JP7387447B2 - トナー - Google Patents
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Landscapes
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
そこでブロッキング耐性と低温定着性の両立の手段として、融点を超えると粘度が大きく低下するシャープメルト性を有した結晶性ポリエステルを用いる技術が提案されている。
しかしながら、従来の結晶性ポリエステルを、電子写真用トナーの結着樹脂として使用する場合、樹脂のシャープメルト性により定着性とブロッキング耐性の両立の観点からは優れていたが、現像耐久性の面で課題があった。即ち、結晶性ポリエステルは機械的強度が低く、長期間にわたり現像装置内部で機械的シェアがかかると、現像装置の内壁や、キャリアへの固着を生じることがあった。特に、結着樹脂に対する結晶性ポリエステルの分散性が悪い場合、結晶性ポリエステルが形成するドメインがトナー表面に露出しやすくなるため、上記のような課題が顕著になる場合があった。
そこで、ガラス転移温度が高く、機械的強度に優れた結晶性ポリエステルを使用したトナーが報告されている(特許文献1)。
また、結晶性ポリエステルを含有するコア粒子の表面に、熱硬化樹脂からなるシェル相を形成させたコアシェルトナーが提案されている(特許文献2)。
また、結晶性ポリエステルにウレタン結合を含有させることで、非晶性ポリエステルと相分離させて機械的強度を向上させたトナーが提案されている(特許文献3)。
上記特許文献2のように、トナーのシェル層に機械的強度に優れた熱硬化樹脂を備えたコアシェルトナーは、長期間にわたり現像装置内部で機械的シェアを受けても、外添剤の埋没やキャリアへの汚染が起こらず耐久性は向上するものの、硬いシェル層でトナー表面を被覆したことで、結晶性ポリエステルによる可塑化が弱まり、定着性が十分ではない場合があった。
上記特許文献3のように、結晶性ポリエステルにウレタン結合を含有させると、ウレタン結合ユニットにより結晶性ポリエステルの機械的強度が向上し、且つ、非晶性ポリエステルに対し、相分離構造を形成することで、より機械的強度の向上を図っている。その結果、長期間にわたり現像装置内部で機械的シェアを受けても、外添剤の埋没やキャリアへの汚染が起こらず耐久性は向上するものの、可塑剤である結晶性ポリエステルと結着樹脂である非晶性ポリエステルとが相分離するほど親和性を低下させているために、結晶性ポリエステルによる可塑化が弱まり、定着性が十分ではない場合があった。
そこで本発明の目的は、低温定着性と現像耐久性に優れたトナーを提供することである。
該結晶性樹脂がウレタン結合を有する結晶性ポリエステルであり、
該熱硬化樹脂が、下記一般式(1)を含有することを特徴とするトナーに関する。
該結着樹脂がカルボキシル基を含有し、
該結晶性樹脂がウレタン結合を有する結晶性ポリエステルであり、
該熱硬化樹脂が、下記一般式(1)を含有することを特徴とするトナーである。
シェル層を形成する前記熱硬化樹脂は、一般式(1)に示すようにアミド結合を有する構造単位を含有し、コア粒子中のカルボキシル基を含有した結着樹脂と前記アミド構造を介して化学的に結合している。本発明の結着樹脂および結晶性樹脂を含有するコア粒子と熱硬化樹脂で形成されたシェル層とを有するコアシェルトナー粒子を得る方法としては、カルボキル基を有する結着樹脂を含有するコア粒子の水系分散液を製造した後、オキサゾリン基を含有する化合物と水系媒体中で反応させる製造方法が挙げられる。オキサゾリン基は、加熱することでカルボキシル基と反応する際に、開環し、一般式(1)のようなアミド構造を介して結合する。コア粒子の水系分散体の製造方法は、乳化凝集法等の水系媒体中で製造する方法であっても良く、粉砕トナーのように乾式製法で製造した後、界面活性剤を含有した水系媒体中で混合撹拌し、得たものあっても良い。
次に、結晶性ポリエステルについて以下に詳細に記載する。
装置: HLC-8121GPC/HT(東ソー社製)
検出器: 高温用RI
カラム: TSKgel GMHHR-H HT 2連(東ソー社製)
温度: 135.0℃
溶媒: ゲルクロマトグラフ用o-ジクロロベンゼン
(BHT 0.10質量%添加)
流速: 1.0ml/min
注入量: 0.4ml
ウレタン結合濃度(単位:質量%)=[(N×59)/数平均分子量]×100
ここで、Nは結晶性ポリエステルの1分子当りのウレタン結合の平均であり、59はウレタン結合[-NH-C(=O)O-]の式量である。
本発明において、結着樹脂としては、トナーに通常用いられる公知の重合体を使用することが可能である。
試験モード:昇温法
開始温度:60℃
到達温度:200℃
測定間隔:1.0℃
昇温速度:4.0℃/min
ピストン断面積:1.000cm2
試験荷重(ピストン荷重):5.0kgf
