JP7175748B2 - シアントナー - Google Patents
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Description
現在カラートナーにおいて、シアントナー用の着色剤として、銅フタロシアニン顔料が好適に用いられている。銅フタロシアニン顔料は、コスト、耐光性に関して非常に優れた性能を持っている。
トナー粒子中のワックスの分散状態を制御するために、トナー中にワックス分散剤を含有させる技術が提案されている(特許文献2)。
さらに、これらトナー粒子中の結晶性樹脂やワックスの存在状態を制御するトナーも提案されている(特許文献3)。
しかし、トナー粒子中の材料の分散状態を制御し、顔料の着色力を最大限に発揮させた状態を維持し、かつ結晶性樹脂やワックスに所望の働きをさせるには、依然として検討の余地がある。
すなわち、本発明によれば、結着樹脂、着色剤、炭化水素ワックス、ワックス分散剤及び結晶性ポリエステルを含有するシアントナーであって、
前記ワックス分散剤が炭化水素化合物にスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合された重合体であり、
前記ワックス分散剤の酸価が、10.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
前記着色剤が、蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)が、下記式(1)を満たす銅フタロシアニン顔料を含有しており、
透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察される前記シアントナーの断面において、前記銅フタロシアニン顔料が前記ワックスを被覆した構造体1が存在し、かつ
前記透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察されるルテニウム染色したトナー断面において、針状の前記結晶性ポリエステルが前記ワックスを被覆した構造体2が存在するシアントナーが提供される。
1.5×10-4≦Ca/Cu≦6.0×10-4・・・(1)
本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤、炭化水素ワックス、ワックス分散剤及び結晶性ポリエステルを含有するシアントナーである。
前記ワックス分散剤は炭化水素化合物にスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合された重合体である。
前記ワックス分散剤の酸価は、10.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下である。
前記着色剤は、蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)が、下記式(1)を満たす銅フタロシアニン顔料を含有している。
1.5×10-4≦Ca/Cu≦6.0×10-4・・・(1)
透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察される前記シアントナー断面において、前記銅フタロシアニン顔料が前記ワックスを被覆した構造体1が存在する。
前記透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察されるルテニウム染色したトナー断面において、針状の前記結晶性ポリエステルが前記ワックスを被覆した構造体2が存在する。
前記シアントナーが、炭化水素化合物にスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合された重合体であるワックス分散剤が上記のような範囲の酸価を持ち、
前記着色剤が、蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)が、上記式(1)を満たす銅フタロシアニン顔料を含有することによって、
トナー粒子中に前記銅フタロシアニン顔料が前記ワックスを被覆した構造体1が存在し、針状の前記結晶性ポリエステルが前記ワックスを被覆した構造体2が存在する。
本発明では、分散剤の酸価を持つ部分(COO-)と、顔料中の金属(Ca2+)が相互作用し、図1に示すような顔料16がワックス15を取り囲むように分散した構造体1を形成する。構造体1において顔料16がワックス15の周りを覆うので、ワックス15はトナー粒子中でドメインとして存在し、定着分離性が向上する。トナー粒子中で構造体1が分散することによって耐ホットオフセット性、着色力が向上する。前記着色剤の蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)とワックス分散剤の酸価が上記の範囲内にあることによって、構造体1が形成されやすくなり、低温定着性、着色力、及び定着分離性が向上する。
なお、本件では、トナーをルテニウム染色せずに透過型電子顕微鏡で観察することによって構造体1を観察することができる。
前記結晶性ポリエステルによる前記ワックスの被覆率が20%以上70%以下であることが好ましい。前記結晶性ポリエステルによる前記ワックスの被覆率が上記の範囲内にあることによって、トナーにおいて非晶性ポリエステル樹脂17の中にワックスがドメインとして分散するので定着分離性が向上し、結晶性ポリエステルも微分散するので低温定着性が向上する。
本発明では、結晶性ポリエステルの長軸の長さは60nm以上250nm以下であることが好ましい。結晶性ポリエステルの長軸の長さがこの範囲であることによって、低温定着性が向上する。
本発明のワックス分散剤において、スチレンアクリル系樹脂部位が、トナー粒子を構成する樹脂と親和性を持ち、炭化水素化合物部位が、トナー粒子に含有されるワックスと親和性を持つ。このため、トナー粒子中でワックスを微分散させることができる。
本発明者らが検討した結果、以下のようなメカニズムが推定される。
トナーを高温高湿下に放置すると、通常、トナー粒子表面にワックスが移行する。
一方、トナー粒子が本発明のワックス分散剤を含有している場合、トナー粒子表面にワックスが移行する際に、前記ワックス分散剤もワックスと一緒にトナー粒子表面に移行しているものと推測される。
また、前記ワックス分散剤がトナー粒子表面に移行した場合、飽和脂環式化合物由来の構造部位が疎水性を示すため、トナー粒子の疎水性が向上し、高温高湿下に放置されても帯電性が悪化しないものと考えられる。
前記炭化水素化合物は、特に限定されることはないが、トナー粒子中でのワックスとの親和性の観点から、後述する本発明のトナーに用いられるワックスから選択するとよい。
