JP7451111B2 - トナー - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
これら複写機やプリンターは、社会全体の省エネルギー化の要求に伴い、省電力化が求められている。その中で、トナーには低温で転写材に定着する低温定着性が求められている。
一方、高画質が要求される軽印刷(パソコンによる文書の編集からコピー、製本までの多品種少量印刷が可能なプリント・オン・デマンド用途)向けにプリンターが使われ始め、グラフや図など印字率の高いベタ画像に対する画質への要求も高まっている。
トナーの低温定着性は、トナー中に定着助剤として結晶性材料を含有させることや、トナーを構成する結着樹脂のガラス転移点を下げることで改善できる。一方で上記手法では、高速機においては、トナーが定着ニップを通過する時間が短くなるため、定着ニップ内でトナーが溶融せず、トナーが記録媒体に定着しないことがある。特に、印字率の高い画像は定着ニップでトナーを溶融させるのに必要な熱量が増加するため、トナーが記録媒体に定着しにくくなる。これに対して、トナー中の結晶性ポリエステルやワックスの分散ドメイン径を微分散化することで、トナー表層近傍をシャープメルト化する技術が提案されている(特許文献1)。
しかし、トナー中の結晶性ポリエステルやワックスの分散ドメイン径を微分散化させると、結晶性ポリエステルやワックス等の可塑剤がトナー表面に染み出しやすくなる。トナー表層に染み出してきた可塑剤は印字率の高いベタ画像の画質低下を引き起こす。トナー表層の可塑剤が引き起こすベタ画像の画質低下には、静電潜像担持体上のトナーが静電潜像担持体に固着するという現象(以下、ドラム融着と呼ぶ)により、ベタ画像の一部が欠けるという弊害がある。ドラム融着はトナー表層に染み出した可塑剤により、トナーと静電潜像担持体の非静電付着力が増大することにより起こる。ドラム融着が発生すると、静電潜像担持体に固着したトナーにより、トナー固着部位にトナーが現像されなくなるため、ベタ画像の一部が欠ける。
また、上記ドラム融着起因の以外のベタ画像の画質低下としては、可塑剤がトナー表層を被覆することにより、トナーの帯電特性が低下しベタ画像の濃度ムラが顕著になることがある。これは、静電潜像担持体上のトナーのうち、一部のトナーの表層を可塑剤が被覆することにより、静電潜像担持体上のトナー間付着力が増大することや帯電特性が低下することにより、転写工程で記録媒体に移行できないトナーが発生することで起こる。
特に、高速プリンターを高温高湿環境で使用した際には、定着工程で発生する熱により本体内が昇温しやすく、トナー表層に可塑剤が染み出しやすくなることで、ベタ画像の画像欠けや濃度ムラが発生しやすい。加えて、高温高湿環境で長期間使用した後に、低温低湿環境で使用した際には、トナー表層に染み出してきた可塑剤がトナー表層で結晶化することで、トナーの帯電特性が低下し、転写工程で記録媒体に移行できないトナーが発生することで、濃度ムラが顕著になる。このように、高速プリンターに求められる低温定着性に対応しつつ、高温高湿環境で長期間使用した場合や高温高湿環境で長期間使用した後に低温低湿環境で使用した場合のベタ画像の画質低下を抑制するには未だ改善の余地があった。
これに対して、近年、トナー中に含有されるワックスや結晶性樹脂などの可塑剤の結晶化を促進するために、結晶核剤を添加し、可塑剤の結晶化度を高める検討が行われている。特許文献2では、結晶性樹脂に最適な結晶核剤として脂肪酸金属塩を添加することで、結晶性樹脂の再結晶化を促進し、低温定着性と耐熱保存性を両立させる技術が提案されている。特許文献3では、エステルワックスに最適な結晶核剤としてリン酸エステル金属塩を添加することで、エステルワックスの再結晶化を促進し、低温定着性、耐熱保存性、及び定着器汚染を抑制させる技術が提案されている。
本発明は、高速プリンターを高温高湿環境で長期間使用した際や、その後、低温低湿環境で使用した際にも、低温定着性に優れ、かつ、ベタ画像の濃度ムラや画像欠けの発生を抑制したトナーを提供するものである。
ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際のヘキサン抽出分に含有される前記脂肪酸金属塩の量が、前記結着樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上0.18質量部以下であり、
前記結着樹脂100質量部に対して、前記ワックスの含有量をA(質量部)とし、前記脂肪酸金属塩の含有量をB(質量部)としたとき、前記Aが10.0質量部以上40.0質量部以下であり、前記Bが0.04質量部以上0.43質量部以下であり、
走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上1000nm以下であり、