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
本発明のトナーは、前記コアシェルトナー粒子と微粒子を含有するトナーである。前記微粒子は、酸化ケイ素などの無機微粒子であっても、スチレンアクリル樹脂などの有機微粒子であっても良い。無機微粒子としては、例えば、酸化ケイ素(シリカ)や、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化チタン(チタニア)、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化セリウム、酸化スズ、酸化亜鉛などの金属酸化物の微粒子が挙げられる。また、無機微粒子としては、例えば、無定形炭素(カーボンブラックなど)、窒化物(窒化ケイ素など)、炭化物(炭化ケイ素など)、金属塩(チタン酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなど)などの微粒子も挙げられる。
・ケイ素化合物をガス状にして、火炎中において分解・溶融させる火炎溶融法。
・金属ケイ素粉末を酸素-水素からなる化学炎で直接酸化させてシリカ微粉末を得る気相酸化法。水が存在する有機溶媒中で、触媒を用いてアルコキシシランを加水分解し、縮合反応させた後、得られたシリカゾル懸濁液から、溶媒除去し、乾燥させる湿式法(ゾルゲルシリカ)。
・四塩化ケイ素を、酸素、水素、希釈ガス(例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素など)の混合ガスとともに、高温で燃焼させる気相法(乾式法シリカ、ヒュームドシリカ)。
着色剤としては、少なくとも公知の有機顔料、カーボンブラックなどの顔料を用いることができ、更に、染料を含有していても良い。
離型剤としては、ポリエチレンの如き低分子量ポリオレフィン類;加熱により融点(軟化点)を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミドの如き脂肪酸アミド類;ステアリン酸ステアリルの如きエステルワックス類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油の如き植物系ワックス;ミツロウの如き動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、エステルワックスの如き鉱物・石油系ワックス;及びそれらの変性物が挙げられる。
トナーの製造方法としては、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法などの公知のトナーの製造方法を用いることができる。
・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
:100モル部
・テレフタル酸 :95モル部
・トリメリット酸 :5モル部
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
前記ポリエステル樹脂Aの製造例において、テレフタル酸95モル部を100モル部、トリメリット酸を0モル部とした以外は、同様に製造した。得られたポリエステル樹脂Bは、ピーク分子量(Mp)が4800、軟化点(Tm)が100℃、ガラス転移温度(Tg)が60℃であった。また、酸価が5.6mgKOH/g以下であった。
前記ポリエステル樹脂Aの製造例において、テレフタル酸95モル部を90モル部、トリメリット酸を10モル部とした以外は、同様に製造した。得られたポリエステル樹脂Bは、ピーク分子量(Mp)が4800、軟化点(Tm)が112℃、ガラス転移温度(Tg)が60℃であった。また、酸価が28.1mgKOH/g以下であった。
・デカンジカルボン酸 :159g
・1,6-ヘキサンジオール : 85g
・グリセリン : 5g
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
前記結晶性ポリエステルの製造例において、1,6-ヘキサンジオールを、エチレングリコールとした以外は、同様に製造した。得られた結晶性ポリエステルBの融点、ウレタン結合濃度を表1に示す。
前記結晶性ポリエステルの製造例において、グリセリンを、ペンタエスリトールとした以外は、同様に製造した。得られた結晶性ポリエステルCの融点、ウレタン結合濃度を表1に示す。
前記結晶性ポリエステルの製造例において、グリセリンを0gとし、1,6-ヘキサンジオールを90gとした以外は、同様に製造した。得られた結晶性ポリエステルDの融点、ウレタン結合濃度を表1に示す。
前記結晶性ポリエステルの製造例において、デカンジカルボン酸を、アジピン酸とした以外は、同様に製造した。得られた結晶性ポリエステルEの融点、ウレタン結合濃度を表1に示す。