本発明においては、前記炭化水素化合物が、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、及びフィッシャートロプシュワックスのような炭化水素系ワックスであることが好適に例示できる。
また、前記ワックス分散剤の製造時の反応性の観点から、ポリプロピレンのように枝分かれ構造を持つことが好ましい。
前記炭化水素化合物の含有割合は、炭化水素化合物にスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合している重合体中に、5.0質量%以上20.0質量%以下であることが好ましく、8.0質量%以上12.0質量%以下であることがより好ましい。
本発明のワックス分散剤において、スチレンアクリル系樹脂は、飽和脂環式化合物由来の構造部位を有していることが好ましい。
例えば、スチレンアクリル系樹脂が、下記式(1)で表されるモノマーユニットを有する態様が挙げられる。
ここで、モノマーユニットとは、ポリマー中のモノマー物質の反応した形態をいう。
上記R2における飽和脂環式基としては、飽和脂環式炭化水素基が好ましく、より好ましくは炭素数3以上18以下の飽和脂環式炭化水素基、さらに好ましくは炭素数4以上12以下の飽和脂環式炭化水素基である。飽和脂環式炭化水素基には、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基、スピロ炭化水素基などが包含される。
これらの飽和脂環式基のうち、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基が好ましく、
炭素数3以上18以下のシクロアルキル基、置換又は非置換のジシクロペンタニル基、置換又は非置換のトリシクロペンタニル基がより好ましく、
炭素数4以上12以下のシクロアルキル基がさらに好ましく、炭素数6以上10以下のシクロアルキル基が特に好ましい。
なお、置換基の位置及び数は任意であり、置換基を2以上有する場合、前記置換基は同一でも異なっていてもよい。
1.5mol%以上45.0mol%以下であることが好ましく、3.0mol%以上25.0mol%以下であることがより好ましい。
前記ビニル系モノマー(a)としては、以下のものが挙げられる。シクロプロピルアクリレート、シクロブチルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘプチルアクリレート、シクロオクチルアクリレート、シクロプロピルメタクリレート、シクロブチルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘプチルメタクリレート、シクロオクチルメタクリレート、ジヒドロシクロペンタジエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレートなど。これらを併用してもよい。
上記スチレンアクリル系樹脂が、式(2)で表されるモノマーユニットを有する場合、前記ワックス分散剤のガラス転移温度(Tg)が低下する傾向にある。その結果、前記ワックス分散剤がトナー粒子に含有された場合、トナーが高温高湿下に放置されても帯電性が低下せず、かつ、低温定着性がさらに向上する。
本発明において、式(2)で表されるモノマーユニットの含有割合は、前記スチレンアクリル系樹脂を構成する全モノマーユニットを基準として、5.0mol%以上30.0mol%以下であることが好ましく、10.0mol%以上20.0mol%以下であることがより好ましい。
前記ワックス分散剤の酸価が上記の範囲内である場合、トナー中のワックス分散剤と樹脂の親和性がより向上し、トナー中のワックス分散性がより向上する。また、トナー粒子の疎水性が適切となり、高温高湿下での帯電性がより向上する。
また、前記結着樹脂が、非晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
さらに、前記結着樹脂が、結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有することがより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の含有量が上述の範囲であると、低温定着性が向上する。
結晶性ポリエステル樹脂の含有量が15.0質量部を超える場合、トナー粒子中に結晶性ポリエステル樹脂を微分散させにくくなる傾向に有り、低温定着性が低下する傾向になる。
本発明において、結晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において吸熱ピークが観測される樹脂である。
上記結晶性ポリエステル樹脂は、2価以上の多価カルボン酸とジオールの反応によって得ることができる。その中でも、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸とを縮重合して得られる樹脂であることが、結晶化度が高く好ましい。また、本発明において結晶性ポリエステル樹脂は、1種類のみを用いても、複数種を併用してもよい。
炭素数2以上22以下の脂肪族ジオール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するアルコール成分と、
炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するカルボン酸成分と
を縮重合して得られる樹脂であることが好ましい。
炭素数6以上12以下の脂肪族ジオール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するアルコール成分と、
炭素数6以上12以下の脂肪族ジカルボン酸及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するカルボン酸成分と
を縮重合して得られる結晶性ポリエステル樹脂であることが、優れた低温定着性と耐ブロッキング性を得ることができるという観点からより好ましい。
例えば、以下のものが挙げられる。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、ジプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-ブタジエングリコール、1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、及び1,12-ドデカンジオール。
これらの中でも、以下のような直鎖脂肪族α,ω-ジオールが好ましく例示される。1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、及び1,12-ドデカンジオールなど。