前記ワックスが、2価以上3価以下のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、或いは、2価以上3価以下のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステルを含有し、前記エステル、及び前記結着樹脂の溶解度パラメーターをSPw、SPcとし、前記エステルの重量平均分子量をMwとしたときに、前記SPw、SPc、及びMwが下記式(6)の関係を満たす(但し、溶解度パラメーターの単位は(cal/cm 3 ) 1/2 である)ことを特徴とするトナーである。
450≦(SPc-SPw) 2 ×Mw≦780 ・・・・式(6)
また、本発明は、結着樹脂、ワックス、及び脂肪酸金属塩を含有するトナー粒子を含むトナーであって、
ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際のヘキサン抽出分に含有される前記脂肪酸金属塩の量が、前記結着樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上0.18質量部以下であり、
前記結着樹脂100質量部に対して、前記ワックスの含有量をA(質量部)とし、前記脂肪酸金属塩の含有量をB(質量部)としたとき、前記Aが10.0質量部以上40.0質量部以下であり、前記Bが0.04質量部以上0.43質量部以下であり、
走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上1000nm以下であり、
前記トナー粒子が懸濁重合トナー粒子であり、前記トナー粒子が非晶性ポリエステル樹脂を含有し、
前記非晶性ポリエステル樹脂の酸価が3.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下であり、前記非晶性ポリエステル樹脂が後述の式(7)で示されるイソソルビドユニットを、前記非晶性ポリエステル樹脂を構成する全モノマーユニットを基準として、0.10mol%以上30.00mol%以下含有することを特徴とするトナーである。
ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際のヘキサン抽出分に含有される前記脂肪酸金属塩の量が、前記結着樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上0.18質量部以下であり、
前記結着樹脂100質量部に対して、前記ワックスの含有量をA(質量部)とし、前記脂肪酸金属塩の含有量をB(質量部)としたとき、前記Aが10.0質量部以上40.0質量部以下であり、前記Bが0.04質量部以上0.43質量部以下であり、
走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上1000nm以下であることを特徴とする。
(1-1)ワックスの含有量が多く、少ない脂肪酸金属塩でワックスを結晶化させること
(1-2)トナー中のワックスの分散ドメイン径が適度な大きさを有すること
(1-3)脂肪酸金属塩によりトナー表層近傍のワックスが結晶化されていること
0.002≦B/A≦0.025 式(1)
0.003≦B/A≦0.023 式(1)’
8.0≦W2≦20.0 ・・・・式(2)
1.0≦W8-W2≦32.0 ・・・・式(3)
50≦Cf≦100 ・・・・式(4)
|Cf-Cw|≦30 ・・・・式(5)
450≦(SPc-SPw)2×Mw≦780 ・・・・式(6)
れる通常のものが使用でき、両成分については以下に例示する。
で表わされるテトラカルボン酸等、及びこれらの無水物、低級アルキルエステル等の多価カルボン酸類及びその誘導体が挙げられる。本発明においては反応性や樹脂酸価の調整し易さの点から、トリメリット酸が好適に用いられる。
い。外添剤としては、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、及び酸化アルミニウム微粒子のような無機微粒子が挙げられる。該無機微粒子は、シランカップリング剤、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処理されていることが好ましい。
重合性単量体組成物Aの調製工程として、非晶性ポリエステル樹脂、ワックス、脂肪酸金属塩、及び重合性単量体を含有する重合性単量体組成物Aを作製する工程を有することが好ましい。重合性単量体組成物Aの調製工程において、温度、及び撹拌動力を調整することにより、脂肪酸金属塩、及びワックスの分散性を制御することができる。
重合性単量体組成物Aの粒子の造粒工程として、水系媒体中に重合性単量体組成物Aを添加し、水系媒体中に重合性単量体組成物Aの粒子が分散された分散液Bを作製する工程を有することが好ましい。重合性単量体組成物Aの粒子の造粒工程において、温度、分散安定剤の種類を適切に選択することで、脂肪酸金属塩、及びワックスの分散性を制御することができる。
重合工程として、分散液Bに重合開始剤を添加して、分散液B中に含まれる前記重合性単量体Aを重合し、水系媒体中にトナー粒子が分散された分散液Cを作製する工程を有することが好ましい。反応工程において、反応温度を調整することにより、分散液B中に含有される重合性単量体Aを短時間で重合することができ、結着樹脂の分子量を制御できる。
