JPWO2013179490A1 - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents

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Abstract

低温定着性と耐ホットオフセット性に優れ、低温部から高温部において広い定着温度幅を有し、耐熱保存性が高いトナーを提供すること。細管式レオメータによる測定において、圧力5.0MPaで加圧した時の加圧開始から10秒経過後の変位が2.0mmとなる温度をT(5)[℃]とし、温度70℃、圧力1.0MPaで加圧した時の変位が2.0mmに到達する時間をt(1)[秒]とし、温度70℃、圧力5.0MPaで加圧した時の変位が2.0mmに到達する時間をt(5)[秒]としたとき、t(1)が60秒以上であり、t(5)が30秒以下であって、下記式(1)および(2)を満たすことを特徴とするトナー。65.0[℃]≦T(5)≦90.0[℃] (1)4.5≦t(1)/t(5)≦10.0 (2)

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、トナージェット方式記録法を利用した画像形成方法に用いられるトナー及び該トナーの製造方法に関する。
近年、複写機やプリンターといった電子写真装置の分野においても、省エネルギー化が大きな技術的課題として考えられ、この課題を解決するために定着装置にかかる熱量の大幅な削減が求められている。そのため、トナーには、低熱量で定着が可能であること、即ち良好な低温定着性を有することが求められている。
また、高速印字化に対するニーズも高い。高速で多数枚の連続印字を行うような場合には、現像器を構成する部材との摺擦によるトナーへの負荷が大きく、トナーの劣化が生じやすい。劣化したトナーは部材を汚染し、その結果、帯電性の低下や現像スジのような画像欠陥の原因となる。従って、トナーの耐ストレス性を向上させて、トナーの劣化を抑制することが望まれている。
低温定着性と耐ストレス性とが両立されたトナーとするには、定着時における圧力負荷に対しては、容易にトナーが変形するが、比較的軽圧の負荷に対しては十分な強度を保持するという特性を有していることが望ましい。
また、より低温での定着を可能とするためには、結着樹脂に結晶構造を有する成分を含有させることが効果的な方法の一つとして知られている。
結晶性ポリエステルは、分子鎖が規則的に配列することによって、明確なガラス転移を示さず、結晶融点よりも低い温度領域では軟化せず、融点を境とするわずかな温度の上昇で溶融する、いわゆるシャープメルト性を有している。
この点に注目して、結晶構造を有する成分として、結晶性ポリエステルを用いたトナーの検討が行われている。
特許文献1では、結晶部に結晶性ポリエステル成分や結晶性ポリウレタン成分、非結晶部に非結晶性ポリエステル成分や非結晶性ポリウレタン成分を使用したブロックポリマーを結着樹脂として用いたトナーが提案されている。
結着樹脂にこのようなブロックポリマーを用いると、トナーにシャープメルト性を付与することは可能となるものの、表面に形成された非結晶性樹脂による被膜(シェル)によってトナー全体のシャープメルト性が失われる傾向にあり、低温定着性に関して改善の余地があることが分かった。
特許文献2では、長鎖のアルキル基または結晶性ポリエステル鎖を含有するモノマーを用いて作製した結晶性樹脂をシェル材に用いたトナーが提案されている。しかしながら、シェル材にのみ結晶性樹脂を用いたのでは、低温定着性の改善効果は低く、低温定着性に関しては改善の余地があった。
そこで、コアシェル構造を持つトナーにおいて、コア材とシェル材の双方に結晶構造を有する樹脂を用いることで、低温定着性を向上させることが考えられた。
特許文献3では、結晶性部と非結晶性部を結合したブロックポリマーをコア材に、結晶性を有するポリエステル鎖を含有する樹脂をシェル材に用いたトナーが提案されている。
この方法では、トナーのシャープメルト性は向上する。しかしながら、結晶性ポリエステルは耐ストレス性が必ずしも十分ではなく、トナー表面に結晶性ポリエステル部位が多量に存在すると、多数枚の連続印字を連続して行った際に現像器内において、トナーの変形が起こり、現像スジのような画像欠陥が生じやすくなることが分かった。
特許文献4では、結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルとのブロックポリマーを含有する樹脂をコア材に用いたトナーが提案されている。この文献においては、シェル材として同じブロックポリマーを用いて、コアシェル構造を有するトナーが製造されている。このトナーは、ポリエステルブロックポリマーが一定以上の加圧下において可塑挙動を利用して圧力定着を可能にしつつ、現像器内におけるトナー強度に優れたトナーが実現できるとされている。しかしながら、本発明者らがこのトナーを作製し、通常のフィルム定着方式の定着装置を用いて定着性を評価したところ、良好な定着性を得ることはできなかった。そのため、このようなトナーでは、シャープメルト性と低温定着性とを両立するという点に関して、未だ改善の余地があった。
以上のように結晶構造を有する成分を導入したトナーにおいて、低温定着性と耐ストレス性を両立したトナーの実現には、更なる改善が求められていた。
国際公開第2009−122687号 特開2010−150535号公報 特開2011−94135号公報 特開2010−60651号公報
本発明の目的は、低温定着性と耐ストレス性を両立させたトナーを提供することである。また、本発明の目的は、該トナーの製造方法を提供することである。
本発明は、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、試料を加圧するピストンの試料に対する加圧面の面積が1.0cm、試料が押し出されるダイ穴の直径が1.0mmの定荷重押し出し方式の細管式レオメータによる、前記トナーの流動特性測定において、ピストンによって圧力5.0MPaで試料に対して加圧した際、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後となる時の温度をT(5)[℃]、ピストンによって圧力1.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmに到達するまでの加圧開始からの時間をt(1)[秒]、ピストンによって圧力5.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmに到達するまでの加圧開始からの時間をt(5)[秒]、としたとき、T(5)が65.0℃以上、90.0℃以下、t(1)が60.0秒以上、t(5)が30.0秒以下、t(1)/t(5)が4.5以上、10.0以下、であることを特徴とする。
また、本発明は、(I)結着樹脂及び着色剤を、有機溶媒を含有する媒体中に溶解または分散させた樹脂組成物を得る工程、
(II)前記樹脂組成物を、シェル相を形成するための樹脂Bを含有する樹脂微粒子と圧力1.0MPa以上20.0MPa以下、かつ、温度10℃以上40℃以下の二酸化炭素とを有する分散媒体中に分散させ、分散体を得る工程、及び、
(III)前記分散体から前記有機溶媒を除去する工程
を経ることによってトナー粒子を製造するトナーの製造方法であって、
得られるトナーは、前記結着樹脂及び前記着色剤を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
試料を加圧するピストンの試料に対する加圧面の面積が1.0cm、試料が押し出されるダイ穴の直径が1.0mmの定荷重押し出し方式の細管式レオメータによる、前記トナーの流動特性測定において、
ピストンによって圧力5.0MPaで試料に対して加圧した際、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後となる時の温度をT(5)[℃];ピストンによって圧力1.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmになるまでの加圧開始からの時間をt(1)[秒];ピストンによって圧力5.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmに到達するまでの加圧開始からの時間をt(5)[秒]、としたとき、
T(5)が65.0℃以上、90.0℃以下、
t(1)が60.0秒以上、
t(5)が30.0秒以下、
t(1)/t(5)が4.5以上、10.0以下、
であることを特徴とするトナーの製造方法。
本発明によれば、低温定着性と耐ストレス性を両立させたトナーを提供することが可能となる。
トナーの製造装置の概略図である。 摩擦帯電量を測定する装置の概略図である。 本発明の粘弾性を測定するための測定サンプルおよび冶具の概略図である。 実施例1で測定されたトナーの定荷重押し出し方式細管式レオメータによる測定によって求められた温度−時間曲線である。
以下に本発明に係るトナーについて説明する。