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分において、上記炭素数2以上22以下(好ましくは炭素数6以上12以下)の脂肪族ジオール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物の含有量は、
全アルコール成分に対して、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。
前記多価アルコールのうち、上記脂肪族ジオール以外のジオールとしては、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAなどの芳香族アルコール;1,4-シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。
また、前記多価アルコールのうち3価以上の多価アルコールとしては、以下のものが挙げられる。1,3,5-トリヒドロキシメチルベンゼンなどの芳香族アルコール;ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、グリセリン、2-メチルプロパントリオール、2-メチル-1,2,4-ブタントリオール、トリメチロールエタン、及びトリメチロールプロパンなどの脂肪族アルコールなど。
例えば、以下のものが挙げられる。シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸。
これらの酸無水物又は低級アルキルエステルを加水分解したものなども含まれる。
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂を構成するカルボン酸成分において、上記炭素数2以上22以下(好ましくは炭素数6以上12以下)の脂肪族ジカルボン酸及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物の含有量は、
全カルボン酸成分に対して、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。
また、上記縮重合反応は、通常の重合触媒、例えばチタンブトキサイド、2-エチルヘキサン酸錫(II)、ジブチルスズオキサイド、酢酸スズ、酢酸亜鉛、二硫化スズ、三酸化アンチモン、及び二酸化ゲルマニウムなど公知の触媒を使用して行うことができる。重合温度、触媒量は特に限定されるものではなく、適宜に決めればよい。
エステル化若しくはエステル交換反応、又は重縮合反応において、
得られる結晶性ポリエステル樹脂の強度を上げるために全モノマーを一括に仕込むという方法や、
低分子量成分を少なくするために2価のモノマーを先ず反応させた後、3価以上のモノマーを添加して反応させたりするなどの方法を用いてもよい。
結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂とが相溶し、非晶性ポリエステル樹脂の分子鎖の間隔を広げ、分子間力を弱めることによって、トナーのガラス転移温度(Tg)を大幅に低下させ、溶融粘度を低い状態にするためである。
結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂との相溶性を高めるためには、結晶性ポリエステル樹脂を構成する脂肪族ジオール及び/又は脂肪族ジカルボン酸の炭素数を短くし、エステル基濃度を高め、極性を高めるとよい。
以上のことから、低温定着性と耐ブロッキング性の両立の観点から、結晶性ポリエステル樹脂を構成する、脂肪族ジオールの炭素数が6以上12以下であり、脂肪族ジカルボン酸の炭素数が6以上12以下であることが好ましい。
一般的に結晶性ポリエステル樹脂のような可塑剤は、上述のように、非晶性ポリエステル樹脂の間隙に入り込むことによって非晶性ポリエステル樹脂が規則正しく配向することを阻害し、可塑効果を発揮する。したがって、可塑剤は嵩高い側鎖をもつものが有用な特性を示すことが多い。
前記結着樹脂中の非晶性ポリエステル樹脂の含有割合は、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂と同様、通常のポリエステル合成法に従って製造することができる。
ここで、分岐ポリマーを作製する場合には、非晶性ポリエステル樹脂の分子内において部分架橋することが有効であり、そのためには、3価以上の多官能化合物を使用するとよい。すなわち、モノマーとして、3価以上のカルボン酸及びその酸無水物又はその低級アルキルエステル、及び/又は3価以上のアルコールを含めるとよい。
2価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、下記式(A)で表されるビスフェノール及びその誘導体;及び下記式(B)で表されるジオール類。
これらのうち、マレイン酸、フマル酸、テレフタル酸、アジピン酸、n-ドデセニルコハク酸が好ましく用いられる。
これらのうち、グリセロール、トリメチロールプロパン、及びペンタエリスリトールが好適に例示できる。
これらのうち、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)又はその誘導体が安価で、反応制御が容易であるため、好ましく用いられる。
上記2価のアルコール及び3価以上のアルコールは、単独であるいは複数を併用して用いることができる。同様に、上記2価のカルボン酸など及び3価以上のカルボン酸は、単独であるいは複数を併用して用いることができる。
この場合、ハイブリッド樹脂における、非晶性ポリエステル樹脂の含有割合が、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂を構成するモノマーのうち、ビニル系樹脂又はビニル系共重合体と反応し得るものとしては、例えば、フタル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸のような不飽和ジカルボン酸又はその無水物などが挙げられる。
また、本発明において、本発明の効果を損なわない程度に、結着樹脂として、非晶性ポリエステル樹脂以外の樹脂を用いることもできる。
さらに、非晶性ポリエステル樹脂の水酸基価は、2mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であることが、優れた低温定着性と耐ブロッキング性とを得ることができるという観点から好ましい。
高分子量の非晶性ポリエステル樹脂Bと低分子量の非晶性ポリエステル樹脂Cとの混合比率(B/C)は、質量基準で10/90以上60/40以下であることが、優れた低温定着性と耐ホットオフセット性とを得ることができるという観点から好ましい。
なお、上記酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。樹脂の酸価は、JIS K0070-1992に準じて測定する。