重合工程が終了した分散液Cから未反応の重合性単量体などを除去するために、揮発成分除去工程を行ってもよい。揮発成分の除去工程は、分散液Cを撹拌手段が設置された撹拌槽で加熱、撹拌することによって行う。揮発成分の除去工程の加熱条件は、重合性単量体など除去したい成分の蒸気圧を考慮し適宜調節される。揮発成分の除去工程は常圧又は減圧下で行うことができる。
冷却工程として、揮発成分除去工程が終了した分散液Cを次の工程に送る前に液温を下げるために冷却工程を行うことが好ましい。冷却工程の条件によってワックスのドメイン中に結晶核を形成することができ、ワックスの存在状態を変化させることができる。冷却の条件は、冷却開始温度、冷却速度、冷却終了温度によって決めることができる。
冷却工程を経た分散液Cを、ワックスの結晶化を促進するためにアニール工程を行うとよい。アニール工程において、冷却工程で形成した結晶核を中心にワックスの結晶化度を高めることができる。このため、冷却工程でワックスとの界面に形成した脂肪酸金属塩由来の結晶核によりワックスの結晶化度を向上させることができる。
トナー粒子表面に付着した分散安定剤を除去する目的で、分散液Cを酸又はアルカリで処理してもよい。トナー粒子から分散安定剤を除去した後、一般的な固液分離法によりトナー粒子を水系媒体と分離するが、酸又はアルカリ、及びそれらに溶解した分散安定剤成分を完全に取り除くため、再度水を添加してトナー粒子を洗浄することが好ましい。この洗浄工程を何度か繰り返し、十分な洗浄が行われた後に、再び固液分離してトナー粒子を得ることができる。得られたトナー粒子は必要であれば公知の乾燥手段により乾燥してもよい。
得られたトナー粒子に対して、流動性や帯電性、耐ケーキング性などを向上させる目的で、外添剤を添加してもよい。外添工程は、外添剤とトナー粒子を、高速回転する羽根を備えた混合装置に入れ、十分混合することによって行う。
トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量については、ヘキサンを用いたソックスレー抽出を行った後、ソックスレー抽出により得られたヘキサン抽出分(ワックスとワックス中の脂肪酸金属塩の混合物)をMALDI-TOF MSで分析すること。及び、上記ソックスレー抽出により得られたヘキサン抽出残分から結着樹脂中の脂肪酸金属塩を抽出した後、高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で脂肪酸金属塩を分取し、MALDI-TOF MSで分析することにより算出することができる。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブに上記ショ糖濃厚液を31gと、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6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。次に、遠心分離用チューブをシェイカーにて振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機にて3500rpm、30minの条件で分離する。
トナー約1.5gを精秤(X1[g])し、予め精秤した円筒濾紙(商品名:No.86R、サイズ28×100mm、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。
X3=X1×(Xb/Xa) (A)
Y(質量%)={1-(X2-X3)/(X1-X3)}×100 (B)
(2)ヘキサンを用いたソックスレー抽出により得られたヘキサン抽出分(ろ液)を乾燥した後、ヘキサン抽出物として全量回収する。前記ヘキサン抽出物をサンプル溶液として用いてMALDI-TOF MSにより、トナー中に含有されるワックス、及びワックス中の脂肪酸金属塩の含有量を算出する。
前記ヘキサン抽出物をMALDI-TOF MSにて測定する際、選択するマトリックスは材料種によって最適なものを選び、マトリックスのピークと材料由来のピークが重ならないように配慮する。
(2)ヘキサンを用いたソックスレー抽出により得られたヘキサン抽出残分(ろ紙残分)をさらに加熱したo-ジクロロベンゼンにより脂肪酸金属塩を抽出し、結着樹脂と脂肪酸金属塩の混合物を得る。上記結着樹脂と脂肪酸金属塩の混合物を乾燥し、重量(β[g])を測定する。下記条件で高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により結着樹脂中の脂肪酸金属塩を分取する。
ゲルクロマトグラフ用のo-ジクロロベンゼンに、特級2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を濃度が0.10wt/vol%となるように添加し、室温で溶解する。サンプルビンに上記結着樹脂と脂肪酸金属塩の混合物と上記のBHTを添加したo-ジクロロベンゼン10mlとを入れ、135℃に設定した恒温槽で加熱する。得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。このサンプル溶液を用いて、測定する。