背景技術で述べたように結晶構造を有する成分を導入することにより、シャープメルト性に優れたトナーを作製することは可能になった。しかし、ここでいうシャープメルト性とは、トナーに熱を付与して温度を上げていったときに溶融が開始する挙動を表わしたものである。
電子写真プロセスにおける定着工程は、トナーに対して熱と圧力を極短時間に加えることで、トナーを転写材に固定化する工程である。そのため、トナーの溶融挙動の観察を時間の因子を加味して行う必要があった。
従来、トナーのシャープメルト性を判断する指標としては、軟化点、溶融粘度、貯蔵弾性率および損失弾性率が利用されてきた。しかし、これらの物性値は、時間の因子を十分に考慮したものではなかった。また、これらの物性値の測定方法は、熱量を十分に与えた状態から測定を開始する方法や、低温側から徐々に昇温しながら測定を行う方法であるため、加熱の初期におけるトナーの挙動を把握することは難しかった。
本発明者らは、熱と圧力を加えた初期段階においてトナーが動きだす速度をトナーの溶融速度と考えて、定荷重押し出し方式の細管式レオメータの測定条件を工夫することで、時間の因子を加味したトナーの溶融速度の測定を行った。以下、本測定について説明する。なお、詳細な測定方法については後述する。
トナーの溶融速度の測定は、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)を用いて、装置付属のマニュアルに従って行う。本装置では、シリンダに充填した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、シリンダ内部を加熱して測定試料を溶融し、シリンダ底部のダイ穴から溶融された測定試料を押し出し、この際の温度又は時間と、ピストン降下量(変位)との関係を示す流動曲線を得ることができる。
前記細管式レオメータにおける試験モードには、一般にトナー分野で多用されている一定の速度で昇温しながら測定を行う昇温法の他、一定の温度条件下で測定を行う定温法があるが、本発明では定温法を利用する。通常の定温法では、目的の温度まで加熱されたシリンダに測定試料を投入した後、3分から5分程度の予熱を行う。この予熱によって、試料の溶融が十分進んだ状態で測定を開始して、時間とピストン降下量(変位)から流動曲線を得る。すなわち、この方法では、一定温度条件下における測定試料の溶融粘度を求められるものであって、測定前の予熱によって試料にすでに加熱された状態となっていることから、実際の定着工程の初期におけるトナーの挙動を十分に再現できるものではなかった。一方、本発明においては、予熱によるトナーへの影響をできるだけ抑えるため、試料投入後から測定開始までの時間を15秒とした。これにより、測定試料に熱が加わり、溶融が開始するまでの時間も含めた試料の溶融速度の測定が可能となる。
すなわち、予熱を可能な限り短縮することで、実際の定着工程における短時間の加圧・加熱条件下におけるトナー挙動と相関するような物性値を測定することが可能となった。
上述したようにトナーを構成するコア材やシェル材に結晶構造を有する成分を導入して、単にシャープメルト性を付与しただけでは、トナーの耐ストレス性を維持することは困難である。低温定着性と耐ストレス性を両立させるためには、定着工程のような比較的高圧条件下では、トナーの溶融速度が速く、且つ、現像器の構成部材による摺擦のような相対的に軽圧の条件下では、トナーの軟化が起こりにくくなるように、技術的な改善を行う必要があった。
本発明者らは、種々の条件の中で、高速のプリンターにおける定着工程の状態と前記細管式レオメータの定温法との相関性を検討した。
高速のプリンターの定着工程におけるプロセススピードを、200mm/s乃至350mm/s程度と考えた時、ニップ幅が5.0mm乃至15.0mm程度であれば、転写材の定着ニップ部の通過時間は15ミリ秒乃至75ミリ秒程度となる。また、通常、転写材上のトナー層の層厚は5μm乃至20μm程度であって、前記通過時間で、この程度の厚さのトナー層のトナーがどのように溶融変形することが好ましいのかを検討した。
検討の結果、前記細管式レオメータを用いた測定において、トナーをピストンによって5.0MPaで加圧し、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後である時の温度によって、定着時における溶融特性に優れたトナーを規定できることを見出した。すなわち、前記温度が特定の範囲内にあることで、定着器を通過する時間内において、転写材上に積載されたトナー層が十分に圧縮され、変形、溶融して、転写材に定着されることになることを本発明者らは見出した。
本発明では、試料を加圧するピストンの試料に対する加圧面の面積が1.0cm、試料が押し出されるダイ穴の直径が1.0mmの定荷重押し出し方式の細管式レオメータによる測定において、ピストンによって圧力5.0MPaでトナーを加圧し、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後である時の温度をT(5)[℃]の値が、下記式(1)を満足する。
65.0[℃]≦T(5)≦90.0[℃] (1)
トナーが式(1)の要件を満たすことで、低温定着性と耐熱保存性を両立したトナーを得ることが可能となる。T(5)が65.0℃未満となる場合は、トナーの耐熱保存性が低下しやすくなる。T(5)が90.0℃を超えるとトナーの低温定着性が低下する。
また、前記細管式レオメータによる測定において、ピストンによって圧力5.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧したときのピストンの変位が2.0mmに到達するまでの時間をt(5)[秒]とした時、本発明のトナーは、前記t(5)の値が30.0秒以下である。
前記高速のプリンターにおける定着工程において、定着部材の転写材との接触面の温度が100℃程度での定着を実現しようとしたとき、実際のトナーにかかる温度は70℃程度であると考えられる。すなわち、前記t(5)の値が30.0秒以下であって、かつ前記T(5)の値が前記式(1)を満足するとき、表面温度が100℃程度の定着部材を用いた定着が可能となる。尚、後述するt(1)/t(5)の規定から、t(5)の下限値は6.0秒となる。
前記T(5)の値が90.0℃以下であって、かつ、t(5)の値が30.0秒以下であることにより、トナーに十分な低温定着性を保持させることができる。
また、本発明者らは、耐ストレス性とトナーの溶融速度との相関についても検討した。
前記細管式レオメータにおいて、ピストンによって圧力1.0MPaで、70℃に加熱したトナーを加圧した時のピストンの変位が2.0mmに到達するまでの時間をt(1)[秒]とする。
トナーが現像器内の部材によって摺擦を受けた場合、圧力と摺擦のエネルギーによりトナーの温度は、50〜60℃程度まで上昇することが考えられる。従って、前記細管式レオメータによる測定において、70℃、1.0MPa程度の加圧で、流動が伴うような変形が発生するようでは、当然、トナーの耐ストレス性は得られない。検討の結果、本発明者らは、前記t(1)の値とトナーの耐ストレス性に相関があることを見出した。
本発明のトナーは、t(1)の値が60.0秒以上である。t(1)が60.0秒未満であると、現像器内でトナーが摺擦を受けた際にトナー表面が軟化して、規制部材やキャリアに付着しやすくなり、現像スジのような画像欠陥や帯電不良を引き起こす原因となる。尚、後述するt(1)/t(5)の規定から、t(1)の上限値は300.0秒となる。
さらに、本発明者らは、トナーの低温定着性と耐ストレス性の両立を図る上で、前記t(1)とt(5)が特定の関係を満足する必要があることも見出した。
すなわち、本発明のトナーは、前記t(1)、t(5)が下記式(2)の関係を満足する必要がある。
4.5≦t(1)/t(5)≦10.0 (2)
この関係を満足することにより、定着工程における、定着器の圧力下においてはトナーが容易に溶融して十分な低温定着性が確保される一方で、比較的軽圧の圧力負荷時にはトナー表面の軟化が抑制される。すなわち、t(1)/t(5)が4.5未満で、かつ、T(5)が式(1)を満足させたときには、トナーの耐ストレス性は不十分であり、軽圧下でもトナー表面が軟化しやすくなる。T(5)が式(1)の範囲を満足しつつ、t(1)/t(5)が10.0を超えるようなトナー設計は困難であり、トナーの低温定着性が損なわれてくる。
本発明のトナーは、示差走査熱量計(DSC)による測定において、最大吸熱ピークのピーク温度Tp(℃)が55.0℃以上、75.0℃以下であることが好ましく、より好ましくは55.0℃以上、70.0℃以下である。
Tpが55.0℃以上であるとトナーの耐熱保存性が更に向上する。また、Tpが75.0℃以下であるとトナーの低温定着性を確保することが容易となる。また、Tpがこの範囲内であることで、前記T(5)の値が前記式(1)を満足させやすくなる。