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、及びフィッシャートロプシュワックスのような炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスのような炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックスのような脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスのような脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したもの。
さらに、本発明では、ワックスの含有量は優れた耐ホットオフセット性と低温定着性とを得ることができるという観点から2.0wt%~7.0wt%であることが好ましい。この範囲を超えると定着温度が上昇する場合があり好ましくない。
C.I.ピグメントブルー2、3、15:2、15:3、15:4、16、17;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1~5個置換した銅フタロシアニン顔料。
また、顔料の含有量は、優れた着色力を得ることができるという観点から、トナー中に4.0wt%~10.0wt%であることが好ましい。これ以上含有すると、トナーの定着温度が上昇することがあり、好ましくない。
前記荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、特に、無色でトナーの帯電スピードが速く、且つ、一定の帯電量を安定して保持できる芳香族カルボン酸の金属化合物が好ましい。
荷電制御剤は、トナー粒子に対して内添してもよいし外添してもよい。
荷電制御剤の含有量は、結着樹脂100.0質量部に対して、0.2質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。
前記無機微粒子は、トナー粒子に内添してもよいし、外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。
外添剤として含有する場合は、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子のような無機微粒子が好ましい。
前記無機微粒子は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物のような疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。
一方、前記無機微粒子がトナーの耐久性向上のために使用される場合は、その比表面積が10m2/g以上50m2/g以下であることが好ましい。
前記流動性向上と耐久性向上とを両立させるためには、比表面積が50m2/g以上400m2/g以下である無機微粒子と比表面積が10m2/g以上50m2/g以下である無機微粒子とを併用してもよい。
本発明のトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、ドット再現性をより向上させるために、また、長期にわたり安定した画像を供給するために、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることもできる。
本発明のトナーを磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として使用する場合、磁性キャリアとトナーの混合比率は、二成分系現像剤中のトナー濃度が、2質量%以上15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは4質量%以上13質量%以下である。
ここで、溶融混練法とは、結着樹脂、ワックス、及びトナー用ワックス分散剤を含有する混合物を溶融及び混練して溶融混練物を得る工程(以下、単に溶融混練工程ともいう)を含む、トナー粒子の製造方法である。
トナー粒子が溶融混練工程を経て製造されることによって、ワックスの分散性が向上する。
本発明において、トナー粒子の製造方法は、上記溶融混練工程において得られた溶融混練物を冷却後、粉砕して得られた樹脂粒子を熱処理する工程(以下、単に熱処理工程ともいう)を含むことが好ましい。
まず、原料混合工程では、トナー原料として、結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有する結着樹脂、ワックス、並びに、トナー用ワックス分散剤などを所定量秤量して配合し、混合する。
溶融混練に使用される装置の一例としては、TEM型押し出し機(東芝機械(株)製);TEX二軸混練機((株)日本製鋼所製);PCM混練機((株)池貝製);ニーデックス(日本コークス工業(株)製)などが挙げられる。連続生産できるなどの優位性から、バッチ式練り機よりも、1軸又は2軸押出機といった連続式の練り機が好ましい。
得られた冷却物は、所望の粒径にまで粉砕される。まず、クラッシャー、ハンマーミル、又はフェザーミルなどで粗粉砕され、さらに、クリプトロンシステム(川崎重工業(株)製)、スーパーローター(日清エンジニアリング(株)製)などで微粉砕され、樹脂粒子を得る。
また、得られた樹脂粒子に熱処理を実施して、トナー粒子としてもよい。
一方、上記熱処理工程の前に、得られた樹脂粒子に、必要に応じて無機微粒子などを添加しても構わない。
原料定量供給手段1によって定量供給された樹脂粒子は、圧縮気体流量調整手段2によって調整された圧縮気体によって、原料供給手段の鉛直線上に設置された導入管3に導かれる。導入管3を通過した混合物は、原料供給手段の中央部に設けられた円錐状の突起状部材4によって均一に分散され、放射状に広がる8方向の供給管5に導かれ熱処理が行われる処理室6に導かれる。
本発明において、トナーの平均円形度は0.960以上であることが好ましく、より好ましくは0.965以上である。トナーの平均円形度が上記の範囲であることによって、トナーの転写効率が向上する。
以下に、トナー及び原材料の各種物性の測定法について以下に説明する。
トナー中の着色剤の含有量の測定には、X線回折測定を用いる。X線回折装置としては、測定装置「RINT-TTRII」((株)リガク製)を用いる。また、装置付属の制御ソフト及び解析ソフトを用いる。
測定条件は以下のとおりである。
X線:Cu/50kV/300mA
ゴニオメータ:ローター水平ゴニオメータ(TTR-2)
アタッチメント:標準試料ホルダー
発散スリット:解放
発散縦制限スリット:10.00mm
散乱スリット:開放
受光スリット:開放
カウンタ:シンチレーションカウンタ
走査モード:連続
スキャンスピード:4.0000°/min.
