JP7487005B2 - トナー - Google Patents

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Description

本開示は、電子写真法、静電記録法、磁気記録法などに用いられるトナーに関する。
近年レーザービームプリンター(LBP)においては従来にも増して印刷速度の高速化と長寿命化、更には省エネルギー化が求められている。
そのためにLBP本体及びカートリッジの、各構成装置、部材及び部品は更なる高機能化が必要になってきており、現像剤であるトナーも例外ではない。
具体的には、印刷速度の高速化に伴い定着器から供給される熱量が減少するため更なる低温定着性能が要求され、また長寿命化に伴い容器内の攪拌で受ける物理的・熱的なダメージが増加するため更なる耐久性・安定性が要求される。
前者の要求に対応するために、従来可塑材料の多量添加が行われてきた。しかし、ただ単純に可塑材料を添加して樹脂を軟化させるだけでは、耐久性や保存性が低下する。そこで主として熱定着時にのみ溶融し可塑効果を発揮する結晶性材料、具体的にはワックスや結晶性樹脂が好ましく使用されてきた。特に比較的分子量が大きく、物理的・熱的に安定である結晶性樹脂の適用事例が近年増加している。
しかし、低温定着性能の要求レベルは年々上昇しており、単純な結晶性樹脂の多量添加では要求性能を満足することは困難であった。また多量添加による耐久性・熱的安定性の低下という弊害も顕著となっている。可塑材料として機能する結晶性樹脂は一般的なトナーの結着樹脂に比べ物理的・熱的に脆弱であり、外添剤の埋没なども発生しやすい為である。
このような状況に対し、結着樹脂にも結晶性樹脂と共晶しうる部位を導入し結晶を安定化する、さらに結晶性樹脂の溶融速度を向上させることで低温定着性を向上させる試みが、例えば特許文献1等により為されている。
また、結晶性樹脂の多量添加による耐久性・安定性の低下を外添剤の面からカバーする方策として、軟化したトナー粒子表面にも埋没しにくい大粒径の外添剤を添加する試みがなされている。
しかし、大粒径の外添剤はトナー粒子表面に十分固着させることが難しく、遊離による部材汚染等を引き起こす。このような弊害を解消するため外添装置や処理条件に新規の技術を導入し対応した事例として特許文献2、特許文献3等が挙げられる。
特開2015-045848号公報 特開2010-170031号公報 特開2015-135486号公報
しかし、上記のような外添技術によってもトナー粒子表面の結晶性樹脂への外添剤の埋没を効果的に抑制することは困難であることがわかった。結晶性樹脂それ自体が周囲の樹脂に比べ物理的・熱的に脆弱である為である。
そして外添剤の埋没と結晶性樹脂の露出は、転写電流の漏洩と、それに伴う様々な画像弊害を誘発する。結晶性樹脂はその分子構造上、導電性が周囲の結着樹脂よりも高く、転写電流のリークサイトとなるためと考えられる。
このような結晶性樹脂の多量添加による弊害を抑制し、そのメリットを最大限に発揮す
るための対策が必要である。
本開示は、結晶性樹脂の多量添加による優れた低温定着性を発揮すると同時に、高度な耐久安定性を達成し、また転写電流漏洩による画像弊害を抑制したトナーを提供する。
本開示は、結着樹脂及び結晶性樹脂を含有するトナー粒子、並びに外添剤を含有するトナーであって、
温度変調型示差走査熱量計により該トナーを測定したとき、
トータルヒートフローにおいて、55.0℃以上95.0℃以下の温度範囲に、該結晶性樹脂に由来する少なくとも一つの吸熱ピークを有し、
該トータルヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量の比率が、35.0%より大きく、
該外添剤が、無機粒子であり、
該外添剤の一次粒子の個数平均粒径が、30nm以上300nm以下であり、
該結晶性樹脂の含有量が、該結着樹脂100質量部に対し10質量部より多く50質量部以下であるトナーに関する。
本開示によれば、結晶性樹脂の多量添加による優れた低温定着性を発揮すると同時に、高度な耐久安定性を達成し、また転写電流漏洩による画像弊害を抑制したトナーを提供できる。
処理羽根の例
数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
「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。
本開示は、結着樹脂及び結晶性樹脂を含有するトナー粒子、並びに外添剤を含有するトナーであって、
温度変調型示差走査熱量計により該トナーを測定したとき、
トータルヒートフローにおいて、55.0℃以上95.0℃以下の温度範囲に、該結晶性樹脂に由来する少なくとも一つの吸熱ピークを有し、
該トータルヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量の比率が、35.0%より大きく、
該外添剤が、無機粒子であり、
該外添剤の一次粒子の個数平均粒径が、30nm以上300nm以下であり、
該結晶性樹脂の含有量が、該結着樹脂100質量部に対し10質量部より多く50質量部以下であるトナーに関する。
本発明者らの検討によれば、上記トナーにより、結晶性樹脂の多量添加による優れた低温定着性を発揮すると同時に、高度な耐久安定性を有し、また転写電流漏洩による画像弊害の発生を抑制したトナーを提供することが可能となる。
以下にその詳細を説明する。
一般的に低温定着性向上のために結晶性樹脂を多量添加した場合、トナー粒子表面にお
ける結晶性樹脂の存在割合が増加する。その結果、長期の耐久試験を行うと、トナー粒子表面の結晶性樹脂ドメインへの外添剤の埋没と、それによる様々な弊害が発生する。
その対策として外添剤の大粒径化が広く行われているが、結晶性樹脂が物理的・熱的に脆弱であるために、トナー粒子表面の結晶性樹脂ドメインへの外添剤の埋没を抑制することは、大粒径外添剤であっても困難である。
そこで、本発明者らは外添剤を大粒径化するだけでなく、結晶性樹脂自体の分子構造をより堅牢とすることで上記課題を解決可能であることを見出した。
具体的には結晶性樹脂の分子鎖中の、結晶性を発揮するアルキル部位の密度をより密とすることで、全体としてより堅牢な分子構造を構築し、大粒径外添剤の埋没を抑制するものである。
以下にその詳細な機構を解説する。
そもそも一般的に、結晶性樹脂中の、結晶性を発揮しうる部位の全てが結晶構造を取っているわけではない。
結晶性は、結晶性を発揮しうる単位構造が複数個、規則的に配列することで生じる。そのため極論すれば、結晶性を発揮しうる単位構造が結晶性樹脂中でそれぞれ孤立している場合、結晶性は全く生じないと考えられる。
逆に言えば結晶性を発揮しうる部位の密度を高めることで、より多くの部位を結晶化させ、全体としてはより結晶性が高く堅牢な分子構造とすることが可能であると考えられる。
そのための指標として、我々はトナーを温度変調型示差走査熱量計により測定した際のトータルヒートフローにおいて、55.0℃以上95.0℃以下の温度範囲に観測される、結晶性樹脂に由来する吸熱ピークに着目した。
温度変調型示差走査熱量計による測定では、定速昇温と同時に周期的温度変調を重畳する。この際、上記吸熱ピークから温度変調に追従できる成分をリバーシングヒートフローとして、温度変調に追従できない成分をノンリバーシングヒートフローとして、分離することが可能である。
このリバーシングヒートフローに現れる成分は、周期的温度変調の降温時も追従して再結晶化が可能である。該成分は結晶性を発揮する単位構造の密度が高いため、溶融により分子鎖が熱運動している状態でも容易に再結晶化が可能であると考えられる。
そのためトータルヒートフローにおける吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱ピークの吸熱量の比率が高い場合、より結晶性を発揮する単位構造の密度が高く、堅牢な分子構造を取っていると考えられる。
また上記構造を形成し、耐久使用を通じて維持するためには、無機粒子である大粒径外添剤の使用が必須である。
トナーの製造時の外添工程及び耐久時の物理的衝撃は、外添剤を介しトナー粒子表面に加えられる。この際、小粒径の外添剤であると物理的衝撃が狭い範囲に集中するため、トナー粒子表面の結晶性樹脂の分子鎖を塑性変形させ、外添剤が埋没するのみである。しかし大粒径の無機外添剤であれば物理的衝撃が分散し、トナー粒子表面の結晶性樹脂を塑性変形させにくく、その分内部に衝撃波を伝播させることができる。
この際、衝撃力により分子鎖に生じる振動により、結晶性樹脂中の結晶性を発揮する単位構造同士が接近・配列し結晶化が促進される。この衝撃力による分子鎖の振動は極めて短時間である為、結晶性を発揮する単位構造の比較的近い距離同士のものの配向・結晶化を引き起こし、結晶の分子構造をより堅牢なものにすると考えられる。このためリバーシングヒートフローに現れる成分を増加させ、その比率を増大させることができる。
また外添工程では、外添剤がトナー粒子表面に対し衝突と脱離を繰り返しながら固着が進行するが、大粒径の外添剤の場合脱離も起きやすいため、小粒径の外添剤よりも多くの
回数物理的衝撃をトナー粒子表面に与えることができる。このためリバーシングヒートフローに現れる成分を増加させることができる。
これらの効果を効率的に発揮させるためには、加温による熱エネルギーの投入が好ましい。熱エネルギーは結晶性樹脂周辺の結着樹脂分子を振動・軟化させ、結晶性樹脂中の結晶性を発揮する単位構造の配列を促進させることができる。
その際は結着樹脂分子及び結晶性樹脂分子の分子振動に十分な温度に迅速に到達させる必要がある。結晶性樹脂の結晶化を進める際の温度が低い場合、結晶化自体により多くの時間を要するため、結晶性樹脂ドメインが大径化する。結果として大粒径外添剤であってもトナー粒子表面の結晶性樹脂ドメインを被覆することが困難となり、転写電流漏洩などの弊害を引き起こす。
結着樹脂分子及び結晶性樹脂分子の分子振動に十分な温度に迅速に到達させることが出来れば結晶性樹脂ドメインが小径化・微分散化するためにこのような弊害を引き起こしにくくなる。また結晶性樹脂による可塑効果を高めることが可能となる。
また、熱エネルギーは持続する分子振動であるため、比較的遠距離の結晶性部位同士の配向・結晶化も引き起こす。比較的低温である程、結晶化に要する時間が長くなる。そのため、結晶性樹脂分子に運動する時間を与え、より遠距離の結晶性部位同士に会合の機会を与えてしまうため、その効果はより顕著である。結果としてリバーシングヒートフローに現れる成分を減少させ、その比率を低減させてしまう。
そのため熱エネルギーの投入においては迅速な昇温が不可欠である。
以下、トナーについて具体的に説明する。
結晶性樹脂の含有量は、結着樹脂100質量部に対し10質量部より多く50質量部以下である必要がある。上記範囲であると、種々の弊害を抑制した上で、優れた低温定着性を発揮することができる。
好ましくは、11質量部以上30質量部以下である。これにより、外添剤の埋没を抑制し耐久性能をより高い水準で保持できる。
また、温度変調型示差走査熱量計により測定したトータルヒートフローにおいて、55.0℃以上95.0℃以下の温度範囲に、該結晶性樹脂に由来する少なくとも一つの吸熱ピークを有する。
そして、トータルヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量の比率が35.0%より大きい必要がある。結晶性樹脂が十分に堅牢な構造を取っており耐久安定性を発揮することができるためである。
該比率は、好ましくは40.0%以上90.0%以下であり、より好ましくは40.0%以上80.0%以下であり、る。当該範囲であると、結晶性樹脂が熱定着時に迅速に溶融できるため低温定着性がより向上する。
当該比率は、結晶性樹脂の構造や、製造工程における熱処理及び物理衝撃処理により制御することができる。
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、30nm以上300nm以下である必要がある。トナーに十分な流動性・帯電性を付与し、また耐久時のトナー粒子表面に対する埋没を抑制することができるためである。
好ましくは40nm以上150nm以下である。当該範囲であると、トナーの流動性が特に改善し、耐久性能が向上する。
外添剤によるトナー粒子表面の被覆率は、10%以上40%以下であると好ましい。長期耐久時のトナー粒子の露出した表面部分同士が癒着することによる凝集塊の発生や、そ
れによるスジなどの画像弊害の発生を抑制し、トナーに十分な流動性・帯電性を付与することができるためである。
該被覆率は、好ましくは10%以上20%以下である。当該範囲であると、低温定着性への弊害を抑制しつつ耐久性能をより向上させることが可能となる。
該被覆率は、外添剤の添加量、外添剤の形状、外添処理装置の構成及び運転条件等により制御することができる。
外添剤の下式で算出されるトナー粒子表面における単位拡散指数が、0.70以上であることが好ましく、0.75以上であることがより好ましい。当該範囲であると、外添剤がトナー粒子表面で十分に分散して存在し、耐久安定性が向上する。
単位拡散指数=(実測から求められる外添剤によるトナー粒子表面の被覆率)/
(外添剤が理想的に拡散した場合の外添剤によるトナー粒子表面の被覆率)
上限は特に制限されないが、好ましくは0.95以下であり、より好ましくは0.90以下である。
単位拡散指数は、外添処理装置の構成及び運転条件等により制御することができる。
形状係数SF-1は粒子の丸さの度合いを示す指標であり、値が100であると真円となり、数値が大きくなるほど円から遠ざかり不定形になることを示す。
走査型電子顕微鏡で観察される外添剤の形状係数SF-1は、150以上250以下であると好ましい。当該範囲であると、外添剤が適度に異形形状となり、長期耐久時にトナーが物理的衝撃を受けた場合でも応力が一か所に集中する事無く、埋没を抑制することができる。
SF-1は、より好ましくは170以上200以下である。当該範囲であると、トナー間での流動性を十分に向上させることができる。