本発明のトナーは、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子を有するものであるが、該トナー粒子が、結着樹脂A、着色剤及びワックスを含有するコアの表面に、樹脂Bを含有するシェル相を形成したコアシェル構造のトナー粒子であることが好ましい。本発明におけるコアシェル構造とは、シェル相がコアの表面を完全には被覆していなくてもよく、コアが一部露出しているような形態も含む。また、明確な界面を有する層としてシェル相がコアを被覆しておらず、界面が明確でない状態で被覆している形態も含む。コアシェル構造を形成することで、前記t(1)およびt(5)が前記式(2)の関係を満足するトナーを設計しやすくなり、トナーの耐ストレス性と低温定着性を両立できるようになる。
また、トナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)において、数平均分子量(Mn)が5,000以上、40,000以下であることが好ましく、より好ましくは7,000以上、25,000以下である。また、重量平均分子量(Mw)が5,000以上、60,000以下であることが好ましく、より好ましくは10,000以上、50,000以下である。この範囲であることで、耐熱保存性を良好に保つことができ、更にトナーに適度なシャープメルト性を付与することが可能である。
以下に上記本発明の要件を満たすためのトナーの構成及び製造方法について記載するが、本発明は必ずしもこのトナーの構成及び製造方法に限定されるものではない。
(結着樹脂)
トナー粒子は、着色剤と共に結着樹脂を含有する。結着樹脂としては、トナー用の結着樹脂として公知のビニル系樹脂やポリエステル系樹脂を用いることができる。
また、上述したごとく、トナー粒子は、結着樹脂A、着色剤及びワックスを含有するコアの表面に、樹脂Bを含有するシェル相を形成したコアシェル構造のトナー粒子であることが好ましい。
前記結着樹脂Aは、結晶構造をとり得る部位を有する樹脂を有することが好ましい。また、結晶構造をとり得る部位が、ポリエステル部位であることが好ましい。
また、前記結着樹脂Aは、前記結晶構造をとり得るポリエステル部位を、50.0質量%以上、90.0質量%以下含有することが好ましい。
結着樹脂A中の結晶構造をとり得る部位の含有量が前記範囲内になることで、シャープメルト性がより高まり、低温定着性を更に改善することができる。
また、前記結着樹脂Aは、示差走査熱量計(DSC)による測定において、結晶構造をとり得る部位に由来する最大吸熱ピークのピーク温度TpAが、55.0℃以上、75.0℃以下であることが好ましい。TpAが上記範囲内であることによって耐熱保存性と低温定着性をより向上させることができる。
前記結晶構造をとり得る部位として結晶性ポリエステルを用いる場合、その合成には、脂肪族ジオールおよび多価カルボン酸を原料として用いることが好ましい。
前記脂肪族ジオールとしては、炭素数4以上、20以下の直鎖脂肪族ジオールが好ましく、以下のものが挙げられる。
1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、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、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
これらのうち、本発明では低温定着性に適した融点の観点から、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールがより好ましい。
次に、多価カルボン酸としては、芳香族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸が好ましく、中でも脂肪族ジカルボン酸がより好ましく、直鎖脂肪族ジカルボン酸が特に好ましい。
前記直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、以下を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
蓚酸、マロン酸、琥珀酸、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、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸。あるいはその低級アルキルエステルや酸無水物。これらは単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
芳香族ジカルボン酸としては、以下を挙げることができる。
テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸。
これらのうち、本発明では、低温定着性に適した融点の観点から、アジピン酸、セバシン酸および1,10−デカンジカルボン酸が好ましい。
前記結晶性ポリエステル成分を作製する方法には特に制限はなく、アルコール成分と酸成分を反応させる一般的なポリエステル樹脂の重合法によって作製することができる。例えば直接重縮合、エステル交換法を用い、使用するジオールやジカルボン酸の種類によって使い分けて作製することができる。
前記結晶性ポリエステル成分の製造は、重合温度180℃以上、230℃以下の間で行うのが好ましく、必要に応じて反応系内を減圧し、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させるのが好ましい。モノマーが反応温度下で溶解または相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加えて溶解させるのがよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーと、そのモノマーと重縮合予定の酸またはアルコールとを縮合させておいてから、主成分とともに重縮合させるのが好ましい。
前記結着樹脂Aの分子構造に含まれる結晶性ポリエステル成分は、示差走査熱量計(DSC)による測定における最大吸熱ピークのピーク温度が55.0℃以上、80.0℃以下であることが好ましい。
前記結着樹脂Aの分子構造に含まれる結晶性ポリエステル成分は、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)において、数平均分子量(Mn)が3,000以上、40,000以下であることが好ましく、より好ましくは7,000以上、25,000以下である。また、重量平均分子量(Mw)が10,000以上、60,000以下であることが好ましく、より好ましくは20,000以上、50,000以下である。この範囲であることで、耐熱保存性を良好に保つことができ、更にトナーにシャープメルト性を付与することが可能となる。
前記結晶性ポリエステル成分の製造時に使用可能な触媒としては、以下を挙げることができる。
チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドのチタン触媒。ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシドのスズ触媒。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂Aは、前記結晶構造とり得る部位を有する樹脂に加えて他の非晶性樹脂を含有していてもよい。
前記結着樹脂Aに用いることのできる非晶性樹脂は、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂(スチレンアクリル樹脂やポリスチレン)が挙げられるが、その限りではない。また、これら樹脂は、ウレタン、ウレア、エポキシの変性を行っても良い。本発明において、前記結着樹脂Aに前記非晶性樹脂を含有させることで、結晶構造をとり得る部位が溶融した後における弾性の維持が可能となる。なかでも、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂が好適に使用される。
前記非晶性樹脂としてのポリエステル樹脂について述べる。
ポリエステル樹脂に用いるモノマーとしては、「高分子データハンドブック:基礎編」(高分子学会編:培風館)に記載されているような2価または3価以上のカルボン酸と、2価または3価以上のアルコールが挙げられる。これらのモノマー成分の具体例としては、以下の化合物を挙げることができる。
2価のカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マロン酸、ドデセニルコハク酸の二塩基酸、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステル、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸の脂肪族不飽和ジカルボン酸。3価以上のカルボン酸としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、これらの無水物やこれらの低級アルキルエステル。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
2価のアルコールとしては、以下の化合物を挙げることができる。
ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール。3価以上のアルコールとしては、例えば以下の化合物を挙げることができる。グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調整の目的で、酢酸、安息香酸の如き1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコールの如き1価のアルコールも使用することができる。
前記ポリエステル樹脂は、前記のモノマー成分を用いて従来公知の方法により合成することができる。
次に、前記非晶性樹脂としてのポリウレタン樹脂について述べる。
ポリウレタン樹脂はジオールとジイソシアネートとの反応物であり、脂肪族ジオール及びジイソシアネートを変えることにより、得られる樹脂の機能性を変えることができる。
前記ジイソシネートとしては以下のものが挙げられる。前記ジイソシアネートとしては、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、及びこれらジイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物。以下、ジイソシアネートの変性物を変性ジイソシアネートともいう)が挙げられる。
前記脂肪族ジイソシアネートとしては、炭素数4以上、12以下(イソシアネート基中の炭素を除く、以下同様)の脂肪族ジイソシアネートが好ましく、例えば以下のものが挙げられる。
エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート。
前記脂環式ジイソシアネートとしては、炭素数4以上、15以下の脂環式ジイソシアネートが好ましく、以下のものが挙げられる。
イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート。
前記芳香族ジイソシアネートとしては、炭素数6以上、15以下の芳香族ジイソシアネートが好ましく、以下のものが挙げられる。
m−及び/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート。
これらのうちで好ましいものは、炭素数6以上、15以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数4以上、12以下の脂肪族ジイソシアネート、及び炭素数4以上、15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上、15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネートであり、特に好ましいものはヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)及びキシリレンジイソシアネート(XDI)である。
前記したジイソシアネートに加えて、3官能以上のイソシアネート化合物を用いることもできる。
また、前記ジオールとしては、以下のものが挙げられる。
アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール);アルキレンエーテルグリコール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール);ビスフェノール類(ビスフェノールA);前記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド)付加物;前記アルキレンエーテルグリコールのアルキル部分は直鎖状であっても、分岐していてもよい。本発明においては分岐構造のアルキレングリコールも好ましく用いることができる。
前記結着樹脂Aに含有される非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上、130℃以下であることが好ましく、より好ましくは、70℃以上、130℃以下である。この範囲であることで、トナーが溶融した後であっても弾性が維持されやすい。
更に、本発明のトナーにおいて、前記結着樹脂Aが、結晶構造をとりうる部位と結晶構造を取りえない部位とが化学的に結合したブロックポリマーであっても良い。
前記ブロックポリマーとは、一分子内でポリマー同士が共有結合にて結ばれたポリマーである。ここで、結晶構造を取りうる部位が、結晶性ポリエステルであることが好ましく、結晶構造をとりえない部位が、非晶性樹脂としてのポリエステルやポリウレタンであることが好ましい。
前記ブロックポリマーは、結晶構造を取りうる部位(A)と結晶構造を取りえない部位(B)とのAB型ジブロックポリマー、ABA型トリブロックポリマー、BAB型トリブロックポリマー、ABAB・・・・型マルチブロックポリマーが挙げられ、本発明において、どの形態をも用いることが可能である。
前記ブロックポリマーにおいて、結晶構造を取りうる部位と結晶構造を取りえない部位とを共有結合で結ぶ結合形態としては、エステル結合、ウレア結合、ウレタン結合が挙げられる。中でも、ウレタン結合で結合したブロックポリマーであることがより好ましい。ウレタン結合で結合されたブロックポリマーであることで、トナーが溶融した後であっても弾性が維持されやすくなる。
ブロックポリマーを調製する方法としては、結晶構造を取りうる部位を形成する成分と結晶構造を取りえない部位を形成する成分とを別々に調製し、両者を結合する方法(二段階法)を用いることができる。また、結晶構造を取りうる部位を形成する成分および結晶構造を取りえない部位を形成する成分の原料を同時に仕込み、一度で調製する方法(一段階法)も用いることができる。
本発明におけるブロックポリマーは、それぞれの末端官能基の反応性を考慮して、種々の方法の中から選択して合成することができる。
結晶構造を取りうる部位および結晶構造を取りえない部位がともにポリエステル樹脂であるブロックポリマーの場合、各成分を別々に調製した後、結合剤を用いて結合することにより調製できる。特に、片方のポリエステルの酸価が高く、もう一方のポリエステルの水酸基価が高い場合は、結合剤を使う必要はなく、そのまま加熱減圧しつつ縮合反応を進めることができる。このとき、反応温度は200℃付近で行うのが好ましい。
なお、結合剤を使用する場合、以下のものを結合剤として用いることができる。
多価カルボン酸、多価アルコール、多価イソシアネート、多官能エポキシ、多価酸無水物。
これらの結合剤を用いて、脱水反応や付加反応によって合成することができる。
また、結晶構造を取りうる部位が結晶性ポリエステルで、結晶構造をとりえない部位がポリウレタンであるブロックポリマーの場合は、各部位を別々に調製した後、結晶性ポリエステルのアルコール末端とポリウレタンのイソシアネート末端とをウレタン化反応させることにより調製できる。また、アルコール末端を持つ結晶性ポリエステルおよびポリウレタンを構成するジオール、ジイソシアネートを混合し、加熱することでも合成が可能である。この場合、前記ジオールおよびジイソシアネートの濃度が高い反応初期は、これらが選択的に反応してポリウレタンを形成し、ある程度分子量が大きくなった後に、ポリウレタンのイソシアネート末端と結晶性ポリエステルのアルコール末端とのウレタン化が起こる。
前記ブロックポリマーの数平均分子量(Mn)は3, 000以上40,000以下であることが好ましく、より好ましくは7,000以上25,000以下である。また、前記ブロックポリマーの重量平均分子量(Mw)は10,000以上60,000以下であることが好ましく、より好ましくは20,000以上50,000以下である。この範囲であることで、耐熱保存性を良好に保つことができ、更にトナーにシャープメルト性を付与することが可能である。
(樹脂B)
以下に樹脂Bについて説明する。
本発明のトナーにおいて、前記樹脂Bは結晶構造をとり得るポリエステル部位を有する樹脂を含有することが好ましい。
また、結晶構造をとりうる部位としての結晶性ポリエステル成分を樹脂中に導入する方法としては、以下の方法が挙げられる。
(A)結晶構造をとり得るポリエステル部位を分子構造に含むビニル系モノマーb1とその他のビニル系モノマーb2(即ち、結晶構造をとり得るポリエステル部位を分子構造に含まないビニル系モノマー)とを共重合する方法。
(B)結晶構造をとり得るポリエステル部位を導入するための前駆体となるビニル系モノマーb1’とその他のビニル系モノマーb2を用いて共重合した後、前記結晶構造をとり得るポリエステル部位を反応させる方法。
これらの方法の中でも、前記ポリエステル部位の導入しやすさの点で、(A)の方法が好ましい。以下にビニル系モノマーb1、b1’、およびb2について説明する。
(ビニル系モノマーb1)
前記ビニル系モノマーb1に含まれる結晶構造をとりうる部位としては、炭素数4以上20以下の脂肪族ジオールおよび多価カルボン酸を反応して得られる結晶性ポリエステルが好ましい。
さらに、前記脂肪族ジオールは、結晶性を上げやすい直鎖脂肪族ジオールであることが好ましい。
前記脂肪族ジオールおよび前記脂肪族多価カルボン酸は、前記結着樹脂Aに用いたものと同様のものを用いることが可能である。