サンプリング幅:0.0200°
走査軸:2θ/θ
走査範囲:10.0000~40.0000°
測定装置「RINT-TTRII」((株)リガク製)を用いて、前記の測定条件にて測定した。
得られたスペクトルから2θが6.5deg~7.5degにおけるスペクトルの半値幅を、トナー中の銅フタロシアニンの結晶性の指標とした。
ワックス分散剤の酸価は以下の方法によって測定する。酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数であり、JIS K 0070-1992に準じて測定する。具体的には、以下の手順に従う。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95体積%)90mLに溶かし、脱イオン水を加えて100mLとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mLの脱イオン水に溶かし、エチルアルコール(95体積%)を加えて1Lとする。炭酸ガスなどに触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間静置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/L塩酸25mLを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/L塩酸は、JIS K 8001-1998に準じて作製されたものを用いる。
(A)本試験
ワックス分散剤の試料2.0gを200mLの三角フラスコに精秤し、トルエン:エタノール(4:1)の混合溶液100mLを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン:エタノール(4:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C-B)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)である。
ワックス及び結晶性ポリエステル樹脂の最大吸熱ピークのピークトップ温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)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。
昇温速度:10℃/min
測定開始温度:20℃
測定終了温度:180℃
トナーを試料とする場合において、吸熱ピーク(結着樹脂由来の吸熱ピーク)がワックス及び結晶性樹脂以外の樹脂の吸熱ピークと重なっていない場合には、得られた最大吸熱ピークをそのままワックス及び結晶性樹脂に由来する吸熱ピークとして扱う。
なお、最大吸熱ピークとは、ピークが複数あった場合に、吸熱量が最大となるピークのことを意味する。また、該最大吸熱ピークのピーク温度を、融点とする。
さらに、トナー中のワックスの含有量は、あらかじめワックスの含有量が分かっているトナーのΔHを測定し、含有量とΔHの検量線を引き、得られたトナーのΔHから含有量を得る。
前記トナーの透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察及び結晶性ポリエステルドメインの評価は、以下のようにして実施することができる。
トナー断面をルテニウム染色することによって、結晶性ポリエステル樹脂が明瞭なコントラストとして得られる。結晶性ポリエステル樹脂はトナー内部を構成する有機成分よりも、弱く染色される。これは、結晶性ポリエステル樹脂の中への染色材料の染み込みが、密度の差などが有るために、トナー内部の有機成分よりも弱いためと考えられる。
オスミウム・プラズマコーター(フィルジェン(株)製、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs(オスミウム)膜(5nm)およびナフタレン膜(20nm)を形成する。そして、光硬化性樹脂D800(日本電子(株)製)で包埋したのち、超音波ウルトラミクロトーム(Leica社製、UC7)によって、切削速度1mm/sで膜厚60nm(or70nm)のトナー断面を作製した。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024pixel×1024pixelで取得した。
得られた画像については、画像処理ソフト「Image-Pro Plus (Media Cybernetics社製)」にて 2値化(閾値120/255段階)を行う。
なお、本発明における針状とは、以下の3つの条件を満たす細長く真直度が高い形状を意味する。
条件1:短軸長さが25nm以下である。
条件2:アスペクト比が3以上である。
条件3:結晶の長軸方向両端部における短軸方向の中心点同士を直線で結んだ際、その直線からの結晶輪郭のずれが、結晶短軸長さの100%以内の長さに収まる。
条件3を、図5(b)及び(c)を用いて説明すると以下のとおりである。
結晶50の長軸方向の端部51における短軸方向の中心点53と、端部52における短軸方向の中心点54とを結んだ直線55を中心線とし、幅が短軸長さbの2倍である長方形56の中に結晶の輪郭が全て収まる。
本発明に係る構造体1における顔料によるワックスの被覆率は、ルテニウム染色をせずに透過型電子顕微鏡で観察したトナー断面(図1)から求めた。
具体的には、下記の式を用いて算出した。
被覆率(%)=B/A
A:100個のトナー断面におけるワックスの周囲長の合計
B:100個のトナー断面における構造体1の「顔料と接触する部分」のワックスの周囲長の合計(図1において顔料16と重なっている部分のワックス15の周囲長の合計)
具体的には、下記の式を用いて算出した。
被覆率(%)=C/A
A:100個のトナー断面におけるワックスの周囲長の合計
C:100個のトナー断面における構造体2の「結晶性ポリエステルと接触する部分」のワックスの周囲長の合計(図2において結晶性ポリエステル20と重なっている部分のワックス15の周囲長の合計)