外添剤のSF-1は、例えば乾式非球状シリカ粒子であれば、製造時の火炎加水分解反応における原料供給速度や温度、滞留時間等により制御することができる。
形状係数SF-2は粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、値が100であると真円となり、数値が大きくなるほど大きな凸部を有することを示す。
走査型電子顕微鏡で観察される外添剤の形状係数SF-2は、110以上250以下であると好ましい。当該範囲であると、外添剤に適度な凸部が存在し、長期耐久時にトナー粒子表面で外添剤が転がりにくくなり、トナー粒子表面の凹部に掃き寄せられ被覆率が低下するといった問題が生じにくく、耐久安定性が向上する。
SF-2は、より好ましくは150以上230以下である。当該範囲であると、外添剤の凸部の埋没や、そこからの外添剤全体の埋没を抑制できる。
外添剤のSF-2は、例えば乾式非球状シリカ粒子であれば、製造時の火炎加水分解反応における原料供給速度や温度、滞留時間等により制御することができる。
透過型電子顕微鏡によるトナーの断面観察において、一つのトナー粒子の断面あたりの結晶性樹脂のドメインの長径の相加平均値をr(nm)とし、外添剤の個数平均粒径をR(nm)としたとき、下記式(1)を満たすことが好ましい。
0.5≦r/R≦1.9 ・・・(1)
r/Rが1.9以下であれば、該無機粒子によりその表面を適度に被覆することが可能であり、低温定着性を損なうことなく耐久安定性を向上させることが出来る。またr/Rが0.5以上であれば分子の運動に十分な自由度を与えることができ、結晶性樹脂の単位構造の配列を促進することができる。
r/Rは、より好ましくは0.7以上1.6以下である。当該範囲であると、結晶性樹脂ドメインの露出部分が減り、転写電流の漏洩が少なくなり、耐久使用にともなう画像濃度低下も抑制される。
結晶性樹脂のドメインの長径は、結晶性樹脂の構造や、製造工程における熱処理及び物
理衝撃処理により制御することができる。
結晶性樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましく、結晶性樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂であることがより好ましい。
結晶性樹脂とは、示差走査熱量計(DSC)による測定において、明確な吸熱ピークを有する樹脂と定義する。
結晶性ポリエステル樹脂は公知のものを使用できる。例えば、脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールの縮重合物が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂は、脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオール、並びに脂肪族モノカルボン酸及び脂肪族モノアルコールからなる群から選択される少なくとも一の縮重合物であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂は、脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオール、並びに脂肪族モノカルボン酸の縮重合物であることがより好ましい。
脂肪族ジカルボン酸としては、炭素数2~20の脂肪族ジカルボン酸が挙げられる。例えば、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、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ヘキサデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸等が挙げられる。
脂肪族ジオールとしては、炭素数2~20の脂肪族ジオールが挙げられる。例えば、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-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4-ブタンジオール、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、1,12-ドデカンジオール、1,16-ヘキサデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール等が挙げられる。
脂肪族モノカルボン酸としては、炭素数6~20の脂肪族モノカルボン酸が挙げられる。例えば、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸(カプリン酸)、ドデカン酸(ラウリン酸)、テトラデカン酸(ミリスチン酸)、ヘキサデカン酸(パルミチン酸)、オクタデカン酸(ステアリン酸)、エイコサン酸(アラキジン酸)、ドコサン酸(ベヘン酸)、テトラコサン酸(リグノセリン酸)等が挙げられる。
脂肪族モノアルコールとしては、炭素数6~20の脂肪族モノアルコールが挙げられる。例えば、カプリルアルコール、ウンデカノール、ラウリルアルコール、トリデカノール、ミリスチルアルコール、ペンタデカノール、パルミチルアルコール、マルガリルアルコール、ステアリルアルコール、ノナデカノール、アラキジルアルコールが挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂が、脂肪族ジオールを含むアルコール成分と脂肪族ジカルボン酸を含む酸成分との縮重合体であることが好ましい。そして、脂肪族ジオールの炭素数をC1とし、脂肪族ジカルボン酸の炭素数をC2としたときに、C1及びC2の和が8以上16以下であることが好ましく、10以上16以下であることがより好ましい。
C1及びC2の和が上記範囲内であると、結晶性樹脂の配向性が高まり保存性・低温定着性が良好となる。
なお、脂肪族ジオール及び/又は脂肪族ジカルボン酸が複数用いられている場合、それぞれの炭素数は質量分率による平均値を採用する。
C1及びC2の和が8以上16以下ということは、結晶性ポリエステル樹脂を構成する脂肪酸ジオールと脂肪族ジカルボン酸の炭素数の合計が比較的少ないことを意味する。このようにC1及びC2の和を上述の範囲のように小さくすることにより、結晶性ポリエステル樹脂に含まれるエステル基の濃度が増加し、結晶性ポリエステル樹脂の極性が上がる

その結果、結着樹脂に非晶性ポリエステル樹脂を用いた場合、非晶性ポリエステル樹脂との相溶性が向上し低温定着性が向上する。
また、C1及びC2の和を8以上にすることで、結晶性ポリエステル樹脂が安定した結晶構造を作りやすくなり、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を、上記特定の範囲に制御しやすくなる。
また、結晶性ポリエステル樹脂が、脂肪族ジオールを含むアルコール成分と脂肪族ジカルボン酸を含む酸成分との縮重合物であり、脂肪酸ジオールの炭素数をC1とし、脂肪族ジカルボン酸の炭素数をC2としたときに、下記式(2)又は(3)のいずれかを満たすことが好ましい。
2≦C1≦4 ・・・(2)
2≦C2≦4 ・・・(3)
これは、結晶性ポリエステル樹脂のエステル基とエステル基の間の炭素数が非常に少ないことを意味する。これら2つのエステル基が近くに存在することにより、結晶性ポリステル樹脂の分子中に、2つのエステル基が密接した極性が高い構造を生じ、分子中において極性の偏りが大きくなる。
結晶性ポリエステル樹脂は、極性の偏りを起点とした分子内相互作用によって、再結晶化が促進されるため、安定した結晶構造を作りやすくなる。すなわち、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を、上記特定の範囲に制御しやすくなる。
また、結晶性ポリエステル樹脂が、脂肪族ジオールを含むアルコール成分と脂肪族ジカルボン酸を含む酸成分との縮重合物であり、末端に脂肪族モノカルボン酸が縮合した構造及び末端に脂肪族モノアルコールが縮合した構造の少なくともいずれかを有することが好ましい。
そして脂肪族モノカルボン酸が縮合した構造及び脂肪族モノアルコールが縮合した構造の少なくともいずれかの炭素数が、6以上14以下であることが好ましく、10以上14以下であることがより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の融点は、好ましくは65℃以上100℃以下であり、より好ましくは70℃以上90℃以下である。融点は、使用するカルボン酸成分及びアルコール成分の組み合わせで決まるため、上記範囲に入るよう、適宜選択すればよい。
結晶性ポリエステル樹脂は、通常のポリエステル合成法で製造することができる。例えば、酸成分とアルコール成分をエステル化反応、又はエステル交換反応せしめた後、減圧下又は窒素ガスを導入して常法に従って重縮合反応させることによって得ることができる。
以下、結着樹脂に関して具体的に説明する。結着樹脂は、特に制限されず公知の樹脂を用いることができる。
結着樹脂は、好ましくは非晶性ポリエステル樹脂を含有し、より好ましくは非晶性ポリエステル樹脂である。
結着樹脂中の非晶性ポリエステル樹脂の含有量は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは80質量%~100質量%であり、さらに好ましくは90質量%~100質量%である。
非晶性ポリエステル樹脂は、ビニル重合体部位及び非晶性ポリエステル部位を有するハ
イブリッド樹脂を含有することが好ましい。結着樹脂が、溶融特性の優れる非晶性ポリエステル部位と、帯電特性に優れ、軟化点が高いビニル重合体部位とを有するハイブリッド樹脂を含有することで、結着樹脂の軟化点を高くしつつ、帯電安定性と低温定着性に優れる。その結果、低温定着性及び高湿環境下における画像濃度の安定性がより高まる。
さらに、非晶性ポリエステル樹脂は、非晶性ポリエステル樹脂組成物であることがより好ましい。非晶性ポリエステル樹脂組成物は、ビニル重合体部位及び非晶性ポリエステル部位を有するハイブリッド樹脂を含有することが好ましい。
該非晶性ポリエステル樹脂組成物は、
i)炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコールが非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造及び炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノカルボン酸が非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造の少なくとも一方、並びに
ii)炭素数の平均値27以上50以下の脂肪族炭化水素、
を含有することが好ましい。
結着樹脂が上記樹脂組成物を含有することで、結晶性ポリエステル樹脂を添加した際に、結晶性ポリエステル樹脂の結晶化速度が向上し、耐熱保存性が良好なトナーを得ることができる。さらに、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を、上記特定の範囲に制御しやすくなる。
長鎖アルキルモノアルコールが縮合した構造を、以下、アルコール残基ともいう。長鎖アルキルモノカルボン酸が縮合した構造を、以下、カルボン酸残基ともいう。また、これらの残基を長鎖アルキル成分ともいう。
ここで、長鎖アルキルモノアルコールのアルコール残基及び長鎖アルキルモノカルボン酸のカルボン酸残基の少なくとも一方の残基を末端に有するポリエステル樹脂とは、これらの長鎖アルキル成分がメインバインダー成分である非晶性ポリエステル樹脂(非晶性ポリエステル部位)に反応し組み込まれている樹脂を表している。
一方、非晶性ポリエステル樹脂組成物が上記平均炭素数の脂肪族炭化水素を含むことは、例えば、非晶性ポリエステル樹脂組成物が長鎖アルキル成分をアルコール変性又は酸変性した際の、未変性成分も含有していることを表す。
上記非晶性ポリエステル樹脂組成物は、長鎖アルキル成分が組み込まれたポリエステル樹脂と、(例えば長鎖アルキル成分の未変性品である)脂肪族炭化水素成分を有することを意味する。
長鎖アルキル成分の炭素数の平均値は以下の方法で求める。
長鎖アルキル成分の炭素数分布は、ガスクロマトグラフィー(GC)により、以下のようにして測定する。サンプル10mgを精秤し、サンプルビンに入れる。このサンプルビンに精秤した10gのヘキサンを加えてフタをした後、ホットプレートで150℃に加温して混合する。
その後、長鎖アルキル成分が析出してこないようすばやくガスクロマトグラフィーの注入口へこのサンプルを注入して、下記測定装置及び測定条件で分析を行う。横軸を炭素数、縦軸をシグナルの強度とするチャートを得る。
次いで、得られたチャートにおいて、検出された全ピークのトータルの面積に対する各炭素数成分のピークの面積の割合を算出し、これを各炭化水素化合物の存在比率(面積%)とする。そして、横軸に炭素数、縦軸に炭化水素化合物の存在比率(面積%)を取り、炭素数分布チャートを作成する。そして、炭素数分布チャートのピークトップの炭素数を、炭素数の平均値とする。
測定装置及び測定条件は、下記の通りである。
GC:HP社 6890GC
カラム:ULTRA ALLOY-1 P/N:UA1-30m-0.5F(フロンティア・ラボ社製)
キャリアーガス:He
オーブン:(1)温度100℃で5分ホールド、(2)30℃/分で温度360℃まで昇温、(3)温度360℃で60分ホールド
注入口:温度300℃
初期圧力:10.523 psi
スプリット比:50:1
カラム流量:1mL/min
また、非晶性ポリエステル樹脂組成物中の、炭素数の平均値27以上50以下の脂肪族炭化水素、炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコールが縮合した構造(アルコール残基)、及び炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノカルボン酸が縮合した構造(カルボン酸残基)の合計の含有割合が、2.5質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。より好ましくは3.5質量%以上7.5質量%以下である。