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 0.10wt/vol%添加)
流速:1.0ml/min
注入量:0.4ml
ヘキサン抽出分中の脂肪酸金属塩の含有量については、上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」と同様に、ヘキサンを用いたソックスレー抽出を行った後、ソックスレー抽出により得られたヘキサン抽出分をMALDI-TOF MSで測定することにより算出することができる。
上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」に記載された通り、ヘキサンを用いて2時間ソックスレー抽出を行い、ソックスレー抽出器に残ったヘキサンをヘキサン抽出物として全量回収する。
(1)で得られたヘキサン抽出物(ろ液)を乾燥させて、ワックス中の脂肪酸金属塩の抽出物を得る。上記ワックス中の脂肪酸金属塩の抽出物をサンプル溶液として、上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」に記載された通りMALDI-TOF MSで測定する。
トナー粒子中でのワックスの存在状態は、走査透過型電子顕微鏡を用いトナー粒子の断面を観察することにより確認する。
選択された10個のトナー粒子断面のSTEM画像において、各々のワックスのドメイン数をカウントし、その平均値をドメインの平均個数とする。
トナーのヘキサン可溶分の含有量W2及びW8については、上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」と同様に、ヘキサンを用いたソックスレー抽出を行い、W2及びW8を算出することができる。
上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」に記載された通り、ヘキサンを用いて2時間ソックスレー抽出を行う。
上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」に記載された通り、抽出残分の質量(X2[g])、及び樹脂以外の成分の含有量(X3[g])を算出する。
脂肪酸金属塩の炭素鎖長分布のうち、含有量が最も多い炭素鎖長成分の含有量は、上記「トナー中のワックス、及び脂肪酸金属塩の含有量の測定方法」と同様に高温ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
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 0.10wt/vol%添加)
流速:1.0ml/min
注入量:0.4ml
脂肪酸金属塩の冷結晶化温度Cf、ワックスの冷結晶化温度Cw、及びトナーのガラス転移点温度は、示差走査熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用い、ASTM D3418-82に準じて測定する。
トナー粒子の重量平均粒子径(D4)は、以下のようにして測定する。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに電解水溶液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/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」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ておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに電解水溶液30mLを入れる。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加える。
(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、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。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添加する。
(4)前記(2)のビーカーを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る。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する。