・1,6-ヘキサンジオール: 34.5部
(0.29モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・ドデカン二酸: 65.5部
(0.28モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫(II): 0.5部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。
フラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。
次に、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度200℃の状態を維持して、4時間反応させた。
その後、反応槽内の圧力を5kPa以下へ減圧して温度200℃の状態を維持して、3時間反応させることによって、結晶性ポリエステル樹脂1を得た。
結晶性ポリエステル樹脂1の製造例において、ジオール及びジカルボン酸を表1に記載したものに変更した以外は、結晶性ポリエステル樹脂1の製造例と同様の操作を行い、結晶性ポリエステル樹脂2~5を得た。
無水フタル酸60部、尿素74部、塩化第一銅10.5部、モリブデン酸アンモニウム0.4部およびトリクロルベンゼン170部を撹拌しつつ、さらにアルキルベンゼンスルホン酸インプロピルアミンを3部投入し、190~200℃に昇温し5時間反応させた。反応終了後、溶剤を減圧除去し、その後カルシウムイオンを含有する水で熱水処理、希酸処理、濾過、水洗、乾燥して青色の粗製銅フタロシアニンを得た。さらに生成物を常法に従って精製し、銅フタロシアニンブルー(シアン顔料1)を得た。このとき得られたシアン顔料1の蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)は、4.2×10-4であった。
着色剤1の製造例において、カルシウムイオンの含水量を調整し、蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)を表2Aに示すように調整した以外は同様にして顔料を製造し、シアン顔料2~5を得た。
温度計及び攪拌機の付いたオートクレーブ反応槽中に、キシレン300.0部、ポリプロピレン(融点90℃)10.0部を入れ充分に溶解した。そして、窒素置換後、スチレン68.0部、メタクリル酸5.0部、メタクリル酸シクロヘキシル5.0部、ブチルアクリレート12.0部、及びキシレン250.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド 1.0質量部の混合溶液を温度180℃で3時間かけて滴下し重合した。さらにこの温度で30分間保持し、脱溶剤を行い、ワックス分散剤1を得た。得られたワックス分散剤の酸価は25mgKOH/gであった。
ワックス分散剤1の製造例において、メタクリル酸シクロヘキシルを含有させず、メタクリル酸の量を調整し、酸価を表2に示すようにした以外は、ワックス分散剤1の製造例と同様の操作を行い、ワックス分散剤2~5を得た。
<低分子量の非晶性ポリエステル樹脂(L)の製造例>
・ポリオキシプロピレン(2.8)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン
:76.6部
(0.17モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸 :17.4部
(0.10モル;多価カルボン酸総モル数に対して72.0mol%)
・アジピン酸 : 6.0部
(0.04モル;多価カルボン酸総モル数に対して28.0mol%)
・チタンテトラブトキシド(エステル化触媒) : 0.5部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記材料を秤量した。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、大気圧に戻した(第1反応工程)。
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度180℃の状態を維持して、1時間反応させ、ASTM D36-86に従って測定した反応物の軟化点が90℃に達したことを確認してから温度を下げて反応を止めた(第2反応工程)。このようにして、非晶性ポリエステル樹脂(L)を得た。得られた非晶性ポリエステル樹脂(L)は、ピーク分子量(Mp)が5,000、軟化点(Tm)が90℃、ガラス転移温度(Tg)が52℃であった。
・ポリオキシエチレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン
:72.2部
(0.20モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸 :13.2部
(0.08モル;多価カルボン酸総モル数に対して48.0mol%)
・アジピン酸 : 8.2部
(0.06モル;多価カルボン酸総モル数に対して34.0mol%)
・チタンテトラブトキシド(エステル化触媒) : 0.5部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記材料を秤量した。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、160℃まで冷却し、大気圧に戻した(第1反応工程)。
(0.03モル;多価カルボン酸総モル数に対して18.0mol%)
・tert-ブチルカテコール(重合禁止剤) : 0.1部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度160℃の状態を維持して、15時間反応させ、ASTM D36-86に従って測定した反応物の軟化点が140℃に達したことを確認してから温度を下げて反応を止めた(第2反応工程)。このようにして、非晶性ポリエステル樹脂(H)を得た。得られた非晶性ポリエステル樹脂(H)は、ピーク分子量(Mp)が8,700、軟化点(Tm)が142℃、ガラス転移温度(Tg)が57℃であった。