長鎖アルキルに由来する成分の割合を上記範囲とすることで、結晶性ポリエステルの結晶化速度が制御しやすくなり、保存性が良好なトナーを得ることができる。
また、示差走査熱量測定(DSC)にて得られる温度-吸熱量曲線において、非晶性ポリエステル樹脂組成物の吸熱ピークのピークトップ温度が、55.0℃以上95.0℃以下であることが好ましい。
また、吸熱ピークの吸熱量(ΔH)が、0.10J/g以上1.90J/g以下であることが好ましく、0.20J/g以上1.00J/g以下であることがより好ましい。
トナーの低温定着性と画像スジの抑制を両立するためには、トナー中で結晶性樹脂を均一に分散させることが好ましい。そのためには、結着樹脂中で長鎖アルキル成分が均一に分散していることが好ましく、ポリエステル樹脂成分と結合せず、遊離した成分、すなわち未変性の脂肪族炭化水素の量を適正化させることが好ましい。
この未変性の脂肪族炭化水素は、示差走査熱量測定(DSC)にて得られる温度-吸熱量曲線において吸熱ピークが発現する。DSCで観測される、吸熱量ΔHが上記範囲内にあることは、遊離している長鎖アルキル成分が少ない、すなわち、非晶性ポリエステル樹脂(メインバインダー)に組み込まれていることを示す。
そのため、本発明者等はこの吸熱ピークの吸熱量(ΔH)を適正化することで、樹脂組成物中で長鎖アルキルに由来する成分が均一に分散しやすくなると考えている。
吸熱ピークのピークトップ温度及び吸熱量(ΔH)は以下の方法で測定される。
示差走査熱量測定(DSC)における吸熱ピークのピークトップ温度及び吸熱ピーク量は、示差走査型熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いて、ASTM D3418-82に準じて測定される。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。
具体的には、測定試料約5mgを精密に秤量し、これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用いて、測定温度範囲30~200℃の間で、昇温速度10℃/minで常温常湿下測定を行う。
なお、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この昇温過程で得られるDSC曲線(温度-吸熱量曲線)において、温度30℃~200℃の範囲における最大の吸熱ピークのピークトップの温度を求める。また、吸熱ピークの吸熱量ΔHは、上記吸熱ピークの積分値である。
長鎖アルキル成分の遊離量、すなわちDSCの吸熱ピークの量を制御する方法としては、脂肪族炭化水素のアルコール変性率又は酸変性率を高める方法が挙げられる。
すなわち、アルコール又は酸変性された長鎖アルキル成分は、重合反応でポリエステル樹脂と反応しポリエステル樹脂中へ組み込まれると、DSC測定において吸熱ピークが発現しない。一方、未変性の脂肪族炭化水素は、ポリエステル樹脂との反応点を持たない為、ポリエステル樹脂中で遊離した状態で存在することになり、DSCの吸熱量を高めることになる。
炭素数の平均値が27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコール、及び炭素数の平均値が27以上50以下の長鎖アルキルモノカルボン酸は、工業的には原料となる脂肪族炭化水素をアルコール又は酸変性することで得られる。
脂肪族炭化水素は、飽和炭化水素及び不飽和炭化水素を含み、例えば、アルカン、アルケン、アルキンや、シクロヘキサンなどの環状の炭化水素が挙げられるが、飽和炭化水素(アルカン)であることが好ましい。
例えば、アルコール変性品に関しては、炭素数が27以上50以下の脂肪族炭化水素を、硼酸、無水硼酸、又はメタ硼酸のような触媒の存在下に分子状酸素含有ガスで液相酸化することによりアルコールに転化できることが知られている。使用される触媒添加量は、原料脂肪族炭化水素1molに対して0.01mol~0.5molが好ましい。
反応系に吹き込む分子状酸素含有ガスとしては、酸素、空気又はそれらを不活性ガスで希釈した広範囲のものが使用可能であるが、酸素濃度3%~20%が好ましい。また、反応温度は、100℃以上200℃以下が好ましい。
DSCの吸熱量は、反応条件の最適化や、変性反応後に精製作業を行うことで、未変性の脂肪族炭化水素成分を一部除去することにより制御することができる。脂肪族炭化水素成分の変性率は、好ましくは85%以上であり、より好ましくは90%以上である。一方、上限は99%以下であることが好ましい。
また、非晶性ポリエステル樹脂組成物は、炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコールが非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造及び炭素数の平均値27以上50以下の脂肪族炭化水素を含有することが好ましい。長鎖アルキルモノアルコールは、2級アルコールを含有することが好ましく、2級アルコールを主成分として含有することがより好ましい。なお、2級アルコールを主成分とするとは、長鎖アルキルモノアルコール中の50質量%以上が2級アルコールであることを示す。
長鎖アルキルモノアルコールとして、2級アルコールを主成分として用いることで、長鎖アルキル成分が折りたたみ構造を取り易くなる。その結果、立体障害等が抑制され、長鎖アルキル成分が非晶性ポリエステル樹脂組成物中でより均一に存在し易くなり、より保存安定性が向上する。
非晶性ポリエステル樹脂組成物がハイブリッド樹脂を含有する場合、長鎖アルキル成分は、ハイブリッド樹脂のポリエステル部位の末端に縮合したものであることが好ましい。
すなわち、好ましくは、非晶性ポリエステル樹脂組成物は、非晶性ポリエステル部位及びビニル重合体部位を有するハイブリッド樹脂、及び炭素数の平均値27以上50以下の脂肪族炭化水素を含有し、該ハイブリッド樹脂は、炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコールが非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造及び炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノカルボン酸が非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造の少なくとも一方を有する。
より好ましくは、ポリエステル樹脂組成物は、非晶性ポリエステル部位及びビニル重合
体部位を有するハイブリッド樹脂、及び炭素数の平均値27以上50以下の脂肪族炭化水素からなり、該ハイブリッド樹脂は、炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノアルコールが非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造及び炭素数の平均値27以上50以下の長鎖アルキルモノカルボン酸が非晶性ポリエステル部位の末端に縮合した構造の少なくとも一方を有する。
非晶性ポリエステル樹脂又は非晶性ポリエステル樹脂組成物中のハイブリッド樹脂の含有量は、50.0質量%以上99.5質量%以下であることが好ましく、80.0質量%以上99.0質量%以下であることがより好ましく、90.0質量%以上99.0質量%以下であることがさらに好ましい。
ハイブリット樹脂は、非晶性ポリエステル部位とビニル重合体部位との質量比(非晶性ポリエステル部位:ビニル重合体部位)が、60:40~98:2であることが好ましく、65:35~80:20であることがより好ましい。すなわち、ハイブリッド樹脂中の、非晶性ポリエステル部位の含有量が、60質量%以上98質量%以下であることが好ましく、65質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
上記範囲にすることで、ハイブリッド樹脂が有するメリットを得ることができる。また、結晶性樹脂、特に結晶性ポリエステル樹脂との相溶性が良化するため、良好な低温定着性を得られやすい。
非晶性ポリエステル樹脂又は非晶性ポリエステル部位を構成するモノマーとしては以下の化合物が挙げられる。
アルコール成分としては、以下のような2価のアルコールが挙げられる。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(I)式で表されるビスフェノール及びその誘導体、並びに下記(II)式で表されるジオール類。
Figure 0007487005000001
(式中、Rはエチレン基又はプロピレン基を示し、x及びyはそれぞれ0以上の整数であり、かつx+yの平均値は0以上10以下である。)
Figure 0007487005000002
中でも、良好な帯電性、及び環境安定性を得られる点で、上記(I)式で表されるビスフェノール及びその誘導体を含有することが好ましい。
アルコール成分は、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物及びビスフェノール
Aエチレンオキサイド付加物などのビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を含有することが好ましい。
すなわち、非晶性ポリエステル部位が、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物及びビスフェノールAエチレンオキサイド付加物からなる群から選択される少なくとも一のアルコール成分と、酸成分とが縮重合した構造を有することが好ましい。
また、ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物のうち、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物に由来するモノマーユニットと、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物に由来するモノマーユニットとのモル比(プロピレンオキサイド付加物:エチレンオキサイド付加物)は、30:70~100:0が好ましく、35:65~50:50がより好ましい。
上記範囲にすることで、結晶性樹脂、特に結晶性ポリエステルとの相溶性が良化するため、良好な低温定着性を得られやすい。
酸成分としては、以下のような2価のカルボン酸が挙げられる。
フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸のようなベンゼンジカルボン酸類又はその無水物;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸のようなアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6以上18以下のアルキル基若しくは炭素数6以上18以下のアルケニル基で置換されたこはく酸又はその無水物;フマル酸、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。
3価以上の多価カルボン酸としては、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸及びこれらの酸無水物又は低級アルキルエステルなどが挙げられる。上記のうち、環境変動による安定性も高い芳香族系化合物が好ましく、例えば1,2,4-ベンゼントリカルボン酸及びその無水物が好ましい。
3価以上の多価アルコールとしては、1,2,3-プロパントリオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。
また、非晶性ポリエステル部位は、炭素数6以上30以下の脂肪族アルコール由来のモノマーユニット及び/又は、炭素数6以上30以下の脂肪族カルボン酸由来のモノマーユニットを有することが好ましい。また、非晶性ポリエステル部位は、炭素数10以上30以下の脂肪族アルコール由来のモノマーユニット及び/又は、炭素数10以上30以下の脂肪族カルボン酸由来のモノマーユニットを有することがより好ましい。
トナーを上記構成とすることで、材料分散性が良化し、良好な耐久性を有するトナーが得られる。さらに、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を、上記特定の範囲に制御しやすくなる。
その理由について、以下のように考察している。
上述したように、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を高めるためには、トナー中における結晶性樹脂を密に折りたたみ、結晶構造を安定化させることが重要である。トナー中において相溶した結晶性樹脂を密に折りたたむためには、非晶性樹脂中における結晶性樹脂の分子運動を高めることが好ましい。
脂肪族アルコール由来のユニット及び/又は、脂肪族カルボン酸由来のユニットは、芳香族を含むユニットと比較して、炭素-炭素間の運動性が高く、結晶性樹脂の分子運動を妨げにくい。よって、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を高めることが出来ると考えている。
また、該脂肪族アルコール由来のユニット及び/又は、該脂肪族カルボン酸由来のユニ
ットの含有量が、該非晶性ポリエステル部位に対して、1質量%以上20質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、3質量%以上15質量%以下である。
トナーを上記構成とすることで、材料分散性が良化し、カブリを抑制できると共に、良好な耐久性を有するトナーが得られる。更に、吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率を、本件の範囲に制御しやすくなる。
