JPWO2006035862A1 - 静電荷像現像用トナー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、両文献ともに、結晶性ポリエステルは、融点が80〜140℃と低いものであり、定着時のオフセット防止・巻付き防止や優れた耐融着性を期待することができない。
本発明の他の目的は、定着特性に優れ、かつ耐融着性にも優れた静電荷像現像用トナーを提供することにある。
また、損失正接(tanδ)の温度依存性曲線において、150〜250℃の温度範囲に存在する極大ピークαの最大値をαmax、50℃以上150℃未満の温度範囲に存在する極大ピークβの最大値をβmaxとしたとき、下記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
0.1<αmax−βmax<1.4 ・・・・(1)
(但し、αmax>βmax、0.8<αmax<1.8、0.4<βmax<1.4)
(Tm−20)≦T≦(Tm+30)・・・・(1)
(但し、Tmは結晶性樹脂の融点(℃)である。)
本発明の静電荷像現像用トナーに使用される結着樹脂は、少なくとも非晶性樹脂と、結晶性樹脂とを含有している。なお、本発明において、結晶性樹脂とは、結晶化度が10%以上であり、かつ示差走査熱量計により測定される昇温時のDSC曲線において結晶成分の融解に起因する吸熱ピークが明瞭に観察される樹脂を意味し、一方、非晶性樹脂とは、結晶化度が10%未満であるか、または昇温時のDSC曲線において結晶成分の融解に起因する吸熱ピークが明瞭に観察されない樹脂を意味する。
非晶性樹脂は、公知のトナー用樹脂がすべて使用可能であり特に制限されないが、例えば、ポリエステル、スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体樹脂、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレン、ポリ−α―メチルスチレン、ポリクロロスチレン、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体など)、(メタ)アクリル酸系樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、オレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのα−オレフィン樹脂)、ポリカーボネート、ポリエーテル系樹脂、(変性)ポリフェニレンエーテル、ビニル系樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなど)、ウレタン系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、テルペンフェノール樹脂、ポリ乳酸樹脂、水添ロジン、環化ゴム、アイオノマー樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、ABS樹脂、シクロオレフィン系共重合体樹脂、石油系樹脂、水素添加石油系樹脂などが挙げられる。非晶性樹脂は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、トナーの画質特性、耐久性、生産性などの要求をバランスよく満たすことができるという観点から、ポリエステル、スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体樹脂が好ましい。ここで、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸および/またはメタクリル酸を意味する。
本発明を構成する非晶性樹脂として好適な非晶性ポリエステル樹脂としては、アルコールと、カルボン酸との縮重合により得られるものが挙げられる。
本発明において、結晶性樹脂しては、結晶化度が10%以上であり、かつ示差走査熱量測定(DSC)において、結晶成分の融解に起因する吸熱ピークが明瞭に観察されるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン(例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなど)、ポリプロピレン、ポリスチレン(例えば、イソタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンなど)、ポリアミド(例えば、ナイロン3、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン11、ナイロン12など)、ポリアセタール、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレートなど)、ポリ乳酸樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。結晶性樹脂は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、非晶性樹脂との相溶性や成形性等の観点から、結晶性のポリエステル、ポリアミドが好ましく、より好ましくはポリエステル、すなわち結晶性ポリエステル樹脂が使用される。本発明では、トナー中に結晶成分を導入することにより、特に高温側での定着特性の向上が可能となる。
結晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、ジアルコールと、ジカルボン酸との縮重合により得られる線状ポリエステル樹脂が挙げられる。また、結晶性や軟化点の調整のために、非線状部分を含有させる目的で、グリセリンなどの3価以上の多価アルコールや、トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を加えて縮重合を行ってもよい。