ビニル系モノマーb1の製造方法としては、以下の方法が挙げられる。
(1)ヒドロキシル基を有するビニル系モノマー、又は、カルボキシル基を有するビニル系モノマーと前記結晶性ポリエステル成分をエステル化反応させて、結晶性ポリエステル成分を分子構造に含むビニル系モノマーを製造する方法。
(2)イソシアネート基を有するビニル系モノマーと前記結晶性ポリエステル成分をウレタン化反応させて、結晶性ポリエステル成分を分子構造に含むビニル系モノマーを製造する方法。
(3)ヒドロキシル基を有するビニル系モノマーと前記結晶性ポリエステル成分を、結合剤であるジイソシアネートとそれぞれウレタン化反応させて結晶性ポリエステル成分を分子構造に含むビニル系モノマーを製造する方法。
これらの方法の中でも、前記結晶性ポリエステル成分との反応性の点で、前記(2)および(3)の方法が特に好ましい。
ここで、結晶性ポリエステル成分の導入をカルボキシル基とのエステル化反応によって行う場合、あるいはイソシアネート基とのウレタン化反応によって行う場合、前記結晶性ポリエステル成分は、アルコール末端であることが好ましい。そのため、前記結晶性ポリエステル成分は、ジオールとジカルボン酸のモル比(ジオール/ジカルボン酸)が1.02以上、1.20以下であることが好ましい。一方、結晶性ポリエステル成分の導入をヒドロキシル基とのエステル化反応によって行う場合は酸末端であることが好ましく、ジオールとジカルボン酸のモル比はその逆であることが好ましい。
前記ヒドロキシル基を有するビニル系モノマーとしては、以下のものが挙げられる。
ヒドロキシスチレン、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールモノメタアクリレート、アリルアルコール、メタアリルアルコール、クロチルアルコール、イソクロチルアルコール、1−ブテン−3−オール、2−ブテン−1−オール、2−ブテン−1,4−ジオール、プロパルギルアルコール、2−ヒドロキシエチルプロペニルエーテル、庶糖アリルエーテル。これらの中でも、特に好ましいものはヒドロキシエチルメタアクリレート。
前記カルボキシル基を有するビニル系モノマーとしては、炭素数30以下の不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、及びその無水物が好ましく、具体的には以下のものが挙げられる。
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸、イサコン酸、ケイ皮酸、並びにその無水物。これらの中でも、特に好ましいものはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸。
前記イソシアネート基を有するビニル系モノマーとしては、以下のものが挙げられる。
2−イソシアナトエチルアクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレート、メタクリル酸2−(0−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチルメタクリレート、m−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイソシアネート。
これらの中でも、特に好ましいものは2−イソシアナトエチルアクリレート及び2−イソシアナトエチルメタクリレートである。
前記ビニル系モノマーb1の結晶性ポリエステル成分は、示差走査熱量計(DSC)による測定における最大吸熱ピークのピーク温度が55.0℃以上、80.0℃以下であることが好ましい。
前記ビニル系モノマーb1の分子構造に含まれる結晶性ポリエステル成分は、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)において、数平均分子量(Mn)が1,000以上、20,000以下であることが好ましく、より好ましくは2,000以上、15,000以下である。また、重量平均分子量(Mw)が2,000以上、40,000以下であることが好ましく、より好ましくは3,000以上、20,000以下である。この範囲であることで、耐熱保存性を良好に保つことができ、更にトナーにシャープメルト性を付与することが可能となる。
前記樹脂Bの共重合に用いる全モノマーの量に対して、前記ビニル系モノマーb1の割合が20.0質量%以上、50.0質量%以下であることが好ましい。前記範囲内でシェル材に結晶性部位を導入することで、トナーのシャープメルト性と耐ストレス性の両立が可能となる。
前記ビニル系モノマーb1の割合が、20.0質量%以上であると低温定着性が更に向上する。また、前記ビニル系モノマーb1の割合が、50.0質量%以下であると帯電性が向上するとともに、耐ストレス性も良好となる。
(ビニル系モノマーb1’)
前記ビニル系モノマーb1’としては、前記結晶性ポリエステル成分を導入するための前駆体となり得るものであればよく、上述のヒドロキシル基を含有するビニル系モノマー、カルボキシル基を含有するビニル系モノマー、イソシアネート基を有するビニル系モノマーを用いることができる。結晶性ポリエステル成分は、これらの基と結晶性ポリエステルのアルコール末端または酸末端とのエステル化反応もしくはウレタン化反応によって導入することができる。
(ビニル系モノマーb2)
結晶構造をとり得るポリエステル部位を分子構造に含まないビニル系モノマーb2としては、以下のモノマーを使用することができる。
脂肪族ビニル炭化水素:アルケン類(エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン、前記以外のα−オレフィン);アルカジエン類(ブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエンおよび1,7−オクタジエン)。
脂環式ビニル炭化水素:モノ−もしくはジ−シクロアルケンおよびアルカジエン類(シクロヘキセン、シクロペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン);テルペン類(ピネン、リモネン、インデン)。
芳香族ビニル炭化水素:スチレンおよびそのハイドロカルビル(アルキル、シクロアルキル、アラルキルおよび/またはアルケニル)置換体(α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン);およびビニルナフタレン。
前記カルボキシル基及び/又はその塩を有するビニル系モノマー:炭素数3以上30以下の不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸ならびにその無水物(マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸、桂皮酸のカルボキシル基含有ビニル系モノマー)。
ビニルエステル:酢酸ビニル、ビニルブチレート、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメタクリレート、メチル4−ビニルベンゾエート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート、ビニルメトキシアセテート、ビニルベンゾエート、エチルα−エトキシアクリレート、炭素数1以上30以下のアルキル基(直鎖もしくは分岐)を有するアルキルアクリレートおよびアルキルメタクリレート(メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ステアリルアクリレート、ベヘニルアクリレート、ポリアルキレングリコール鎖を有するビニル系モノマー(ポリエチレングリコール(分子量300)モノアクリレート、ポリエチレングリコール(分子量300)モノメタクリレート、ポリプロピレングリコール(分子量500)モノアクリレート、ポリプロピレングリコール(分子量500)モノメタクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド(エチレンオキサイドを以下EOと略記する)10モル付加物アクリレート、メチルアルコールエチレンオキサイド(エチレンオキサイドを以下EOと略記する)10モル付加物メタクリレート、ラウリルアルコールEO30モル付加物アクリレートラウリルアルコールEO30モル付加物メタクリレート)、ポリアクリレート類およびポリメタクリレート類(多価アルコール類のポリアクリレートおよびポリメタクリレート:エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ポリ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ジメタクリレート。
前記ビニル系モノマーb2としては、上記のモノマー以外に有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマー(ビニル系モノマーy)も使用できる。