ビニル重合体部位を構成するビニル系モノマーとしては、以下の化合物が挙げられる。
スチレン;o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレン、p-クロルスチレン、3,4-ジクロルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレンのようなスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンのような不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレンのような不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルのようなハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルのようなビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n-オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルのようなメタクリル酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n-オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2-クロルエチル、アクリル酸フェニルのようなアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンのようなビニルケトン類;N-ビニルピロール、N-ビニルカルバゾール、N-ビニルインドール、N-ビニルピロリドンのようなN-ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドのようなアクリル酸又はメタクリル酸誘導体。
さらに、以下のものが挙げられる。マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸のような不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物のような不飽和二塩基酸無水物;マレイン酸メチルハーフエステル、マレイン酸エチルハーフエステル、マレイン酸ブチルハーフエステル、シトラコン酸メチルハーフエステル、シトラコン酸エチルハーフエステル、シトラコン酸ブチルハーフエステル、イタコン酸メチルハーフエステル、アルケニルコハク酸メチルハーフエステル、フマル酸メチルハーフエステル、メサコン酸メチルハーフエステルのような不飽和二塩基酸のハーフエステル;ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸のような不飽和二塩基酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸のようなα,β-不飽和酸;クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物のようなα,β-不飽和酸無水物、該α,β-不飽和酸と低級脂肪酸との無水物;アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルのようなカルボキシ基を有するモノマー。
さらに、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレートのようなアクリル酸又はメタクリル酸エステル類;4-(1-ヒドロキシ-1-メチルブチル)スチレン、4-(1-ヒドロキシ-1-メチルヘキシル)スチレンのようなヒドロキシ基を有するモノマーが挙げられる。
好ましくは、ポリスチレンやスチレン-(メタ)アクリル酸共重合体である。
ハイブリッド樹脂のビニル重合体部位は、ビニル基を2個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を有してもよい。この場合に用いられる架橋剤としては、以下のものが挙げられる。
芳香族ジビニル化合物(ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン);アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(エチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-へキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレー卜をメタクリレートに代えたもの);芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で緒ばれたジアクリレート化合物類[ポリオキシエチレン(2)-2,2-ビス(4ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)-2,2-ビス(4ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの];ポリエステル型ジアクリレート化合物類(日本化薬社製「MANDA」)。
多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート。
これらの架橋剤の添加量は、架橋剤以外のモノマー100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上10.00質量部以下であり、より好ましくは0.03質量部以上5.00質量部以下である。
これらの架橋剤のうち、ポリエステルを含む樹脂組成物に定着性、耐オフセット性の点から好適に用いられるものとして、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が挙げられる。
ビニル重合体部位の重合に用いられる重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。
2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレート、1,1’-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボニトリル)、2-(カーバモイルアゾ)-イソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)、2-フェニルアゾ-2,4-ジメチル-4-メトキシバレロニトリル、2,2-アゾビス(2-メチルプロパン)、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパ-オキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイドのようなケトンパーオキサイド類、2,2-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ブタン、tert-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、m-トルオイルパーオキサイド、ジ-イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネ
ート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エトキシエチルパーオキシカーボネート、ジメトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3-メチル-3-メトキシブチル)パーオキシカーボネート、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシアセテート、tert-ブチルパーオキシイソブチレート、tert-ブチルパーオキシネオデカノエイト、tert-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエイト、tert-ブチルパーオキシラウレート、tert-ブチルパーオキシベンゾエイト、tert-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ-tert-ブチルパーオキシイソフタレート、tert-ブチルパーオキシアリルカーボネート、tert-アミルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、ジ-tert-ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート、ジ-tert-ブチルパーオキシアゼレート。
ビニル重合体部位とポリエステル部位をハイブリット化する方法としては、特に限定されることなないが、例えば以下の方法が挙げられる。ビニル重合体部位及び/又はポリエステル部位中に、両成分と反応し得るモノマー成分を含有させる方法や、エステル由来の構成単位を含むビニル重合体部位にポリエステル部位をエステル交換反応させる方法が挙げられる。
一次粒子の個数平均粒径が30nm以上300nm以下の外添剤に関して具体的に説明する。
外添剤は、特に制限されず公知の材料を用いることができる。外添剤は、無機粒子である。
外添剤の含有量は、トナー粒子100質量部に対し、0.20質量部~10.00質部が好ましく、0.80質量部~2.00質量部がより好ましい。
無機粒子は例えば沈降法、ゾルゲル法等の湿式シリカ、爆燃法、ヒュームド法等の乾式シリカが挙げられる。外添剤の形状制御のしやすさから、乾式シリカであることが好ましい。
乾式シリカは、ケイ素ハロゲン化合物等を原料とし、ケイ素ハロゲン化合物としては、四塩化ケイ素が用いられるが、メチルトリクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類単独、あるいは四塩化ケイ素とシラン類との混合状態でも原料として使用可能である。
これらの原料は気化した後、酸水素炎中で中間体として生じる水と反応する、いわゆる、火炎加水分解反応によって目的のシリカを得る。
例えば、四塩化ケイ素ガスの酸素、水素中における熱分解酸化反応を利用するもので、反応式は次の様なものである。
SiCl+2H+O→SiO+4HCl
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタン等の他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、シリカとしてはそれらも包含する。
以下に、乾式非球状シリカの製造方法を説明する。
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させた。次に火炎加水分解反応を行わせ、生成したシリカ粉末を回収する。平均粒径及び形状は、四塩化ケイ素流量、酸素ガス供給流量、水素ガス供給流量、シリカの火炎中滞留時間を適宜変えることによって任意に調整可能である。
その後、得られたシリカ粉末を電気炉に移し、薄層状に敷きつめた後、加熱処理を施し焼結させる。
さらに、無機粒子は、疎水化処理、シリコーンオイル処理等の表面処理された処理シリカを用いてもよい。
疎水化方法としては、シリカと反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカを有機ケイ素化合物で処理する。
そのような有機ケイ素化合物としては、以下のものが挙げられる。
ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン。
さらには、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α-クロルエチルトリクロルシラン、β-クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレートが挙げられる。
さらには、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、1-ヘキサメチルジシロキサンが挙げられる。
さらには、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3-ジフェニルテトラメチルジシロキサン、及び1分子当り2~12個のシロキサン単位を有し末端に位置する単位のSiに水酸基を一つずつ有するジメチルポリシロキサンが例示できる。
これらは1種又は2種以上の混合物で用いられる。
また、シリカの処理において、好ましいシリコーンオイルとしては、25℃における粘度が30mm/s以上1000mm/s以下のものが用いられる。
例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α-メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイルがある。
シリコーンオイル処理の方法としては、以下の方法が挙げられる。
シランカップリング剤で処理されたシリカとシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーの混合機を用いて直接混合する方法。
ベースようなとなるシリカにシリコーンオイルを噴霧する方法。あるいは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解あるいは分散せしめた後、シリカを加え混合し溶剤を除去する方法。
シリコーンオイル処理シリカは、シリコーンオイルの処理後にシリカを不活性ガス中で温度200℃以上(より好ましくは250℃以上)に加熱し表面のコートを安定化させることがより好ましい。
好ましいシランカップリング剤としては、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)が挙げられる。
本発明のトナーはトナーの流動性や帯電性を向上させるために一次粒径の個数平均粒径が5nm~30nm程度の流動性向上剤を添加することが好ましい。