本発明において、結着樹脂は、少なくとも非晶性樹脂と、結晶性樹脂とを含有しているが、さらに、適宜その他の樹脂を用いてもよい。結着樹脂は、トナーの定着特性向上の観点から、トナー溶融時において適度な粘弾性を有していることが好ましく、また、成形性の観点から、結晶性樹脂等の硬い成分を多く含む場合には、結着樹脂に柔軟性を付与する必要がある。したがって、そのような場合には、他の結着樹脂として熱可塑性エラストマーを含有させるのが好ましい。熱可塑性エラストマーを含有させることにより、トナー溶融時の粘弾性特性が調整でき、定着特性及び耐融着性がより向上され、かつトナー作製時の成形性を高めることが可能になる。
本発明の静電荷像現像用トナーに配合する着色剤は、黒トナー用としては、ブラック用顔料が、また、カラートナー用としては、マゼンタ用顔料、シアン用顔料、イエロー用顔料等が挙げられる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、定着特性をより高めるために、離型剤を含有していることが好ましい。離型剤は、結着樹脂との分散性等が良好であれば特に制限されず、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、変性ポリエチレンワックスなどのポリオレフィン系ワックス;フィッシャートロプシュワックス、ポリエステル系合成ワックスなどの合成ワックス;パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油系ワックス;みつろう、鯨ろう等の動物系ワックス;カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス等の植物系ワックス;硬化ひまし油等の硬化油;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン等の鉱物系ワックスが挙げられる。これらの離型剤は、単独で、または2種類以上組み合わせて用いることができる。本発明では、結着樹脂として非晶性ポリエステル樹脂を使用する場合は、相溶性の観点から、ポリエステル系ワックスを用いるのが好ましい。ポリエステル系ワックスには、合成ワックス、モンタンワックスを変性したもの、動物系ワックス、植物系ワックス、及び鉱物系ワックスなどがある。
試料約10mgを計量してアルミニウム製セルに入れて、示差走査熱量計(DSC)(セイコーインスツルメント社製、商品名:SCC−6200)に載置し、1分間に50mlのN2 ガスを吹き込む。そして、20℃から200℃まで1分間あたり10℃の速度で昇温させ、200℃で10分間保持し、次に、200℃から20℃まで1分間あたり10℃の割合で降温させ、次に上記条件で2回目の昇温をし、その時の最大吸熱ピークの頂点の温度を融点とする。
<帯電制御剤>
本発明の静電荷像現像用トナーは、必要に応じて、帯電制御剤を含有してもよい。
本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに必要に応じて、磁性粉を含有していてもよい。磁性粉としては、例えば、コバルト、鉄、ニッケル等の金属;アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、マグネシウム、スズ、亜鉛、金、銀、セレン、チタン、タングステン、ジルコニウム、その他の金属の合金;酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル等の金属酸化物;フェライト、マグネタイトなどが挙げられる。磁性粉の含有量は、静電荷像現像用トナー100重量部中、通常、1〜70重量部、好ましくは5〜50重量部である。磁性粉としては、その平均粒子径が0.01〜3μmのものを好適に使用できる。
本発明の静電荷像現像用トナーには、結晶性樹脂を含有しているため、結晶核剤を使用してもよい。結晶核剤を使用することにより結晶性樹脂の結晶化を促進させることができる。結晶核剤としては、特に限定されないが、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化鉄(III)、酸化チタン等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、硫酸カルシウム、チタン酸カリウム等の無機塩、シュウ酸カルシウム、シュウ酸ナトリウム等の有機酸塩、タルク、マイカ、カオリン等の粘土鉱物類等が挙げられる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに必要に応じて種々の添加剤、例えば、安定剤(例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤など)、難燃剤、防曇剤、分散剤、可塑剤(フタル酸エステル、脂肪酸系可塑剤、リン酸系可塑剤など)、高分子帯電防止剤、低分子帯電防止剤、相溶化剤、導電剤、充填剤、流動性改良剤などを含有してもよい。
本発明の静電荷像現像用トナーは、流動性向上や帯電安定性のために無機微粒子や樹脂微粉末などの外添微粒子が表面に付着していることが好ましい。無機微粒子としては、シリカ、アルミナ、タルク、クレー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタン、カーボンブラック粉末、磁性粉等が挙げられる。これらの無機微粒子は、単独で、または2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの無機微粒子のうち、シリカが特に好適に使用できる。シリカは、平均粒子径、BET比表面積、表面処理など特に制限されず、用途に応じ適宜選択できる。中でも、BET比表面積が50〜400m2 /gの範囲にあるものが好ましく、さらに、表面処理された疎水性シリカが好ましい。本発明の静電荷像現像用トナーは、前記無機粉粒子に加えて、さらに、ポリ4フッ化エチレン樹脂粉末、ポリフッ化ビニリデン樹脂などの樹脂微粉末を表面に付着させてもよい。