有機ポリシロキサンは、界面張力が低い材料である。前記有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーを樹脂Bの材料として用いることにより、トナー融着による部材汚染に対して、より抑制効果に優れたトナーの実現が可能となる。
また、前記有機ポリシロキサン構造を有するビニルモノマーの使用は、樹脂を後述する高圧状態の二酸化炭素を分散媒体として使用するトナー粒子の製造における分散剤の材料として使用する上でも、好適である。
ここで、有機ポリシロキサン構造とは、Si−O結合の繰り返し単位を有し、且つ、各Si原子に一価の有機基が二つずつ結合した構造である。
前記有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基を挙げることができ、これらの有機基は置換基を有していてもよい。また、各々の有機基は同一であってもよく、異なっていてもよい。これらの有機基の中でも、アルキル基及びアリール基が後述する有機ポリシロキサンの特長を発現しやすくなる点で好ましく、炭素数1以上、3以下のアルキル基がより好ましい。特に好ましくはメチル基である。
前記有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーの好適な例を、下記化学式(1)に示す。
Figure 2013179490
ここで、RおよびRは、それぞれ独立して、置換基を有していても良いアルキル基、又は置換基を有していても良いアリール基であることが好ましい。これらの中でも、炭素数1以上、3以下のアルキル基であることがより好ましく、メチル基であることが特に好ましい。また、Rはアルキレン基であることが好ましく、炭素数は1以上、10以下であることが好ましい。また、Rは水素原子又はメチル基を表している。そして、nは重合度を表し、2以上、100以下の整数であることが好ましく、より好ましくは2以上、15以下である。
前記有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーの割合は、樹脂Bの共重合に用いる全モノマー量に対して、5.0質量%以上、20.0質量%以下の割合であることが好ましい。有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーが、上記範囲内であることにより、耐ストレス性および定着性が向上する。
なお、有機ポリシロキサン構造を有する部位は、有機ポリシロキサンの片末端をカルビノール基、カルボキシル基、エポキシ基のいずれかで変性したものを用いて、樹脂B中に予め導入しておいたこれらの基と反応可能な基を反応させて導入してもよい。
上記有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーの作製方法としては特に限定されないが、例えば、有機ポリシロキサンの片末端をカルビノール変性した後、アクリル酸クロライド若しくはメタクリル酸クロライドと脱塩酸反応させることによって作製することができる。
また、本発明のトナーにおいて、前記ビニル系モノマーb2は、ホモポリマーとしてのガラス転移温度が105℃以上であるビニル系モノマー(ビニル系モノマーx)を含んでいることが好ましい。
前記ホモポリマーとしてのガラス転移温度(Tg(℃))が105℃以上となるビニル系モノマー(以下高Tgビニル系モノマーとも称する)としては、以下のものが挙げられる。
ジメチルアクリルアミド(Tg=114℃)、アクリルアミド(Tg=191℃)、モノメチルアクリルアミド(Tg=171℃)、tert−ブチルメタクリレート(Tg=107℃)、ビニル安息香酸(Tg=177℃)、2−メチルスチレン(Tg=127℃)、アクリル酸(Tg=111℃)、メタクリル酸(Tg=170℃)、メタクリル酸メチル(Tg=107℃)、4−ヒドロキシスチレン(Tg=156℃)。
その中でも、メタクリル酸(Tg=170℃)、メタクリル酸メチル(Tg=107℃)、アクリル酸(Tg=111℃)が特に好ましい。
なお、前記ホモポリマーにおけるガラス転移温度Tgの値は、NIMS(独立行政法人 物質・材料研究機構)における高分子データベース(polyinfo)の値の中で、ホモポリマー単体として測定した結果の平均値(neat resinのmedianと記載されている数値)を引用したものである。
前記高Tgビニル系モノマーの割合は、前記樹脂Bの共重合に用いる全モノマー量に対して、3.0質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは3.0質量%以上10.0質量%以下である。前記高Tgビニル系モノマーが、上記範囲内であることによって、定着時のトナーの粘性を適度に調整することができ、耐ストレス性と低温定着性を両立が可能となる。
本発明のトナーにおいて、前記樹脂Bの数平均分子量(Mn)は8,000以上40,000以下であることが好ましく、より好ましくは8,000以上25,000以下である。また、前記樹脂Bの重量平均分子量(Mw)は15,000以上110,000以下であることが好ましく、より好ましくは20,000以上、80,000以下である。MnおよびMwの値がこの範囲であることで、低温定着性と耐ストレス性を両立させやすくなる。
本発明におけるシェル相を形成する樹脂は、後述する方法で、トナー粒子を作製する場合に分散媒体中でのコアを形成する材料の分散性を維持させるために分散媒体に溶解しないことが好ましい。分散媒体に溶解しにくくさせるために、シェル相を形成する樹脂に架橋構造を導入してもよい。
また、本発明におけるシェル相を形成する樹脂中の樹脂Bの割合は50.0質量%以上であることが好ましく、樹脂B以外の樹脂をシェル相として使用しないことが特に好ましい。
本発明のトナーにおいて、前記トナー粒子は、前記コア100質量部に対して、前記樹脂Bを3.0質量部以上、15.0質量部以下含有することが好ましい。樹脂Bの含有量を上記範囲内とすることによって、トナー粒子表面がシェル相の厚みが過剰に厚くなることなく、且つ、十分に被覆されるため、耐ストレス性と低温定着性の両立が可能となる。
本発明のトナーにおいて、前記TpAおよび前記TpBは下記式(3)を満足することが好ましい。
−10.0≦(TpB−TpA)≦15.0 (3)
より好ましくは、下記式(4)を満足することである。
−5.0≦(TpB−TpA)≦10.0 (4)
TpA及びTpBが上記式の関係を満たすことで、耐ストレス性と低温定着性との両立が容易となる。
(ワックス)
以下にワックスについて説明する。
本発明のトナーは、ワックスを含有する。前記ワックスとしては、特に限定はないが、以下のものが挙げられる。
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、低分子量オレフィン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;脂肪族炭化水素系エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス;及び脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの;ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物。
これらの中でも、ワックスを分散液の形で用いる場合の分散液の作製のしやすさ、作製したトナー中への取り込まれやすさ、定着時におけるトナーからの染み出し性、及び、離型性の点から、脂肪族炭化水素系ワックス及びエステルワックスが好ましい。その中でも、3官能以上のエステルワックスがより好ましく、更に好ましくは4官能以上のエステルワックス、特に好ましくは6官能以上のエステルワックスである。
3官能以上のエステルワックスは、3官能以上の酸と長鎖直鎖飽和アルコールの縮合、または3官能以上のアルコールと長鎖直鎖飽和脂肪酸の縮合によって得られる。
3官能以上のアルコールとしては以下のものが挙げられる。
グリセリン、トリメチロールプロパン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ソルビトール。また、これらの縮合物として、グリセリンの縮合したジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ヘキサグリセリン及びデカグリセリンのいわゆるポリグリセリン、トリメチロールプロパンの縮合したジトリメチロールプロパン、トリストリメチロールプロパン及びペンタエリスリトールの縮合したジペンタエリスリトール及びトリスペンタエリスリトール。
これらのうち、分岐構造をもつ構造が好ましく、より好ましくはペンタエルスリトール又はジペンタエリスリトールであり、更に好ましくはジペンタエリスリトールである。
長鎖直鎖飽和脂肪酸は、一般式C2n+1COOHで表され、nが5以上、28以下のものが好ましく用いられる。
長鎖直鎖飽和脂肪酸としては以下のものを挙げることが出来る。
カプロン酸、カプリル酸、オクチル酸、ノニル酸、デカン酸、ドデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸。