流動性向上剤としては、例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフウルオロエチレン微粉末のようなフッ素系樹脂粉末;湿式製法シリカ、乾式製法シリカのような微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ、それらをシラン化合物、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ;酸化亜鉛、酸化スズのような酸化物;チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウムやジルコン酸カルシウムのような複酸化物;炭酸カルシウム及び、炭酸マグネシウムのような炭酸塩化合物が挙げられる。
好ましい流動性向上剤としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された微粉末であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。その
製造方法は、前述の通りである。
ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、例えば、以下のものを例示できる。
AEROSIL(日本アエロジル社)130、200、300、380、TT600、MOX170、MOX80、COK84、CAB-O-SiL(CABOT Co.社)M-5、MS-7、MS-75、HS-5、EH-5、Wacker HDK N 20(WACKER-CHEMIE GMBH社)V15、N20E、T30、T40、D-C Fine Silica(ダウコーニングCo.社)、Fransol(Fransil社)。
さらには、外添剤は、該ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体に疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。
外添剤は、BET法で測定した窒素吸着による比表面積が30m/g以上300m/g以下であることが好ましい。
トナー粒子の製造方法は、特に限定されず、例えば、粉砕法、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法、分散重合法等の公知の製造方法を用いることができる。
懸濁重合法は、結着樹脂を生成する重合性単量体及び結晶性樹脂、並びに必要に応じて重合開始剤、着色剤、離型剤などの添加剤を、分散安定剤を含む水相中に撹拌しながら加えて油滴を形成させ、その後、昇温して重合性単量体の重合反応を行わせることにより、トナー粒子を得る方法である。
また、乳化凝集法は、結着樹脂を水相中で乳化分散した後、脱溶剤して得られた微粒子、及び結晶性樹脂の微粒子、並びに必要に応じて着色剤、離型剤(ワックス)等を水相中で分散させて形成した分散体を凝集させ、加熱融着させることによりトナー粒子を製造する。
粉砕法では、
i)結着樹脂及び結晶性樹脂、並びに必要に応じて離型剤及びその他の添加剤等を、ヘンシェルミキサー、ボールミルのような混合機により混合し、
ii)得られた混合物を二軸混練押出機、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーのような熱混練機を用いて溶融混練し、
iii)溶融混練物を冷却固化した後、粉砕し、
iv)得られる微粉砕物に対して分級を行う、ことによってトナー粒子を得ることができる。
またトナー粒子の形状及び表面性の制御のために、粉砕あるいは分級後に、表面処理工程を有することが好ましい。
混合機としては、以下のものが挙げられる。FMミキサ(日本コークス工業株式会社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)。
熱混練機としては、以下のものが挙げられる。KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(日本コークス社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)。
粉砕機としては、以下のものが挙げられる。カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボ工業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)。
分級機としては、以下のものが挙げられる。クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチック工業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)。
表面改質装置としては、例えばファカルティー(ホソカワミクロン社製)、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、ハイブリダイザー(奈良機械社製)、イノマイザ(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)、メカノミル(岡田精工社製)が挙げられる。
粗粒子をふるい分けるために、以下の篩い装置を用いてもよい。
ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い。
トナーの外添において使用される混合装置の一例としてはFMミキサ(日本コークス工業株式会社製)、スーパーミキサー(カワタ社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、ハイブリタイザー(奈良機械社製)、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製)等が挙げられる。
トナー粒子に外添剤を混合する混合工程において、処理羽根として、図1に示すような回転体を用いることができる。
図1(a)が上面図、図1(b)が側面図である。処理羽根140は流動する被処理物と衝突して被処理物を処理するものである。処理羽根140は円環状の処理羽根本体141と、本体141の外周面から径方向の外向きに突き出した処理部142で構成される。処理羽根140は強度の観点から鉄、SUS等の金属製が好ましく、必要に応じて耐摩耗用にメッキやコーティングを施してもよい。
公知の混合装置、例えばFMミキサなどの処理羽根を、このような回転体に変更して使用しうる。
混合工程では、処理温度を制御することが好ましい。処理温度の制御は、例えば、混合装置のジャケットに所定の温度に調整した水を流す、混合装置内に所定の温度に調整した熱風を導入する、等で行うことができる。混合工程の槽内温度は、装置に温度センサーを設置することで測定する。温度センサーの設置位置としては、装置壁面、装置内の固定部材上等がある。
混合工程の処理温度は15分以内に最適な処理温度に到達させ、その後は該処理温度を保持することが好ましい。昇温速度は5度/分以上であることが好ましい。例えば、処理温度は、好ましくは30℃~60℃、より好ましくは40℃~55℃とすることができる。
また必要に応じて、第二の混合工程を実施してもよい。第二混合工程として、所望の外添剤を新たに添加し、ヘンシェルミキサー等の混合機により外添処理を行ってもよい。
以下、物性の測定方法に関して記載する。
<温度変調型示差走査熱量計(MDSC)による測定>
温度変調型示差走査熱量計として、示差走査熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いる。また、測定はASTM D3418-82に準じて実施する。
具体的には、トナー約5mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、下記条件で測定する。
<測定条件>
・測定モード:モジュレーションモード
・昇温速度:1.0℃/分
・モジュレーション温度振幅:±0.318℃/分
・測定開始温度:40℃
・測定終了温度:120℃
<トータルヒートフローにおける、吸熱ピークのピーク温度、吸熱量ΔH1の算出>
上記測定終了後、「Heat Flow」を縦軸に取り、横軸に温度を取り、55℃以上95℃以下の温度範囲に存在する全ての吸熱ピークに対して、トータルヒートフローにおける、各吸熱ピークのピークトップ温度と、吸熱量ΔH1(J/g)求める。
<トータルヒートフローにおける吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱ピークの吸熱量の比率の算出>
「Reversing Heat Flow」を縦軸に取り、横軸に温度を取り、上記トータルヒートフローで吸熱量を求めた各吸熱ピークに対して、トータルヒートフローにおける吸熱量ΔH1を求めた範囲と同じ温度範囲で、各吸熱ピークのリバーシングヒートフローにおける吸熱量ΔH2(J/g)を求める。
55℃以上95℃以下の温度範囲に存在する全ての吸熱ピークに対して、各吸熱ピークに対応する、ΔH1、ΔH2を求める。
下記式に従い、各吸熱ピークのトータルヒートフローにおける吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける吸熱量の比率(%)[単に、吸熱量比率(%)ともいう]を求める。
吸熱量比率(%)=[ΔH2/ΔH1]×100
ここで、55℃以上95℃以下の温度範囲に複数の吸熱ピークが存在する場合、それぞれの吸熱量比率の質量分率による平均値を採用する。
また、各吸熱ピークが結晶性樹脂に由来するかどうかの同定は、ピーク温度に応じた溶媒(例えばメチルエチルケトン)で樹脂を抽出し、熱分解GC-Mass及び赤外分光光度計(IR)を用いた組成分析にて実施する。該同定により結晶性樹脂由来のピークを含む吸熱ピークを結晶性樹脂に由来する吸熱ピークとする。
<外添剤の個数平均粒径>
外添剤の一次粒子の個数平均粒径の測定は、走査型電子顕微鏡「S-4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。外添剤が外添されたトナーを観察して、最大5万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の長径を測定して個数平均粒径を求める。観察倍率は、外添剤の大きさによって適宜調整する。
なお、トナーに複数種の外添剤が添加されている場合、それぞれの外添剤は走査型電子顕微鏡観察による形状の特徴やEDSによる元素分析により区別しうる。
走査型電子顕微鏡「S-4800」を用いて、最大5万倍に拡大した視野において、トナーを観察する。トナー粒子表面にピントを合わせて、外添剤を観察する。外添剤の各粒子に対してEDS分析を行うことができる。
<外添剤の形状係数SF-1、SF-2の測定方法>
外添剤の形状係数SF-1及びSF-2は、走査型電子顕微鏡(SEM)「S-4800」(日立製作所製)を用いて、外添剤が外添されたトナーを観察し、以下のように算出する。
10万倍~20万倍に拡大した視野において、画像処理ソフト「Image-Pro Plus5.1J」(MediaCybernetics社製)を使用し、100個の外添剤の一次粒子の投影最大長、投影周囲長及び投影面積を算出した。
SF-1、SF-2は下記の式にて算出し、その算術平均値をSF-1、SF-2とした。
SF-1=(粒子の投影最大長)/粒子の投影面積×π/4×100
SF-2=(粒子の投影周囲長)/粒子の投影面積×100/4π
なお、トナーに複数種の外添剤が添加されている場合、それぞれの外添剤は走査型電子顕微鏡観察による形状の特徴やEDSによる元素分析により区別しうる。
<トナー表面における外添剤の被覆率>
被覆率は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影されたトナー表面画像を、画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0((株)日本ローパー)により解析して算出する。S-4800の画像撮影条件は以下のとおりである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
被覆率の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。被覆率を測定する際には、予めエネルギー分散型X線分析装置(EDAX)による元素分析や、粒径・形状による判別を行い、トナー表面における被覆率を測定したい外添剤粒子以外の粒子を除外した上で測定を行う。例えば、被覆率を測定したい外添剤がシリカである場合、例えば、シリカと有機ケイ素重合体粒子などその他の外添剤とは、前述したSEMによる形状観察及びEDSによる元素分析を組み合わせて区別すことができる。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[1.1kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]および[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[4.5mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50,000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
(4)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナー一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー25粒子以上について画像を得る。
(5)画像解析
本発明では下記解析ソフトを用いて、上述した手法で得た画像を2値化処理することで被覆率を算出する。このとき、上記一画面を正方形で12分割してそれぞれ解析する。画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0の解析条件は以下のとおりである。