(5)前記(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、トナー粒子10mgを少量ずつ電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー粒子を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒子径(D4)を算出する。なお、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」が重量平均粒子径(D4)である。
溶解度パラメータ(SP値)は、Fedorsの式(9)を用いて求める。
δi=(Ev/V)1/2=(Δei/Δvi)1/2 式(9)
Ev:蒸発エネルギー
V:モル体積
Δei:i成分の原子又は原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子又は原子団のモル体積
ワックスの重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、以下のようにして測定する。
装置:高速GPC装置「HLC-8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF-604の2連[昭和電工(株)製]
溶離液:THF
流速:0.6mL/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020mL
非晶性ポリエステル樹脂の酸価は、以下の操作により求められる。基本操作はJIS K0070に属する極性樹脂の酸価は以下の方法により測定することができる。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mlに溶かし、イオン交換水を加えて液量を100mlとすることで、フェノールフタレイン溶液を得た。
(A)本試験
粉砕した樹脂の試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン:エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間かけて溶解させる。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。
試料を用いない(すなわちトルエン:エタノール(2:1)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。
得られた結果を下記式(10)に代入して、酸価を算出する。
A=[(C-B)×f×5.61]/S (10)
脂肪酸金属塩1~6として表1に記載の物性の脂肪酸金属塩を用意した。
・ステアリン酸 100.00部
・エチレングリコール 48.00部
・p-トルエンスルホン酸 0.50部
還流下にて上記材料を加え、6時間120℃にてエステル化反応を進行させた。この間、生成する水はトルエン/水共沸にて系中より除いた。反応終了後にp-トルエンスルホン酸を、炭酸水素ナトリウムを用いて中和した。得られた溶液をエバポレーションすることでトルエンを除去した。生成物を90℃に加熱後セライトろ過することによりp-トルエンスルホン酸ナトリウムを除去し、ワックス1を得た。ワックス1の融点、冷結晶化ピーク温度を表2に示した。
ワックス1の製造例において、使用する酸モノマー、アルコールモノマーの種類、量を表2に記載の通り変更する以外はワックス1の製造例と同様にしてワックス2~8を得た。ワックス2~8の融点および冷結晶化ピーク温度を表2に示した。
〔未処理磁性体の製造方法〕
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.1モル当量の苛性ソーダ溶液と、鉄元素に対してケイ素元素換算で0.60質量%となる量のSiO2と、鉄元素に対してリン元素換算で0.15質量%となる量のリン酸ソーダと、を混合した。このようにして、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。次に、水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
イソブチルトリメトキシシラン20部をイオン交換水80部に対して撹拌しながら滴下して水溶液を調製した。その後、この水溶液のpHを5.5とし、温度40℃に保持ながら、ディスパー翼を用いて0.46m/sで2時間分散させて加水分解を行うことで、加水分解物を含有する水溶液であるシラン化合物を得た。得られたシラン化合物の加水分解率は90%、シロキサン率は4%であった。
未処理磁性体をヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社)に入れた後、回転速度34.5m/sで未処理磁性体を分散させた状態で、シラン化合物(未処理磁性体100部に対し3.8部)を噴霧させながら加えた。次に、そのまま10分間分散させた後、シラン化合物1が吸着した磁性体を取り出し、160℃で2時間静かに置いた状態で処理後磁性体を乾燥すると共にシラン化合物の縮合反応を進行させた。その後、目開き100μmの篩を通過させた磁性体を疎水化処理磁性体1として得た。