・低分子量の非晶性ポリエステル樹脂(L) 70.0部
・高分子量の非晶性ポリエステル樹脂(H) 30.0部
・結晶性ポリエステル樹脂1 7.5部
・ワックス分散剤1 8.0部
・シアン顔料1 7.0部
・フィッシャートロプシュワックス
(炭化水素ワックス、最大吸熱ピークのピーク温度90℃) 6.5部
・3,5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.1部
・シアントナー粒子1: 100部
・疎水性シリカ(BET:200m2/g) 1.0部
・イソブチルトリメトキシシランで表面処理した酸化チタン微粒子(BET:80m2/g) 1.0部
得られたシアントナー1を温度40℃、相対湿度20%の恒温槽に24時間静置した後、構造体2における結晶性ポリエステルによるワックスの被覆率を算出したところ、41%であった。
シアントナー1の製造例において、混練温度、ワックス分散剤の種類と含有量、顔料の種類と含有量、結晶性ポリエステル樹脂の種類を表2の記載となるように変更した以外はシアントナー1の製造例と同様の操作を行い、シアントナー2~37を得た。
・工程1(秤量及び混合工程):
Fe2O3 62.7部
MnCO3 29.5部
Mg(OH)2 6.8部
SrCO3 1.0部
上記材料を上記組成比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕及び混合した。
得られた粉砕物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。得られた仮焼フェライトの組成は、下記のとおりである。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.257、b=0.117、c=0.007、d=0.393
クラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、直径1/8インチのジルコニアビーズを用いて、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加えて、湿式ボールミルで1時間粉砕した。そのスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加して、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機(株))を用いて、球状粒子に造粒した。得られた粒子を粒度調整した後、ロータリーキルンを用いて、温度650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1,300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1,150℃で4時間焼成した。その後、4時間をかけて、温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
凝集した粒子を解砕した後に、磁力選鉱によって低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)37.0μmの磁性コア粒子1を得た。
シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8質量%
メチルメタクリレートモノマー 0.2質量%
メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4質量%
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
トルエン 31.3質量%
メチルエチルケトン 31.3質量%
アゾビスイソブチロニトリル 2.0質量%
得られた30部の被覆樹脂1を、トルエン40部、及びメチルエチルケトン30部に溶解して、重合体溶液1(固形分30質量%)を得た。
重合体溶液1(樹脂固形分濃度30%) 33.3質量%
トルエン 66.4質量%
カーボンブラック(Regal330;キャボット社製) 0.3質量%
(一次粒径25nm、窒素吸着比表面積94m2/g、DBP吸油量75mL/100g)
上記材料を、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散を行った。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過を行い、被覆樹脂溶液1を得た。
(樹脂被覆工程):
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに被覆樹脂溶液1を、100部の磁性コア粒子1に対して、樹脂成分として2.5部になるように投入した。投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後に冷却した。
得られた磁性キャリアを、磁力選鉱によって低磁力品を分別し、開口70μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、体積分布基準の50%粒径(D50)が38.2μmの磁性キャリア1を得た。
得られた二成分系現像剤1~37について、実施例1~30及び比較例1~7として、表2に示す組合せで評価を行った。
以下の評価方法に基づいて評価し、その結果を表3に示す。
紙 :CS-680(68.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)
トナーの載り量 :1.20mg/cm2
評価画像 :上記A4用紙の中心に10cm2の画像を配置
定着試験環境 :低温低湿環境、温度15℃/相対湿度10%(以下「L/L」)
プロセススピード:450mm/sec
定着温度 :130℃
低温定着性の評価は、下記画像濃度低下率の値を指標とした。