ソフトImage-ProPlus5.1J
ツールバーの「測定」から「カウント/サイズ」、「オプション」の順に選択し、二値化条件を設定する。オブジェト抽出オプションの中で8連結を選択し、平滑化を0とする。その他、予め選別、穴を埋める、包括線は選択せず、「境界線を除外」は「なし」とする。ツールバーの「測定」から「測定項目」を選択し、面積の選別レンジに2~10と入力する。
被覆率の計算は、正方形の領域を囲って行う。このとき、領域の面積(C)は24,000~26,000ピクセルになるようにする。「処理」-2値化で自動2値化し、被覆率を測定したい外添剤の無い領域の面積の総和(D)を算出する。
正方形の領域の面積C、被覆率を測定したい外添剤の無い領域の面積の総和Dから下記式で被覆率が求められる。
被覆率(%)=100-(D/C×100)
得られた全データの平均値を被覆率とする。
<単位拡散指数の測定>
単位拡散指数は下記式で求められる。
単位拡散指数=Sr/Si
Sr:実際の測定により求められる外添剤によるトナー粒子表面の被覆率
Si:外添剤が理想的に拡散した場合の外添剤によるトナー粒子表面の被覆率
理想的に拡散した場合の被覆状態とは、外添剤粒子がそれぞれ重なり合うこと無く、凹部に集積することも無く、一層でトナー粒子表面を被覆している状態を示す。
単位拡散指数が1に近いほど外添剤粒子が理想的な拡散状態にあることを示す。逆に単位拡散指数が0に近いほど、外添剤粒子がトナー粒子表面の凹部などに掃き寄せられ凝集していることを示す。
Srは、上記「トナー表面における外添剤の被覆率」の測定結果の値を使用する。
Siの求め方は次の通りである。
まずトナー1gに含まれる外添剤粒子の質量(Ay)gと密度(Gy)g/cm、粒径(Dy)cmから、トナー1gあたりに含まれる外添剤粒子の個数(N)を計算する。Ayは後述の含有量の測定方法に基づいて測定する。Gyは外添剤粒子を試料とし、島津製作所製の乾式自動密度計アキュピック1330で測定する。Dyは先述の通り走査型電子顕微鏡S-4800で測定する。Nの計算式を以下に示す。
N=4/3・π・(Dy/2)・Gy/Ay
次にSr測定時と同様に撮影した電子顕微鏡画像のうち、凝集せず単分散している外添剤粒子を30個以上選択し、そのうち面積が小さい方から10個の算術平均値を求め、算出した算術平均値を外添剤粒子の1粒子当たりの被覆面積(S1)mとする。
そして、下記前処理1、2を施した試料A2を用い、外添剤を外したトナー粒子1gあたりの表面積(Sm)mを測定する。
(1)前処理1
まずKM Shaker(いわき産業社製)を用い、トナー粒子表面から外添剤を剥が
す前処理1を行う。
イオン交換水20g、界面活性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)0.4gを30mlのガラスバイアル(例えば、日電理化硝子株式会社製、VCV-30、外径:35mm、高さ:70mm)に入れて十分混合し、分散液を作製する。
このバイアルに試料(トナー)1.5gを添加し、トナーが自然に沈降するまで静置して処理前分散液Aを作製する。その後に下記条件で振とうして外添剤を剥がし、分散液を減圧濾過器で濾過して、濾過ケーキA及び、ろ液Aを得た後、該濾過ケーキAを乾燥機で12時間以上乾燥する。得られた試料を試料A1とする。
[振とう装置/条件]
装置:KM Shaker(いわき産業社製)
model:V.SX
振とう条件:speedを50(振とう速度:46.7cm/秒、1分間に350往復、振とうの幅:4.0cm)に設定し、2分間振とう
(2)前処理2
前処理1で得られた試料A1を試料とし、前処理1と同様にして分散液を作製した後、超音波式ホモジナイザーVP-050(タイテック株式会社製)を用いて、さらに外添剤を剥がす処理を行う。前処理(1)と同様に分散液を減圧濾過器で濾過、乾燥して、試料A2とする。
超音波式ホモジナイザーVP-050による処理条件を下記に示す。
[振とう装置/条件]
装置:超音波式ホモジナイザーVP-050(タイテック株式会社製)
マイクロチップ:ステップ型マイクロチップ、先端径φ2mm
マイクロチップの先端位置:ガラスバイアルの中央部、且つバイアル底面から5mmの高さ
超音波条件:強度30%(強度15W、120W/cm)、30分間。このとき、分散液が昇温しないようにバイアルを氷水で冷却しながら超音波をかける。
トナー粒子1gあたりの表面積(Sm)は定容法によるガス吸着法を測定方式として採用している「自動比表面積・細孔分布測定装置 TriStar3000(島津製作所社
製)」を用い計測する。
これらの値を下記式に代入しSiを求める。
Si(%)=N×S1/Sm×100
<結晶性樹脂のドメインの長径の相加平均値>
トナー粒子断面をルテニウム染色することによって観察を行う。
結晶性樹脂は、結着樹脂のような非晶性樹脂よりもルテニウムで染色されやすい。そのため、コントラストが明瞭になり、観察が容易となる。染色の強弱によって、ルテニウム原子の量が異なるため、強く染色される部分は、これらの原子が多く存在し、電子線が透過せずに、観察像上では黒くなり、弱く染色される部分は、電子線が透過されやすく、観察像上では白くなる。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス 正方形 No.1)上にトナーを一層となるように散布し、オスミウム・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施す。
次に、PTFE製のチューブ(内径Φ1.5mm×外径Φ3mm×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に該カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、表面部分にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。
超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで、円柱型の樹脂の最表面からトナー粒子の半径(重量平均粒径(D4)が8.0μmの場合は4.0μm)の長さだけ切削して、トナー粒子の断面を出す。次に、膜厚250nmとなるように切削し、トナー断面の薄片サンプルを作製した。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることができる。
得られた薄片サンプルを、真空電子染色装置(filgen社、VSC4R1H)を用いて、RuOガス500Pa雰囲気で15分間染色し、TEM(JEOL社、JEM2800)のSTEMモードを用いてSTEM観察を行う。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelにて画像を取得する。また、明視野像のDetector ControlパネルのContrastを1425、Brightnessを3750、Image ControlパネルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.00に調整して、TEM画像を取得する。
得られたTEM画像をもとに、結晶性樹脂のドメインの最長径rを測定する。トナー粒子30個について、ドメインを各10個以上測定し、それらの相加平均により結晶性樹脂のドメインの長径の相加平均値rを導出する。
<トナーからの結晶性樹脂の構造の確認>
結晶性ポリエステル樹脂などの結晶性樹脂の分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などの公知の分析方法により確認することができる。また、トナーから結晶性ポリエステル樹脂などの結晶性樹脂を単離する手法についても、公知の手法を使用することができる。
具体的には次のように単離作業を行う。まず、トナーに対する貧溶媒であるエタノールにトナーを分散させ、結晶性樹脂の融点を超える温度まで、昇温する。この時、必要に応じて、加圧してもよい。この時点で、融点を超えた結晶性樹脂が溶融している。その後、固液分離することにより、トナーから、結晶性樹脂を採取できる。
<トナー中の結晶性樹脂の含有量の測定>
結晶性樹脂の含有量は、結着樹脂及び結晶性樹脂各々の核磁気共鳴分光分析(H-NMR)スペクトルを基にトナーの核磁気共鳴分光分析(H-NMR)スペクトルの積分値から算出する。
測定装置:FT NMR装置 JNM-EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
<樹脂の軟化点の測定方法>
樹脂の軟化点Tmの測定は、定荷重押し出し方式の細管式レオメータ「流動特性評価装置 フローテスターCFT-500D」(島津製作所社製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行う。本装置では、測定試料の上部からピストンによって一定荷重を加えつつ、シリンダに充填した測定試料を昇温させて溶融し、シリンダ底部のダイから溶融された測定試料を押し出し、この際のピストン降下量と温度との関係を示す流動曲線を得ることができる。
「流動特性評価装置 フローテスターCFT-500D」に付属のマニュアルに記載の「1/2法における溶融温度」を軟化点とする。なお、1/2法における溶融温度とは、次のようにして算出されたものである。まず、流出が終了した時点におけるピストンの降下量Smaxと、流出が開始した時点におけるピストンの降下量Sminとの差の1/2を求める(これをXとする。X=(Smax-Smin)/2)。そして、流動曲線においてピストンの降下量がXとSminの和となるときの温度が、1/2法における溶融温度である。
測定試料は、約1.0gの樹脂を、25℃の環境下で、錠剤成型圧縮機(例えば、NT-100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて約10MPaで、約60秒間圧縮成型し、直径約8mmの円柱状としたものを用いる。
CFT-500Dの測定条件は、以下の通りである。
試験モード:昇温法
開始温度:40℃
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:1.000cm
試験荷重(ピストン荷重):10.0kgf(0.9807MPa)
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は何らこれに制約されるものではない。実施例中で使用する部は特に断りのない限り質量基準である。
<無機外添剤粒子1の製造例>
酸素ガスをバーナーに供給し着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに四塩化ケイ素を投入しガス化させた。表1に示す条件下で火炎加水分解反応を行わせ、生成したシリカ粉末を回収した。
その後、得られたシリカ粉末を電気炉に移し、薄層状に敷きつめた後、700℃で加熱処理を施し焼結、凝集させた。
次に得られたシリカ微粒子100部に対して、表面処理剤としてヘキサメチルジシラザン10部を添加することで、疎水化処理を施し無機外添剤粒子1を得た。無機外添剤粒子1の個数平均粒径、形状係数を表1に示す。
Figure 0007487005000003
<無機外添剤粒子2~6の製造例>
表1のように、四塩化ケイ素量、酸素ガス量、水素ガス量、滞留時間を変更した以外は、無機外添剤粒子1と同様にして無機外添剤粒子2~6を得た。無機外添剤粒子2~6の個数平均粒径、形状係数を表1に示す。
<無機外添剤粒子7>
無機外添剤粒子7はヒュームド法により得られた原体BET比表面積200m/g、一次粒子の個数平均粒径7nmのシリカ粒子を用いた。無機外添剤粒子7の個数平均粒径、形状係数を表1に示す。
<無機外添剤粒子8~14の製造例>
無機外添剤粒子8~14は、湿式法で一般的なゾルゲル法で得たシリカ微粒子の表面を、ヘキサメチルジシラザンにより疎水化処理したものを用いた。無機外添剤粒子8~14の個数平均粒径、形状係数を表1に示す。
<磁性粒子1の製造例>
(1)コア粒子の製造
Fe2+濃度が1.60mol/Lの硫酸第一鉄水溶液92Lと、3.50mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液88Lを加えて混合撹拌した。この溶液のpHは6.5であった。この溶液を温度89℃、pH9~12に維持しながら、20L/minの空気を吹き込み、酸化反応を起こさせてコア粒子を生成させた。水酸化第一鉄が完全に消費された時点で、空気の吹き込みを停止し、酸化反応を終了させた。得られたマグネタイトからなるコア粒子は八面体形状を有するものであった。
(2)被覆層の形成
0.7mol/Lのケイ酸ナトリウム水溶液2.50Lと0.90mol/Lの硫酸第一鉄水溶液2.00Lを混合した後、水1.00Lを加え、5.00Lの水溶液とし、13500gのコア粒子を含む上記反応後のスラリーにpH7~9を維持しながら添加した。その後、スラリー中のFe2+が残存しなくなるまで10L/minの空気を吹き込んだ。
続いて、1.50mol/Lの硫酸アルミニウム水溶液0.70Lと0.90mol/Lの硫酸第一鉄水溶液2.00Lを混合した後、水1.00Lを加え、5.00Lの水溶液とし、コア粒子を含む上記反応後のスラリーにpH7~9を維持しながら添加した。その後、スラリー中のFe2+が残存しなくなるまで10L/minの空気を吹き込んだ。
スラリーの温度は89℃に維持した。30分間、混合撹拌後にスラリーを濾過して、洗浄、乾燥させて、磁性粒子1を得た。
磁性粒子1の形状は八面体であり、一次粒子の個数平均粒径(D1)は110nmであった。
<トナー粒子1の製造例>
・ビスフェールAエチレンオキサイド付加物(2.0mol付加) 60.0mol部
・ビスフェールAプロピレンオキサイド付加物(2.3mol付加)40.0mol部
・テレフタル酸 60.0mol部
・無水トリメリット酸 15.0mol部
・アクリル酸 10.0mol部