無水トリメリット酸以外の原材料モノマーを、下記表3に示した仕込み量で混合した混合物100部と、触媒であるジ(2-エチルヘキサン酸)錫0.52部とを、窒素導入ラインと、脱水ラインと、撹拌機とを装備した重合タンクに入れた。次に、十号タンク内を窒素雰囲気にした後、200℃で加熱しながら6時間かけて重縮合反応を行った。更に、210℃に昇温した後、無水トリメリット酸を添加し、重合タンク内を40kPaまで減圧した後で更に縮合反応を行った。得られた樹脂の酸価、水酸基価、分子量は表3のようになった。この樹脂を非晶性ポリエステル樹脂1とする。
下記表3の原材料モノマー仕込み量にて、非晶性ポリエステル樹脂1と同様の操作を行い、非晶性ポリエステル樹脂2~5を製造した。その際、逐次サンプリング及び測定を行い、所望の酸価になったところで重合反応を停止させ、重合タンクから取り出した。得られた樹脂の物性を下記表3に示す。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(2.2mol付加) 60.0部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物(2.2mol付加) 40.0部
・テレフタル酸 77.0部
・無水トリメリット酸 13.0部
上記ポリエステルモノマー混合物をモノマー総量に対して、0.2質量%のジブチル錫オキシドとともに5リットルオートクレーブに仕込み、還流冷却器、水分分離装置、N2ガス導入管、温度計及び撹拌装置を付し、オートクレーブ内にN2ガスを導入しながら230℃で重縮合反応を行った。所望の軟化点になるように反応時間を調整し、反応終了後容器から取り出し、冷却、粉砕して非晶性ポリエステル樹脂6を得た。非晶性ポリエステル樹脂6のガラス転移温度(Tg)は56℃、軟化点(Tm)は136℃であり、後述のトナー粒子28及び29では結着樹脂として用いた。
・スチレン 78.0部
・n-ブチルアクリレート 22.0部
・非晶性ポリエステル樹脂1 3.0部
・疎水化処理磁性体1 80.0部
・脂肪酸金属塩1 0.11部
・帯電制御剤 ボントロンE-88(オリエント化学社製) 1.0部
・ワックス1 21.0部
上記処方を、アトライター(日本コークス工業株式会社)を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、これに重合開始剤である2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を10.0部投入して混合液内で混合/溶解させることで、重合性単量体組成物を調製した。
トナー粒子1の製造において、非晶性ポリエステル樹脂1、脂肪酸金属塩1、及びワックス1の種類及び量を表4のように変更したこと以外は同様に操作し、トナー粒子2~28、及びトナー粒子31~33を得た。得られたトナー粒子2~28、及びトナー粒子31~33の物性を表5に示す。
下記材料を、アトライター(日本コークス工業株式会社)を用いて混合し、2時間撹拌して極性樹脂を溶解させ、極性樹脂含有単量体組成物を得た。
・スチレン 36.00部
・アクリル酸n-ブチル 28.00部
・非晶性ポリエステル樹脂4 3.00部
・帯電制御剤 ボントロンE-88(オリエント化学社製) 1.00部
16インチ)とともに1.7m/sで3時間撹拌し、ビーズを分離して着色剤分散液を得
た。
・スチレン 36.00部
・着色剤1(C.I.Pigment Blue 15:3(大日精化社製))
6.00部
・脂肪酸金属塩2 0.11部
次いで、極性樹脂含有単量体組成物 75.00部
・着色剤分散液 42.25部
上記材料を混合した。続いて混合物を60℃に加温し、21.00部のワックス6を加えた。次いで、重合開始剤 2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)を10.0部添加し、5分間撹拌して重合性単量体組成物を得た。
トナー粒子29の製造において、非晶性ポリエステル樹脂4、脂肪酸金属塩2、及びワックス6の種類及び量を表4のように変更したこと以外は同様に操作し、トナー粒子30、及びトナー粒子37、38を得た。得られたトナー粒子30、及びトナー粒子37、38の物性を表5に示す。
・非晶性ポリエステル樹脂6 100.0部
・磁性酸化鉄粒子(八面体形状) 60.0部
(個数平均粒径が0.13μm、保持力Hcが11.5kA/m、磁化σsが88Am2/kg、残留磁化σrが14Am2/kg[磁気特性は外部磁場10kOe印加時における値])
・ワックス 11.0部
(フィッシャートロプシュワックス、融点77℃、冷結晶化ピーク温度Cw:76℃)
・脂肪酸金属塩3 0.05部
・電荷制御剤(T-77、保土谷化学工業社製) 2.0部
上記材料をヘンシェルミキサーで前混合した後、二軸混練押し出し機(池貝鉄工(株)製PCM-30型))によって、溶融混練した。
トナー粒子34の製造において、脂肪酸金属塩3の量を0.43部に変更したこと以外は同様に操作し、トナー粒子35を得た。得られたトナー粒子35の物性を表5に示す。