これらのうち、ワックスの融点の面からミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸が好ましい。
3官能以上の酸としては以下を挙げることが出来る。
トリメリット酸、ブタンテトラカルボン酸。
また、長鎖直鎖飽和アルコールはC2n+1OHで表され、nが5以上、28以下のものが好ましく用いられる。
長鎖直鎖飽和アルコールとしては以下を挙げることが出来る。
カプリルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール。
これらのうち、ワックスの融点の面からミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコールが好ましい。
本発明において、トナー中におけるワックスの含有量は、1.0質量%以上、20.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2.0質量%以上、15.0質量%である。ワックスの含有量が上記範囲内であることによって、トナーの離型性を維持しつつ、耐熱保存性を向上させることができる。
本発明においてワックスは、示差走査熱量計(DSC)による測定において、最大吸熱ピークのピーク温度が60℃以上、120℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上、90℃以下である。ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度が上記範囲内にあることで、トナー表面へのワックスの露出を調整することができ、耐熱保存性と低温定着性を両立させることができる。
(着色剤)
以下に着色剤について説明する。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を含有する。本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料、有機染料、無機顔料が挙げられ、従来からトナーに用いられている着色剤を用いることが出来る。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。
着色剤としては以下のものが挙げられる。
イエロー用の着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体,メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、128、129、138、147、150、151、154、155、168、180、185、213、214。これらは単独或いは2種類以上のものを併用して用いることが可能である。
マゼンタ用の着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19。これらは単独或いは2種類以上のものを併用して用いることが可能である。
シアン用の着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が挙げられる。これらは単独或いは2種類以上のものを併用して用いることが可能である。
黒色用の着色剤としては、以下のものが挙げられる。
ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックのカーボンブラック。又、マグネタイト、フェライトの如き金属酸化物。
本発明においては、通常のカラートナー用の着色剤として用いる場合、着色剤の含有量は、トナーに対し、2.0質量%以上、15.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2.5質量%以上、12.0質量%以下である。着色剤の含有量が上記範囲内であることにより、十分な着色力を維持しつつ、色空間を広くさせることができる。また、通常のカラートナーと併せて、濃度を下げた薄色用トナーも好ましく用いることが出来る。この場合、着色剤の含有量は、トナーに対し、0.5質量%以上、5.0質量%以下であることが好ましい。
(荷電制御剤)
以下に荷電制御剤について説明する。
本発明のトナーにおいては、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。また、トナー粒子製造時に添加してもよい。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性を安定化し、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。
荷電制御剤として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。
有機金属化合物、キレート化合物が挙げられる。例えば、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物。これら荷電制御剤は、単独で用いても良く、2種類以上組み合わせて用いてもよい。
荷電制御剤の配合量は、結着樹脂100質量部に対して0.01質量部以上、20質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上、10質量部以下である。
(外添剤)
以下に、外添剤について説明する。
本発明に用いられるトナー粒子には流動性向上剤として、無機微粉体を添加することが好ましい。無機微粉体としては、シリカ微粉体、酸化チタン微粉体、アルミナ微粉体またはそれらの複酸化物微粉体の如き微粉体が挙げられる。前記無機微粉体の中でもシリカ微粉体及び酸化チタン微粉体が好ましい。
シリカ微粉体としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタン他の如き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製造された、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体であっても良い。
トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。従って、無機微粉体は、疎水化処理を施すことが、トナーの帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上を達成することが好ましい。
無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で或いは併用して用いられても良い。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイルにより処理したシリコーンオイル処理された疎水化処理無機微粉体が高湿環境下でもトナー粒子の帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する上でよい。
前記無機微粉体の添加量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上、4.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.2質量部以上、3.5質量部以下である。
(本発明のトナーの製造方法)
以下に本発明のトナーの製造方法について説明する。なお、本発明のトナーは必ずしもこの製造方法によって得られたものに限定されるわけではない。
上述したように本発明のトナーは、結着樹脂Aを含有するコアの表面に樹脂Bを含有するシェル相を有するコアシェル構造を有するトナーであることが好ましい。前記シェル相の形成は、前記コアを形成した後に行っても良いが、より簡便という点から、コアの形成とシェル相の形成を同時に行うことが好ましい。
また、シェル相を形成する方法は、何ら制限を受けるものではなく、コアの形成後にシェル相を設ける方法の一例としては、コア粒子及びシェル相となる樹脂微粒子を分散媒体中に分散させ、その後前記コア粒子表面に樹脂微粒子を凝集、吸着させる方法がある。
また、前記コアの形成とシェル相の形成を同時に行う好適な方法の一例としては、いわゆる「溶解懸濁法」がある。溶解懸濁法とは、コアとなる樹脂を有機溶剤中に溶解させて、樹脂組成物を調製し、得られた樹脂組成物を分散媒体中に分散して前記樹脂組成物の液状粒子の分散体を形成した後、この液状粒子の分散体から有機溶剤を除去することによって樹脂粒子を得る方法である。このとき、前記分散媒体中にシェル相となる樹脂微粒子を予め分散させておき、この樹脂微粒子を前記液状粒子の表面に付着させることによってシェル相を形成することができる。
前記分散媒体としては、水系媒体を使用することが一般的であるが、本発明においては、非水系媒体中で製造されたものであることが特に好ましい。これは、非水系媒体中でトナー粒子を製造することによってトナー粒子の表面に疎水性の材料が配向しやすくなる。その結果、上記の有機ポリシロキサン構造を含む樹脂Bが、界面張力の低いシェル相を形成しやすくなり、トナーの部材に対する付着を低減させることが可能となる。