上記ポリエステルモノマーを4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び攪拌装置を装着して窒素雰囲気下にて160℃で攪拌した。
そこに、ビニル重合体部位を構成するビニル系重合モノマー(スチレン:100.0mol部)30部と重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド2.0mol部混合したものを滴下ロートから4時間かけて滴下した。
その後、160℃で5時間反応した後、230℃に昇温してジブチル錫オキシドを0.2質量%添加し、所望の粘度となるように反応時間を調節した。
反応終了後、容器から取り出し、冷却、粉砕してポリエステル樹脂(A-1)を得た。ポリエステル樹脂(A-1)のガラス転移温度(Tg)は61.8℃、軟化点(Tm)は136.2℃であった。
・1,4-ブタンジオール 100.0mol部
・アジピン酸 90.0mol部
・ラウリン酸 20.0mol部
上記モノマー及び該モノマー総量に対して、0.2質量%のジブチル錫オキシドを窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した10Lの四つ口フラスコに入れ、180℃で4時間反応させた。その後、10℃/1時間で210℃まで昇温、210℃で8時間保持した後、8.3kPaにて1時間反応させることにより、結晶性ポリエステル(C-1)を得た。結晶性ポリエステル(C-1)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-1) 100.0部
・結晶性ポリエステル(C-1) 12.0部
・磁性粒子1 50.0部
・離型剤(C105(サゾール社製)) 2.0部
・電荷制御剤(T-77、保土谷化学工業社製) 1.0部
上記材料をFMミキサで前混合した後、二軸混練押し出し機(池貝鉄工(株)製PCM-30型))によって、設定温度120℃で溶融混練した。
その後、粗粉砕物を機械式粉砕機(ターボ工業(株)製T-250)で粉砕し、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子1を得た。トナー粒子1の物性を表2に示す。
Figure 0007487005000004

表中、BPA EO/POは、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物のプロピレンオキサイド付加物に対するモル比を示す。A-1/A-2は、ポリエステル樹脂(A-1)のポリエステル樹脂(A-2)に対する質量比を示す。結晶性樹脂の含有量は、結着樹脂100部に対する部数を示す。
<トナー粒子2、4、5、7、10、11、13、14の製造例>
・ビスフェールAプロピレンオキサイド付加物 60.0mol部
・ビスフェールAエチレンオキサイド付加物 40.0mol部
・テレフタル酸 77.0mol部
上記モノマー及び上記モノマー総量100部に対して、0.2部のジブチル錫オキシドを混合し、窒素ガスを導入しながら230℃で重縮合反応を行い、ポリエステル樹脂(A-2)を得た。
表2に示す様にポリエステル樹脂(A-1)のEO/PO比を変更し、A-1/A-2を変更し、また結晶性ポリエステルC-1に用いるモノマーの炭素数を表2に記載のものに変更して製造した結晶性ポリエステルを、表2に記載の部数使用した以外はトナー粒子1の製造例と同様にして重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子2、4、5、7、10、11、13、14を得た。物性を表2に示す。
<トナー粒子3、6、8、9、12の製造例>
炭素数の平均値が35の鎖状飽和炭化水素1200部をガラス製の円筒型反応容器に入れ、硼酸38.5部を温度140℃で添加した。その後、直ちに空気50容量%と窒素50容量%の酸素濃度約10容量%の混合ガスを毎分20Lの割合で吹き込み、200℃で3.0時間反応させた。反応後、反応液に温水を加え、95℃で2時間加水分解を行い、静置後上層の反応物(変性品)を得た。
得られた変性品20部をn-ヘキサン100部に加え、精製して未変性成分の一部を溶解除去して長鎖アルキルモノマー(W-1)を得た。長鎖アルキルモノマー(W-1)は、変性率93.6質量%であり、すなわち6.4質量%の脂肪族炭化水素を含んでいた。また炭素数の平均値は35であった。
ポリエステル樹脂(A-1)の製造時に、ポリエステルモノマー70部に加えて、長鎖
アルキルモノマー(W-1)を表2に記載の量を添加し、表2に示す様にEO/PO比を変更して、それぞれトナー粒子3、6、8、9、12に用いるポリエステル樹脂(A-1)を得た。
そして、A-1/A-2(ただし、ここでのA-1は、EO/POを変更した上記各ポリエステル樹脂(A-1)である)を変更し、また結晶性ポリエステルC-1に用いるモノマーの炭素数を表2に記載のものに変更して製造した結晶性ポリエステルを、表2に記載の部数使用した以外はトナー粒子1の製造例と同様にして重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子3、6、8、9、12を得た。物性を表2に示す。
<トナー粒子15の製造例>
・ビスフェールAエチレンオキサイド付加物(2.2mol付加)100.0mol部
・テレフタル酸 60.0mol部
・無水トリメリット酸 20.0mol部
・アクリル酸 10.0mol部
上記ポリエステルモノマーに加えて、炭素数のピーク値70の1価の2級脂肪族飽和アルコール(長鎖モノマー)をポリエステル樹脂全体の5.0質量%になるように添加した混合物60部を窒素雰囲気下にて160℃で攪拌した。
そこに、ビニル重合体部位を構成するビニル系重合モノマー(スチレン:100.0mol部)40部と重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド2.0部を混合したものを滴下した。その後、160℃で5時間反応した後、230℃に昇温してジブチル錫オキシドを0.2質量%添加し、所望の粘度となるように反応時間を調節しポリエステル樹脂(A-3)を得た。
・ビスフェールAプロピレンオキサイド付加物 60.0mol部
・ビスフェールAエチレンオキサイド付加物 40.0mol部
・テレフタル酸 77.0mol部
上記モノマー及び上記モノマー総量100部に対して、0.2部のジブチル錫オキシドを混合し、窒素ガスを導入しながら230℃で重縮合反応を行い、ポリエステル樹脂(A-4)を得た。
・1,12-ドデカンジオール 100.0mol部
・セバシン酸 100.0mol部
上記モノマー及び該モノマー総量100部に対して、0.2部のジブチル錫オキシドを180℃で4時間反応させた。その後、10℃/1時間で210℃まで昇温し、210℃で8時間保持した後、8.3kPaにて1時間反応させ、結晶性ポリエステル樹脂(C-2)を得た。結晶性ポリエステル(C-2)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-3) 60部
・ポリエステル樹脂(A-4) 40部
・結晶性ポリエステル樹脂(C-2) 2.5部
・磁性粒子1 60部
・離型剤(C105(サゾール社製)) 2.0部
・電荷制御剤(T-77、保土谷化学工業社製) 1.0部
上記材料をFMミキサで前混合した後、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。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、機械式粉砕機(ターボ工業(株)製T-250)で粉砕し、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子15を得た。
<トナー粒子16の製造例>
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン
1286g
・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
2218g
・テレフタル酸 1603g
・2-エチルヘキサン酸錫(II) 10g
上記原料を窒素雰囲気下、230℃で反応率が90%に達するまで反応させた後、8.3kPaにて軟化点が111℃に達するまで反応させ、冷却後、粉砕して、ポリエステル樹脂(A-5)を得た。
・1,6-ヘキサンジオール 4074g
・フマル酸 3926g
・ポリプロピレンワックス「ハイワックスNP-105」(三井化学社製) 672g
・ターシャルブチルカテコール 4g
2-エチルヘキサン酸錫(II)10gを窒素雰囲気下、160℃で5時間かけて反応させた後、200℃に昇温して1時間反応させた。さらに8.3kPaにて、軟化点が115℃になるまで反応させ、冷却後、粉砕して、結晶性ポリエステル樹脂(C-3)を得た。結晶性ポリエステル(C-3)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-5) 90部
・結晶性ポリエステル樹脂(C-3) 10部
・負帯電性荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製) 0.5部
・着色剤「EBC-301」(大日精化社製、C.I.P.B.15:3)4.5部
・カルナウバワックス「WAX-C1」(加藤洋行社製、融点:85℃) 3.0部
上記材料をFMミキサにて1分間攪拌混合後、オープンロール型混練機を用いて溶融混練した。得られた混練物は冷却ロールで圧延冷却した後、ロートプレックス(東亜機械社製)にて粗粉砕を行い、得られた粗粉砕物を、IDS粉砕分級機(日本ニューマチック社製)にて粉砕・分級を行い、重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子16を得た。
<トナー粒子17の製造例>
・ビスフェールAプロピレンオキサイド付加物 50.0mol部
・テレフタル酸 40.0mol部
・トリメリット酸 10.0mol部
反応槽中に上記のモノマーを入れた後、触媒としてジブチル錫オキシドをモノマー総量100部に対して1.5部添加した。次いで、窒素雰囲気下にて常圧で180℃まで素早く昇温した後、180℃から210℃まで10℃/時間の速度で加熱しながら水を留去して重縮合を行った。210℃に到達してから反応槽内を5kPa以下まで減圧し、210℃、5kPa以下の条件下にて重縮合を行い、ポリエステル樹脂(A-6)を得た。
・1,10-デカンジオール 49.0部
・1,10デカン二酸 49.0部
ジオクチル酸錫を上記モノマー総量100部に対して1部、反応槽中に投入し窒素雰囲気下で140℃に加熱して常圧下で水を留去しながら6時間反応させた。次いで、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させ、200℃に到達してから2時間反応させた後、反応槽内を5kPa以下に減圧して200℃で3時間反応させて樹脂を得た。
この樹脂は、結晶核剤部位が導入される前の結晶性ポリエステルである。その後、反応槽内の圧力を序々に開放して常圧へ戻した後、n-オクタデカン酸2.0部を加え、常圧下にて200℃で2時間反応させた。その後、再び反応槽内を5kPa以下へ減圧して2
00℃で3時間反応させることにより結晶性ポリエステル樹脂(C-4)を得た。
結晶性ポリエステル(C-4)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-6) 85.0部
・結晶性ポリエステル樹脂(C-4) 15.0部
・パラフィンワックスNHP-9 5.0部
・着色剤「EBC-301」(大日精化社製、C.I.P.B.15:3)5.0部
上記材料をFMミキサ(「FM-75型」、三井三池化工機(株)製)でよく混合した後、温度160℃に設定した二軸混練機(「PCM-30型」、池貝鉄工(株)製)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、高圧気体を利用する衝突式気流粉砕機を用いて、この粗砕物を微粉砕した。次に、コアンダ効果を利用した風力分級機(「エルボージェットラボEJ-L3」、日鉄鉱業社製)で、この微粉砕物を分級し重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子17を得た。
<トナー粒子18の製造例>
・1,2-プロパンジオール 1484g
・テレフタル酸 2266g
上記モノマーと縮合触媒(ジオクタン酸スズ(II))5.2gを反応容器に投入し、反応により生成される水を除去しながら、窒素雰囲気の大気圧下、温度230℃で16時間、容器内容物を反応させた。その後、容器内の圧力を8.3kPaまで減圧して、圧力8.3kPaかつ温度230℃の条件でさらに1時間、容器内容物を反応させた。
続けて、容器内の圧力を大気圧に戻し、容器内の温度を180℃まで下げた後、容器内に無水トリメリット酸374gを加えた。その後、容器内の温度を10℃/時の速度で210℃まで昇温させた。続けて、大気圧下、温度210℃でさらに10時間、容器内容物を反応させた。続けて、容器内の圧力を20kPaまで減圧し、圧力20kPaかつ温度210℃の条件でさらに1時間、容器内容物を反応させポリエステル樹脂(A-7)を得た。
・1,6-ヘキサンジオール 1584g
・1,10-デカンジカルボン酸 2760g
・1,4-ベンゼンジオール 3.6g
上記モノマーと縮合触媒(酸化ジブチル錫)4.8gを反応容器に投入し、容器内を窒素雰囲気にした後、容器内容物を攪拌しながら、油浴を用いて容器内の温度を200℃に昇温させた。そして、窒素雰囲気かつ温度200℃の条件で、副生水を留去しながら、容器内容物を5時間反応(詳しくは、重合反応)させた。続けて、容器内を減圧し、減圧雰囲気(圧力:約12mmHg)かつ温度200℃の条件で、容器内容物を1時間反応させ結晶性ポリエステル樹脂(C-5)を得た。
結晶性ポリエステル(C-5)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-7) 70部