画像濃度低下率は、X-Riteカラー反射濃度計(500シリーズ:X-Rite社製)を用い、先ず、中心部の定着画像の濃度を測定した。次に、定着画像の濃度を測定した部分に対し、4.9kPa(50g/cm2)の荷重をかけて、シルボン紙によって定着画像を摺擦(5往復)し、定着画像の濃度を再度測定した。そして、下記式を用いて摺擦前後での定着画像の濃度の低下率(%)を算出した。得られた濃度低下率を下記の評価基準に従って評価した。
濃度低下率(%)=(摺擦前の画像濃度-摺擦後の画像濃度)/摺擦前の画像濃度×100
A:濃度低下率が 1.0%未満
B:濃度低下率が 1.0%以上、 4.0%未満
C:濃度低下率が 4.0%以上、 7.0%未満
D:濃度低下率が 7.0%以上、10.0%未満
E:濃度低下率が10.0%以上
本発明ではD以上を問題ないレベルと判断した。
紙 :CS-680(68.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)
トナーの載り量 :0.08mg/cm2
評価画像 :上記A4用紙の中心にYMCKの単色のハーフトーン画像(2cm×2cm)を配置
定着試験環境 :常温低湿環境:温度23℃/相対湿度5%(以下「N/L」)
プロセススピード:321mm/sec
定着温度 :200℃
カブリ(%) = Dr(%)-Ds(%)
A:0.2%未満
B:0.2%以上、0.5%未満
C:0.5%以上、0.8%未満
D:0.8%以上、1.1%未満
E:1.1%以上
本発明ではD以上を問題ないレベルと判断した。
紙 :CS-680(68.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)
トナーの載り量 :0.35mg/cm2
評価画像 :上記A4用紙の中心にYMCKの単色のFFh画像(2cm×2cm)を配置
定着試験環境 :常温低湿環境:温度23℃/相対湿度50%(以下「N/N」)
プロセススピード:321mm/sec
定着温度 :170℃
X-Riteカラー反射濃度計の測定結果から、下記の基準でトナーの着色力を評価した。
A:1.30以上
B:1.25以上、1.30未満
C:1.20以上、1.25未満
D:1.20未満
本発明ではC以上を問題ないレベルと判断した。
紙 : GFR-070(70.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)
紙上のトナーの載り量:1.20mg/cm2
(現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及びレーザーパワーによって調整)
評価画像 :上記A4用紙の長手方向に先端余白3mm空けて29cm×5cmの画像を配置
定着試験環境 :高温高湿環境:温度30℃/相対湿度80%(以下「H/H」)
定着温度 :120℃から170℃まで1℃刻みで通紙
プロセススピード :321mm/sec
上記評価画像を出力し、定着分離性を評価した。各定着温度で定着を行い、定着時に巻き付きが起こるかを目視で観測し、巻き付きが見られない上限の温度を定着分離可能温度とした。定着分離可能温度を下記の評価基準に従って評価した。
A:定着分離可能温度160℃以上
B:定着分離可能温度150℃以上160℃未満
C:定着分離可能温度140℃以上150℃未満
D:定着分離可能温度140℃未満
本発明ではC以上を問題ないレベルと判断した。
2.圧縮気体流量調整手段
3.導入管
4.突起状部材
5.供給管
6.処理室
7.熱風供給手段
8.冷風供給手段
9.規制手段
10.回収手段
11.熱風供給手段出口
12.分配部材
13.旋回部材
14.粉体粒子供給口
15.ワックス
16.顔料
17.非晶性ポリエステル樹脂
18.構造体1
19.構造体2
20.結晶性ポリエステル
Claims (8)
- 結着樹脂、着色剤、炭化水素ワックス、ワックス分散剤及び結晶性ポリエステルを含有するシアントナーであって、
前記ワックス分散剤が炭化水素化合物にスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合された重合体であり、
前記ワックス分散剤の酸価が、10.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
前記着色剤が、蛍光X線分析におけるCaの強度とCuの強度との比(Ca/Cu)が、下記式(1)を満たす銅フタロシアニン顔料を含有しており、
透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察される前記シアントナーの断面において、前記銅フタロシアニン顔料が前記ワックスを被覆した構造体1が存在し、かつ
前記透過型電子顕微鏡(TEM)によって観察されるルテニウム染色したトナー断面において、針状の前記結晶性ポリエステルが前記ワックスを被覆した構造体2が存在することを特徴とするシアントナー。
1.5×10-4≦Ca/Cu≦6.0×10-4・・・(1) - 前記構造体1において、前記顔料による前記ワックスの被覆率が30%以上80%以下である請求項1に記載のシアントナー。
- 前記構造体1同士の最小距離が20nm以上100nmである請求項1または2に記載のシアントナー。
- 前記結晶性ポリエステルによる前記ワックスの被覆率が20%以上70%以下である請求項1~3のいずれか1項に記載のシアントナー。
- 前記結晶性ポリエステルの長軸長さが60nm以上250nm以下である請求項1~4のいずれか1項に記載のシアントナー。
- 前記顔料の含有量が4.0wt%~10.0wt%である請求項1~5のいずれか1項に記載のシアントナー。
- 前記ワックスの含有量が2.0wt%~7.0wt%である請求項1~6のいずれか1項に記載のシアントナー。
- 前記スチレンアクリル系樹脂が、シクロアルキルアクリレート由来のユニット、又はシクロアルキルメタクリレート由来のユニットを有している請求項1~7のいずれか1項に記載のシアントナー。
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