トナー粒子1の製造において、非晶性ポリエステル樹脂1、脂肪酸金属塩1、及びワックス1の種類及び量を表4のように変更し、重合性単量体組成物中に結晶性ポリエステル樹脂(1,9-ノナンジオールとセバシン酸の重合物:Mw:19000、融点:74℃、酸価:2.0mgKOH/g、冷結晶化ピーク温度:55℃)を5部添加したこと以外は同様に操作し、トナー粒子36を得た。得られたトナー粒子36の物性を表5に示す。
得られたトナー粒子1(100部)に対して、BET法による比表面積が200m2/gである疎水性シリカ1.0部を、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社(旧三井三池化工機(株))にて外添を行なうことで、トナー1を得た。
トナー1の製造において、トナー粒子1を表6に記載のトナー粒子に変更したこと以外は同様に操作し、トナー粒子2~38を得た。得られたトナー2~38の物性を表6に示す。
トナー1を以下のようにして評価した。評価結果を表7に示す。
上記改造機を用いて評価を行った。カートリッジのトナーを空にした後、トナー1をカートリッジに300g充填した。
A.画像濃度が1.40以上。
B.画像濃度が1.30以上1.40未満。
C.画像濃度が1.20以上1.30未満。
D.画像濃度が1.20未満。
擦り濃度低下率は、上記評価機の定着器を外部に取り出し、定着器の温度を任意に設定可能にし、プロセススピードを400mm/secとなるように改造した外部定着器を用いた。
A:画像濃度の低下率が10.0%未満である。
B:画像濃度の低下率が10.0%以上15.0%未満である。
C:画像濃度の低下率が15.0%以上20.0未満である。
D:画像濃度の低下率が20.0%以上である。
画像形成装置としては、上記「評価1:耐久後の画像濃度」の評価に用いた改造機を、更に現像バイアスを調整できるように調整した。以下の評価手順で評価を行った。
印字率が1.5%となる横線パターンを2枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンが一旦停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、5,000枚の画出し試験を実施した。上記耐久試験は、高温高湿環境下(温度32.5℃、湿度80%RH)で行った。
A;濃度差が0.5以下
B;濃度差が0.6以上0.8以下
C;濃度差が0.9以上1.1以下
D;濃度差が1.2以上
上記「評価3-1:低温低湿環境における、耐久後の画質(濃度ムラ)」において、耐久試験後の評価を高温高湿環境(温度32.5℃、湿度80%RH)にする以外は同様に操作し、評価を行った。耐久試験後の評価を高温高湿環境で実施することで、静電潜像担持体とトナーの非静電付着力が上昇しやすくなる。特に、トナー表層にワックスが染み出してきたトナーでは、ワックスによりトナーの非静電付着力が上昇するため、厳しくなる。
A;濃度差が0.3以下
B;濃度差が0.4以上0.6以下
C;濃度差が0.7以上0.8以下
D;濃度差が0.9以上
画像形成装置としては、上記「評価3:耐久後の画質;濃度ムラ」の評価に用いた改造機を使用した。
A:画像欠けが発生していない
B:画像欠けが1個以上4個以下
C:画像欠けが5個以上8個以下
D:画像欠けが9個以上
トナー1を50mLのポリエステル製カップに5g取り、温度55℃/相対湿度10%で3日間放置し、凝集塊の有無を調べ、下記の基準で評価した。以下に判定基準を示す。本発明ではC以上を許容レベルとする。
A:凝集塊発生せず
B:軽微な凝集塊が発生、軽く指で押すと崩れる
C:凝集塊が発生、軽く指で押しても崩れない
D:完全に凝集
トナー1を表7に記載したトナーに変更する以外、実施例1と同様に評価を行った。評価結果を表7に示す。
トナー1を表7に記載したトナーに変更し、かつ、評価機について、HP LaserJet Enterprise M553Xをプロセススピード400mm/secとなるように改造して用いた以外は、実施例1と同様に評価を行った。評価結果を表7に示す。
Claims (8)
- 結着樹脂、ワックス、及び脂肪酸金属塩を含有するトナー粒子を含むトナーであって、
ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際のヘキサン抽出分に含有される前記脂肪酸金属塩の量が、前記結着樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上0.18質量部以下であり、
前記結着樹脂100質量部に対して、前記ワックスの含有量をA(質量部)とし、前記脂肪酸金属塩の含有量をB(質量部)としたとき、前記Aが10.0質量部以上40.0質量部以下であり、前記Bが0.04質量部以上0.43質量部以下であり、
走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上1000nm以下であり、