・結晶性ポリエステル樹脂(C-5) 15部
・カーボンブラック(三菱化学株式会社製「MA100」) 8部
・カルナバワックス(東亜化成株式会社製) 5部
・、電荷制御剤(4級アンモニウム塩:オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)P-51」) 2部
上記原料をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製「FM-10」)を用いて混合した。得られた混合物を、2軸押出機(東芝機械株式会社製「TEM-26SS」)を用いて溶融混練した。続けて、得られた混練物を圧延しながら冷却した後、粉砕機(旧東亜機
械製作所製「ロートプレックス16/8型」)を用いて、設定粒子径2mmで粗粉砕した。続けて、得られた粗粉砕物を、粉砕機(フロイント・ターボ株式会社製「ターボミルRS型」)を用いて微粉砕した。続けて、得られた微粉砕物を分級し重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子18を得た。
<トナー粒子19の製造例>
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 370g
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 3059g
・テレフタル酸 1194g
・フマル酸 286g
・2-エチルヘキサン酸錫(II) 10g
・没食子酸 2g
上記原料を4つ口フラスコ内に投入し、窒素雰囲気かつ温度230℃の条件で、反応率が90質量%以上になるまで、フラスコ内容物を反応させた。続けて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度230℃の条件で、反応生成物(樹脂)のTmが所定の温度(89℃)になるまで、フラスコ内容物を反応させポリエステル樹脂(A-8)を得た。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 1286g
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 2218g
・テレフタル酸 1603g
・2-エチルヘキサン酸錫(II) 10g
・没食子酸 2g
上記原料を4つ口フラスコ内に投入し、窒素雰囲気かつ温度230℃の条件で、反応率が90質量%以上になるまで、フラスコ内容物を反応させた。続けて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度230℃の条件で、反応生成物(樹脂)のTmが所定の温度(89℃)になるまで、フラスコ内容物を反応させポリエステル樹脂(A-9)を得た。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 4907g
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 1942g
・フマル酸 757g
・ドデシルコハク酸無水物 2078g
・2-エチルヘキサン酸錫(II) 30g
・没食子酸 2g
上記原料を4つ口フラスコ内に投入し、窒素雰囲気かつ温度230℃の条件で、反応率が90質量%以上になるまで、フラスコ内容物を反応させた。続けて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度230℃の条件で、フラスコ内容物を1時間反応させた。続けて、無水トリメリット酸548gをフラスコ内に加えて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度220℃の条件で、反応生成物(樹脂)のTmが所定の温度(127℃)になるまで、フラスコ内容物を反応させポリエステル樹脂(A-10)を得た。
・エチレングリコール 2231g
・スベリン酸 5869g
・2-エチルヘキサン酸錫(II) 40g
・没食子酸 3g
上記原料を4つ口フラスコ内に投入し窒素雰囲気かつ温度180℃の条件で、フラスコ内容物を4時間反応させた。続けて、フラスコ内容物を昇温させて、温度210℃で10時間反応させた。続けて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度210℃の条件で、フラスコ内容物を1時間反応させ結晶性ポリエステル樹脂(C-6)を得た。
結晶性ポリエステル(C-6)は、DSC測定において、明確な吸熱ピークを有していた。
・ポリエステル樹脂(A-8) 300g
・ポリエステル樹脂(A-9) 100g
・ポリエステル樹脂(A-10) 600g
・結晶性ポリエステル樹脂(C-6) 100g
・着色剤(山陽色素株式会社製「カラーテックス(登録商標)ブルーB1021」、成分:フタロシアニンブルー) 144g・第1離型剤(株式会社加藤洋行製「カルナウバワックス1号」、成分:カルナバワックス) 12g
・第2離型剤(日油株式会社製「ニッサンエレクトール(登録商標)WEP-3」、成分:合成エステルワックス) 48g
上記原料をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製「FM-10」)を用いて混合した。得られた混合物を、2軸押出機(株式会社池貝製「PCM-30」)を用いて、材料供給速度5kg/時、軸回転速度160rpm、設定温度(シリンダー温度)100℃の条件で溶融混練、冷却した。
続けて、冷却された混練物を、粉砕機(ホソカワミクロン株式会社製「ロートプレックス(登録商標)」)を用いて粗粉砕した。得られた粗粉砕物を、ジェットミル(日本ニューマチック工業株式会社製「超音波ジェットミルI型」)を用いて微粉砕した。続けて、得られた微粉砕物を分級し重量平均粒径(D4)7.8μmのトナー粒子19を得た。
<トナー1の製造例>
処理羽根を図1に示す回転体に変更したFMミキサ(三井三池社製FM500L/I-H型)に、トナー粒子1: 100.0部に対し、無機外添剤粒子1: 1.33部を投入し800rpmで15分間混合しトナー前駆体1-1を得た。
この際、混合開始と同時にジャケット内に温水と冷水を適宜通水し槽内温度を50℃に保持した。
得られたトナー前駆体1-1: 100.0部と無機外添剤粒子7: 0.8部を、ジャケット内に7℃の水を通水したFMミキサ(日本コークス工業株式会社製FM500L/I-H型)中に投入し二段目外添を実施した。ジャケット内の水温が7℃±1℃で安定してから、1200rpmで5分間混合しトナー前駆体1-2を得た。この際FMミキサの槽内温度が25℃を超えないようジャケット内の通水流量を適宜調整した。
トナー前駆体1-2を目開き75μmのメッシュで篩いトナー1を得た。トナー1の物性を表3に示す。
Figure 0007487005000005

表中、吸熱量比は、トータルヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量の比率(リバーシングヒートフロー/トータルヒートフロー)を示す。
<トナー2~37の製造例>
トナー1の製造例においてトナー粒子、外添処方及び外添条件を表4の様に変更した以外は同様してトナー2~37を得た。なお、二段目外添ではすべてのトナーにおいて、無機外添剤粒子7を用いた。物性を表3に示す。
Figure 0007487005000006
<実施例1>
キヤノン製レーザービームプリンタLBP652Cの定着温度、プロセススピードが調整できるように改造し、またカートリッジの容器容量を拡大しトナー充填量を増加してトナー1を充填し以下の評価を行った。
[耐久現像性の評価]
耐久現像性の評価はトナー1を充填したカートリッジ及び本体を高温高湿環境下(温度32.5℃、湿度80%RH)に24時間放置した後実施した。記録紙としては、高湿高温環境下に一日放置したA4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、80g/m)を用いた。
5mm角のベタ黒画像を出力し、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、画像濃度を測定した。耐久条件はBk印字率1.5%、1枚間欠で、耐久開始時、12000枚及び24000枚出力時の画像濃度を比較し、その低下率を算出して以下の基準で評価した。
A:画像濃度低下率が3.00%未満
B:画像濃度低下率が3.00%以上5.00%未満
C:画像濃度低下率が5.00%以上7.00%未満
D:画像濃度低下率が7.00%以上
評価結果を表5に示す。
Figure 0007487005000007
[転写性評価]
転写性評価は耐久現像性評価の耐久試験における、12000枚及び24000枚出力時に実施した。高温高湿環境は、紙が多量に水分を含むために転写バイアスが掛りにくく、転写不良が生じやすいため、転写に対してより厳しい環境である。記録紙としては、高湿高温環境下に一日放置したA4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、80g/m)を用いた。
ベタ黒画像を5枚出力し、下記評価基準によって目視でランクをつけ、転写不良に伴う濃度薄が発生した部分については、マクベス反射濃度計により未発生部分と発生部分の濃度差を比較した。
A:5枚全て均一なベタ画像が得られており、転写不良は認められない。
B:5枚中、1か所において軽微な転写抜け(濃度差0.1以下)部分が認められる。
C:5枚中、2~5か所において、軽微な転写抜け(濃度差0.1以下)部分が認められるが、濃度差0.1を越える転写抜けは発生していない。
D:濃度差0.1を越える転写抜けが発生している。
評価結果を表5に示す。
[スリーブ融着]
上記耐久現像性評価終了後、スリーブ表面を目視で観察し、トナー汚染の程度を下記の基準で評価した。C以上を良好と判断する。
A:汚染は観察されない
B:軽微な汚染が観察される
C:部分的に汚染が観察される
D:著しい汚染が観察される
評価結果を表5に示す。
[低温定着性の評価]
該評価機の定着器の温度を170℃以上220℃以下の範囲で5℃おきに制御し、フォックスリバー社製ボンド紙(坪量105g/m)に画像濃度が0.60~0.65となるようにハーフトーン画像を出力した。
得られた画像を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。
定着器の設定温度を横軸に、濃度低下率を縦軸にして座標平面にプロットし、全てのプロットを直線で繋ぎ、濃度低下率10%の時の定着器の設定温度をトナーの定着開始温度とし、下記の基準により低温定着性を評価した。
定着開始温度が低い方が、低温定着性が良いことを示す。なお、低温定着性の評価はトナーの熱定着に対し不利な条件である低温低湿環境下(7.5℃/15%RH)で行った。
(評価基準)
A:定着開始温度が180℃未満
B:定着開始温度が180℃以上185℃未満
C:定着開始温度が185℃以上190℃未満
D:定着開始温度が190℃以上
評価結果を表5に示す。
<実施例2~24、比較例1~13>
実施例1においてトナー1を、トナー2~37に変更した以外は同様にして評価を実施した。評価結果を表5に示す。
140‥‥処理羽根、141‥‥処理羽根本体、142‥‥処理部

Claims (7)

  1. 結着樹脂及び結晶性樹脂を含有するトナー粒子、並びに外添剤を含有するトナーであって、
    温度変調型示差走査熱量計により該トナーを測定したとき、
    トータルヒートフローにおいて、55.0℃以上95.0℃以下の温度範囲に、該結晶性樹脂に由来する少なくとも一つの吸熱ピークを有し、
    該トータルヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量に対する、リバーシングヒートフローにおける該吸熱ピークの吸熱量の比率が、35.0%より大きく、
    該外添剤が、シリカ粒子であり、
    該外添剤の一次粒子の個数平均粒径が、30nm以上300nm以下であり、
    該結晶性樹脂が、脂肪族モノカルボン酸及び脂肪族モノアルコールからなる群から選択される少なくとも一、並びに脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールの縮重合物である結晶性ポリエステル樹脂であり、
    該結晶性樹脂の含有量が、該結着樹脂100質量部に対し10質量部より多く50質量部以下であることを特徴とするトナー。
  2. 前記外添剤によるトナー粒子表面の被覆率が、10%以上40%以下である請求項1に記載のトナー。
  3. 前記外添剤の下式で算出される前記トナー粒子表面における単位拡散指数が、0.70以上である請求項1又は2に記載のトナー。
    単位拡散指数=
    (実測から求められる前記外添剤による前記トナー粒子表面の被覆率)/
    (外添剤が理想的に拡散した場合の前記外添剤によるトナー粒子表面の被覆率)
  4. 前記外添剤の形状係数SF-1が、150以上250以下であり、
    前記外添剤の形状係数SF-2が、110以上250以下である請求項1~3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 透過型電子顕微鏡による前記トナーの断面観察において、
    前記結晶性樹脂のドメインの長径の相加平均値をr(nm)とし、
    前記外添剤の個数平均粒径をR(nm)としたとき、下記式(1)を満たす請求項1~4のいずれか一項に記載のトナー。
    0.5≦r/R≦1.9 ・・・(1)
  6. 前記脂肪族ジオールの炭素数をC1とし、前記脂肪族ジカルボン酸の炭素数をC2としたときに、C1とC2の和が8以上16以下である請求項1~5のいずれか一項に記載のトナー。
  7. 前記C1及びC2が、下記式(2)又は(3)のいずれかを満たす請求項6に記載のトナー。
    2≦C1≦4 ・・・(2)
    2≦C2≦4 ・・・(3)
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