本発明の静電荷像現像用トナーは、結着樹脂が非晶性樹脂と結晶性樹脂とを含有しており、かつトナーが特定の熱的性質を有しているため、定着特性に優れ、また、耐融着性にも優れているという特徴がある。すなわち、本発明の静電荷像現像用トナーは、示差走査熱量計により測定される昇温時のDSC曲線において、始点のオンセット温度が100〜150℃(好ましくは100〜140℃、さらに好ましくは110〜140℃)、及び終点のオンセット温度が150〜200℃(好ましくは150〜190℃、さらに好ましくは160℃〜190℃)であり、かつ半値幅が10〜40℃(好ましくは10℃〜30℃、さらに好ましくは15℃〜30℃)の吸熱ピークが存在することが必要である。なお、この吸熱ピークは、主として結晶性樹脂に由来するものであるが、それに限定されるものではない。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、50〜250℃における動的粘弾性測定による損失正接(tanδ)の温度依存性曲線において、150〜250℃の温度範囲に少なくとも1個以上の極大ピークαを有し、かつ50℃以上150℃未満の温度範囲に少なくとも1個以上の極大ピークβを有することが好ましい。
本発明のトナーの製造方法は、少なくとも、非晶性樹脂、結晶性樹脂及び着色剤とを熱溶融混練して樹脂組成物を得る工程と、前記樹脂組成物を粉砕、分級する工程とからなり、前記樹脂組成物を得る工程における熱溶融混練の温度T(℃)は下記式(1)の範囲であることを特徴とする。
(Tm−20)≦T≦(Tm+30)・・・・(1)
(但し、Tmは結晶性樹脂の融点(℃)である。)
混練温度Tは、(Tm−10)≦T≦(Tm+20)の範囲であることが好ましい。
<結着樹脂>
・非晶性ポリエステル樹脂
(三菱レイヨン(株)製、商品名:FC1142、Tg:66℃)。
・結晶性ポリエステル樹脂A(ポリブチレンテレフタレート)
(ウィンテックポリマー(株)製、商品名:ジュラネックス400LP、始点のオンセット温度:122℃、終点のオンセット温度:192℃、半値幅:18℃、Tg:27℃、融点:176℃、MI:45g/min)。
・結晶性ポリエステル樹脂B(ポリブチレンテレフタレート)
(ウィンテックポリマー(株)製、商品名:ジュラネックス600LP、始点のオンセット温度:125℃、終点のオンセット温度:189℃、半値幅:16℃、Tg:27℃、融点:174℃、MI:15g/min)。
・結晶性ポリエステル樹脂C(ポリブチレンテレフタレート)
(ウィンテックポリマー(株)製、商品名:ジュラネックス300FP、始点のオンセット温度:200℃、終点のオンセット温度:254℃、半値幅:9℃、Tg:35℃、融点:224℃、MI:73g/min)。
・結晶性ポリエステル樹脂D(ポリブチレンテレフタレート)
(ポリプラスチックス(株)製、商品名:ジュラネックス RSX−10323、
融点:156℃、Tg: 17℃、MI:56g/10分、始点のオンセット温度102℃、終点のオンセット温度178℃、半値幅23℃)。
・ポリエステル系合成ワックス(日本油脂(株)製、商品名 WEP−5、融点:84℃)。
・トナー用シアン顔料C.I.ピグメントブルー15:3(クラリアントジャパン(株)製、商品名:Hostaperm Blue B2G)。
・亜鉛塩系帯電制御剤(オリエント化学(株)製、商品名:BONTRON E−84)。
<トナーの示差走査熱量測定>
トナーの示差走査熱量測定は、ASTM D3418−82またはJIS K7121−1987に準じて以下のように行なった。まず、トナー約10mgをアルミニウム製セルに入れて、このセルを示差走査熱量計(セイコーインスツルメント社製、商品名:SCC−6200)に載置し、1分間に50mlのN2 ガスを吹き込みながら測定を行なう。まず、20℃から110℃まで1分間あたり10℃の速度で昇温させ、110℃で10分間保持して試料の熱履歴を除去する。次に、110℃から20℃まで1分間あたり10℃の速度で降温させ、20℃で10分間保持する。次に、20℃から250℃まで1分間あたり10℃の速度で昇温させで2回目の昇温をし、その時に観測される値によって作成されるDSC昇温曲線において、試料の融解に伴う吸熱ピークから、前記の方法に従って、始点のオンセット温度、終点のオンセット温度、半値幅を求めた。
<定着特性>
トナー8重量部と、ノンコートフェライトキャリア(PH−6、パウダーテック(株)製)92重量部とを混合して、二成分系現像剤を作製した。次に、この現像剤を使用して市販の複写機(AR−280、シャープ(株)製)により、A4の転写紙(68g/m2)に縦3cm、横6cmの帯状の未定着画像を作製した。転写紙上のトナー付着量は、トナー濃度、感光体の表面電位、現像電位、露光量、転写条件等により、およそ2.0mg/cm2 に調整した。ついで、表層がポリ4フッ化エチレンで形成された熱定着ローラと、表層がシリコーンゴムで形成された圧力定着ローラとが、対になって回転するオイルレス方式定着機を、ローラ圧力が1Kgf/cm2 、ローラスピードが125mm/secになるように調節し、熱定着ローラの表面温度を150〜210℃の間で10℃の間隔で段階的に上昇させて、各表面温度において上記未定着画像の定着を行った。定着後、転写紙の余白部分にトナー汚れが生じるか否かの観察を行い、汚れが生じない温度領域を非オフセット温度領域とした。そして非オフセット温度領域において、未定着画像を有する転写紙が熱定着ロールの表面に巻き付くか否かの観察を行い、巻付きが発生しない温度領域の高温側の上限温度を確認した。なお、実用上支障ない上限温度は190℃であった。
上記二成分現像剤を上記複写機にて、A4の転写紙に、画像濃度0.2〜1.4の間で段階的に変えた14個の円形パッチ(6mmφ)の未定着パターンを形成した。
そして、前記の定着機を用いて、熱定着ローラの表面温度を180℃にして定着を行った。ついで、形成された定着画像の画像濃度を反射濃度計(マクベス社製、商品名:RD−914)を使用して測定した後に、この定着画像に対して砂消しゴムの切断切片を45°に当接し、荷重1kgで3往復摺擦し、ついで同様にして画像濃度を測定した。各パッチの擦る前後の画像濃度から下記式によって個々の定着強度を求め、その最小値をトナーの定着強度とした。
A:定着強度が80%以上
B:定着強度が70%以上80%未満
C:定着強度が70%未満