前記ワックスが、2価以上3価以下のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、或いは、2価以上3価以下のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステルを含有し、前記エステル、及び前記結着樹脂の溶解度パラメーターをSPw、SPcとし、前記エステルの重量平均分子量をMwとしたときに、前記SPw、SPc、及びMwが下記式(6)の関係を満たす(但し、溶解度パラメーターの単位は(cal/cm 3 ) 1/2 である)ことを特徴とするトナー。
450≦(SPc-SPw) 2 ×Mw≦780 ・・・・式(6) - 走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上500nm以下であり、前記ドメインの平均個数が、20個以上3000個以下である請求項1に記載のトナー。
- 前記ワックスの含有量Aに対する前記脂肪酸金属塩の含有量Bが、下記式(1)を満たす請求項1または2に記載のトナー。
0.002≦B/A≦0.025 ・・・・式(1) - ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際、2時間抽出したときのヘキサン可溶分をW2質量%、8時間抽出したときのヘキサン可溶分をW8質量%としたとき、
下記式(2)、(3)を満たす請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトナー。
8.0≦W2≦20.0 ・・・・式(2)
1.0≦W8-W2≦32.0 ・・・・式(3) - 前記脂肪酸金属塩が、2価または3価の金属と飽和脂肪酸からなる脂肪酸金属塩である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記脂肪酸金属塩の炭素鎖長分布において、含有量が最も多い炭素鎖長成分の含有量が60質量%以上であり、前記脂肪酸金属塩を示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、もっともピーク高さが高い冷結晶化ピークの温度をCfとし、前記ワックスを示差走査熱量測定して得られるDSC曲線において、もっともピーク高さが高い冷結晶化ピークの温度をCwとした時に、下記式(4)、(5)を満たす請求項1乃至5のいずれか1項に記載のトナー。
50≦Cf≦100 ・・・・式(4)
|Cf-Cw|≦30 ・・・・式(5) - 結着樹脂、ワックス、及び脂肪酸金属塩を含有するトナー粒子を含むトナーであって、
ヘキサンを用いて、前記トナー粒子に対してソックスレー抽出を2時間行った際のヘキサン抽出分に含有される前記脂肪酸金属塩の量が、前記結着樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上0.18質量部以下であり、
前記結着樹脂100質量部に対して、前記ワックスの含有量をA(質量部)とし、前記脂肪酸金属塩の含有量をB(質量部)としたとき、前記Aが10.0質量部以上40.0質量部以下であり、前記Bが0.04質量部以上0.43質量部以下であり、
走査透過型電子顕微鏡で観察される前記トナー粒子の断面において、前記ワックスのドメインが存在し、前記ドメインの円相当個数平均径が、30nm以上1000nm以下であり、
前記トナー粒子が懸濁重合トナー粒子であり、前記トナー粒子が非晶性ポリエステル樹脂を含有し、
前記非晶性ポリエステル樹脂の酸価が3.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下であり、前記非晶性ポリエステル樹脂が下記式(7)で示されるイソソルビドユニットを、前記非晶性ポリエステル樹脂を構成する全モノマーユニットを基準として、0.10mol%以上30.00mol%以下含有することを特徴とするトナー。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のトナーの製造方法であって、
a)非晶性ポリエステル樹脂、ワックス、脂肪酸金属塩、及び重合性単量体を含有する重合性単量体組成物Aを作製する工程、
b)水系媒体中に前記重合性単量体組成物Aを添加し、水系媒体中に重合性単量体組成物Aの粒子が分散された分散液Bを作製する工程、
c)前記分散液Bに重合開始剤を添加して、前記分散液B中に含まれる前記重合性単量体Aを重合し、水系媒体中にトナー粒子が分散された分散液Cを作製する工程、
d)前記分散液Cを、ワックスの結晶化温度、脂肪酸金属塩の結晶化温度もしくはトナー粒子のガラス転移温度Tg(℃)のいずれか高い方の温度より高い温度Ta(℃)で保持する工程、
e)工程dを経た前記分散液Cを、温度Taから、トナー粒子のTg(℃)以下の温度まで、40.0℃/分以上の冷却速度で冷却する工程、
f)工程eを経た前記分散液Cを、Tg-10℃以上Tg+10℃以下の温度領域に、30分間以上保持する工程、
を有することを特徴とするトナーの製造方法。
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