前記結晶性ポリエステルの製造例において、デカンジカルボン酸を、テレフタル酸とした以外は、同様に製造した。得られた結晶性ポリエステルFの融点、ウレタン結合濃度を表1に示す。
・デカンジカルボン酸 :159g
・1,6-ヘキサンジオール : 85g
・グリセリン : 5g
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
・ポリエステル樹脂A 77.5質量部
・結晶性ポリエステルA 12質量部
・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89℃) 5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
・3,5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.5質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、日本コークス工業株式会社製)を用いて、回転数20s-1、回転時間5minで混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて吐出温度140℃にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、フロイントターボ(株)製)にて微粉砕した。さらにファカルティF-300(ホソカワミクロン社製)を用い、分級を行い、トナーコア粒子1を得た。運転条件は、分級ローター回転数を130s-1、分散ローター回転数を120s-1とした。
トナーの製造例1において、処方を表2に記載するように変更する以外は同様にして、トナー2~21を得た。
上記トナー1~15(実施例)、トナー16~20(比較例)を用いて、下記の評価を実施した。結果を表3に示す。
トナー1~20と、シリコーン樹脂で表面コートしたフェライトキャリア(平均粒径42μm)とを、トナー濃度が8質量%になるように混合して、二成分現像剤を調製した。当該二成分現像剤を市販のフルカラーデジタル複写機(CLC1100、キヤノン社製)に充填し、受像紙(64g/m2)上に未定着のトナー画像(0.6mg/cm2)を形成した。市販のフルカラーデジタル複写機(imageRUNNER ADVANCE C5051、キヤノン製)から取り外した定着ユニットを定着温度が調節できるように改造し、常温常湿下、プロセススピードを246mm/秒に設定して、定着試験を行った。得られた定着画像の画像部に対して平らな重りで4.9kPaの荷重をかけつつ、5往復移動させることで折り曲げた。その後、折り曲げた画像部を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率を測定した。濃度低下率10%以下の画像を定着可能であると判断した。
(評価基準)
A:140℃以下の温度領域で定着が可能
B:140℃より高く、150℃以下の温度領域で定着が可能
C:150℃より高く、160℃以下の温度領域で定着が可能
D:160℃より高い温度領域にしか定着可能領域がない
低温定着性の評価と同様にして調製した二成分現像剤280gを、市販のフルカラーデジタル複写機(imagePRESS C1 キヤノン製)の現像ユニットに充填した。この複写機を用いて、室温30℃、湿度80%RHの条件下、プロセススピード500mm/秒で、トナーを消費しないモードでの運転を連続的に6時間行った。トナーを消費しないモードでの運転前後における、画像濃度の変化を、現像耐久性として評価した。
(評価基準)
A:画像濃度差が0.05未満(非常に良好)
B:画像濃度差が0.05以上、0.08未満(良好)
C:画像濃度差が0.08以上、0.12未満(本発明において許容レベル)
D:画像濃度差が0.12以上(本発明において許容できないレベル)
Claims (6)
- 前記結晶性ポリエステルが含有するウレタン結合濃度が、1質量%以上10質量%以下
である請求項1に記載のトナー。 - 前記結晶性ポリエステルが、前記トナー粒子中に3質量%以上25質量%以下である請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記結晶性ポリエステルの融点が、50℃以上125℃以下である請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記熱硬化樹脂の含有量が、コア粒子100質量部に対し、1質量部以上15質量部以下である請求項1~4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記結着樹脂の酸価が、5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下である請求項1~5のいずれか1項に記載のトナー。
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