トナーを非磁性一成分方式のML−2150型プリンタ(三星電子社製)の現像機に投入し、画像比率が5%のA4原稿を、A4の転写紙に5000枚複写した。5000枚複写後に、現像機の帯電部材(帯電ブレード)にトナーの融着が見られるかどうか、目視により確認した。
A:トナーの融着なし。
C:トナーの融着あり。
2軸押出機により押出された板状の押出成形物の、押出方向に対して垂直方向の断面を光学顕微鏡(倍率400倍)で観察し、結着樹脂、離型剤、着色剤等の各材料の分散性(分散の程度)を確認した。
A:各材料が均一に分散し、かつ微分散している。
B:各材料の分散状態は均一であるが、離型剤の分散径が大きい。
C:各材料の分散状態が不均一であり、離型剤の分散径が大きい。
トナーの実用性の観点から、定着特性と耐融着性とのバランスを考慮した総合的な評価
を行った。
A:定着特性および耐融着性のいずれにも優れている。
B:定着特性、耐融着性のいずれかが十分でない。
C:定着特性および耐融着性のいずれにも劣っている。
トナーの構成成分として、前記の非晶性ポリエステル樹脂と、結晶性ポリエステル樹脂と、離型剤と、着色剤と、帯電制御剤とを表1および表2に示す割合で用いた。
Claims (17)
- 少なくとも結着樹脂と着色剤とを含有する静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂が非晶性樹脂と結晶性樹脂とを含有し、前記トナーの示差走査熱量計により測定される昇温時のDSC曲線において、始点のオンセット温度が100〜150℃、及び終点のオンセット温度が150〜200℃であり、かつ半値幅が10〜40℃の吸熱ピークが存在することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 前記吸熱ピークの吸熱量が1〜20mJ/mgであることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結晶性樹脂の示差走査熱量計により測定される昇温時のDSC曲線において、始点のオンセット温度が100〜150℃、及び終点のオンセット温度が170〜220℃であり、かつ半値幅が10〜40℃である吸熱ピークが存在することを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 少なくとも結着樹脂と着色剤とで構成されている静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂が非晶性樹脂と結晶性樹脂とを含有し、該トナーが、50〜250℃における動的粘弾性測定による損失正接(tanδ)の温度依存性曲線において、150〜250℃の温度範囲に少なくとも1個以上の極大ピークαを有し、かつ50℃以上150℃未満の温度範囲に少なくとも1個以上の極大ピークβを有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 損失正接(tanδ)の温度依存性曲線において、150〜250℃の温度範囲に存在する極大ピークαのtanδの最大値をαmax、50℃以上150℃未満の温度範囲に存在する極大ピークβのtanδの最大値をβmaxとしたとき、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とする請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
0.1<αmax−βmax<1.4 ・・・・(1)
(但し、αmax>βmax、0.8<αmax<1.8、0.4<βmax<1.4) - 非晶性樹脂が非晶性ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結晶性樹脂が結晶性ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結晶性ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項7に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結着樹脂中の非晶性樹脂と結晶性樹脂の総和中に占める結晶性樹脂の量が1〜40重量%であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)が50〜80℃であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結晶性樹脂の融点が130℃を超え、180℃未満であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結晶性樹脂を1〜30重量%含有していることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 離型剤を含有することを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 離型剤の含有量がトナー100重量部に対して0.1〜5重量部であることを特徴とする請求項13に記載の静電荷像現像用トナー。
- 非磁性1成分現像方式用トナーであることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- フルカラー用トナーであることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 少なくとも、非晶性樹脂、結晶性樹脂及び着色剤とを熱溶融混練して樹脂組成物を得る工程と、前記樹脂組成物を粉砕、分級する工程とからなり、前記樹脂組成物を得る工程における熱溶融混練の温度T(℃)は下記式(1)の範囲であることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
(Tm−20)≦T≦(Tm+30)・・(1)
(但し、Tmは結晶性樹脂の融点(℃)である。)
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