その中でも、本発明のトナー粒子の製造方法においては、分散媒体として高圧状態の二酸化炭素を用いた溶解懸濁法が特に好適である。
すなわち、本発明においては、トナー粒子が、(I)結着樹脂及び着色剤を、有機溶媒を含有する媒体中に溶解または分散させた樹脂組成物を得る工程、(II)前記樹脂組成物を、前記樹脂Bを含有する樹脂微粒子と高圧状態の二酸化炭素とを有する分散媒体中に分散させ、分散体を得る工程、(III)前記分散体から有機溶媒を除去する工程を経ることによって形成したトナー粒子であることが好ましい。
ここで、高圧状態の二酸化炭素とは、圧力1.0MPa以上20.0MPa以下の二酸化炭素である。また、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を単体で分散媒体として用いてもよく、他の成分として有機溶媒が含まれていてもよい。この場合、高圧状態の二酸化炭素と有機溶媒が均一相を形成することが好ましい。また、二酸化炭素の温度は、10℃以上40℃以下であることが好ましい。また、前記樹脂組成物はさらにワックスを含んでいてもよい。
以下に、本発明に用いられるトナー粒子を得る上で好適な、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を用いるトナー粒子の製造法を例示して説明する。
まず、結着樹脂を溶解することのできる有機溶媒中に、結着樹脂、着色剤、ワックスおよび必要に応じて他の添加物を加え、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機の如き分散機によって均一に溶解または分散させる。次に、こうして得られた溶解あるいは分散液(以下、単に結着樹脂溶解液という)を、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中に分散させて油滴を形成する。
このとき、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中には、分散剤を分散させておく必要がある。分散剤としては、シェル相を形成するための前記樹脂Bを含有する樹脂微粒子分散剤を使用する。油滴の表面に吸着した分散剤は、トナー粒子形成後もそのまま残留するため、樹脂微粒子で表面が被覆されたトナー粒子を形成することができる。
このとき、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中には、分散剤を分散させておく必要がある。分散剤としては、シェル相を形成するための樹脂Bを含有する樹脂微粒子があげられるが、他成分を分散剤として混合してもよい。また、無機微粒子分散剤、有機微粒子分散剤、それらの混合物のいずれでもよく、目的に応じて2種以上を併用してもよい。
前記無機微粒子分散剤としては、アルミナ、酸化亜鉛、チタニア、酸化カルシウムの如き無機粒子が挙げられる。
前記有機微粒子分散剤としては、樹脂Bの他に以下のものが挙げられる。
ビニル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エステル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート、セルロースおよびこれらの混合物。これらは、架橋構造が形成されていてもよい。
シェル相を形成する樹脂微粒子の含有量は、結着樹脂に対して、好ましくは3.0質量%以上、30.0質量%以下である。前記樹脂微粒子を構成する樹脂は、樹脂Bを50質量%以上含有する。
本発明において、前記樹脂Bを含有する微粒子の粒径は、トナー粒子がコアシェル構造を形成するために、個数平均粒子径が30nm以上、300nm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以上、200nm以下である。前記樹脂Bを含有する微粒子の粒径が上記範囲内であることによって、適切なシェル相を形成させることができる。
本発明において、前記分散剤を高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中に分散させる方法は、如何なる方法を用いてもよい。具体的には、上記分散剤と高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を容器内に仕込み、撹拌や超音波照射により直接分散させる方法や、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を仕込んだ容器に、上記分散剤を有機溶媒に分散させた分散液を、高圧ポンプを用いて導入する方法が挙げられる。
また、本発明において、前記結着樹脂溶解液を高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中に分散させる方法は、如何なる方法を用いてもよい。具体的には、上記分散剤を分散させた状態の高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を入れた容器に、前記結着樹脂溶解液を、高圧ポンプを用いて導入する方法が挙げられる。また、前記結着樹脂溶解液を仕込んだ容器に、上記分散剤を分散させた状態の高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を導入してもよい。
本発明において、前記高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体による分散媒体は、単一相であることが重要である。前記結着樹脂溶解液を高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体中に分散させて造粒を行う場合、油滴中の有機溶媒の一部は分散体中に移行する。このとき、二酸化炭素の相と有機溶媒の相が分離した状態で存在することは、油滴の安定性が損なわれる原因となり好ましくない。したがって、前記分散媒体の温度や圧力、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体に対する前記結着樹脂溶解液の量は、二酸化炭素と有機溶媒とが均一相を形成し得る範囲内に調整することが好ましい。
また、上記分散媒体の温度および圧力については、造粒性(油滴形成のし易さ)や前記結着樹脂溶解液中の構成成分の上記分散媒体への溶解性にも注意が必要である。例えば、前記結着樹脂溶解液中の結着樹脂やワックスは、温度条件や圧力条件によっては、上記分散媒体に溶解することがある。通常、低温、低圧になるほど上記成分の分散媒体への溶解性は抑制されるが、形成した油滴が凝集・合一を起こし易くなり、造粒性は低下する。一方、高温、高圧になるほど造粒性は向上するものの、上記成分が上記分散媒体に溶解し易くなる傾向を示す。したがって、本発明のトナー粒子の製造において、上記分散媒体の温度は10℃以上、40℃以下であることが好ましい。
また、上記分散媒体を形成する容器内の圧力は、1.0MPa以上、20.0MPa以下であることが好ましく、2.0MPa以上、15.0MPa以下であることがより好ましい。尚、本発明における圧力とは、分散媒体中に二酸化炭素以外の成分が含まれる場合には、その全圧を示す。
こうして造粒が完了した後、油滴中に残留している有機溶媒を、高圧状態の二酸化炭素を介して除去することができる。具体的には、油滴が分散された上記分散媒体にさらに高圧状態の二酸化炭素を混合して、残留する有機溶媒を二酸化炭素の相に抽出し、この有機溶媒を含む二酸化炭素を、新しい高圧状態の二酸化炭素で置換することによって行う。
上記分散媒体と上記高圧状態の二酸化炭素の混合は、上記分散媒体に、この分散媒体よりも高圧の二酸化炭素を加えてもよく、また、上記分散媒体を、これよりも低圧の二酸化炭素中に加えてもよい。
そして、有機溶媒を含む二酸化炭素をさらに高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体で置換する方法としては、容器内の圧力を一定に保ちつつ、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を流通させる方法が挙げられる。このとき、形成されるトナー粒子は、フィルターで補足しながら行う。
上記高圧状態の二酸化炭素による置換が十分でなく、分散媒体中に有機溶媒が残留した状態であると、得られたトナー粒子を回収するために容器を減圧する際、上記分散媒体中に溶解した有機溶媒が凝縮してトナー粒子が再溶解したり、トナー粒子同士が合一したりするといった不具合が生じる場合がある。したがって、上記高圧状態の二酸化炭素による置換は、有機溶媒が完全に除去されるまで行う必要がある。流通させる高圧状態の二酸化炭素の量は、上記分散媒体の質量に対して1倍以上、100倍以下が好ましく、より好ましくは1倍以上、50倍以下、更に好ましくは1倍以上、30倍以下である。
容器を減圧し、トナー粒子が分散した高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体を含む分散体からトナー粒子を取り出す際は、一気に常温、常圧まで減圧してもよいが、独立に圧力制御された容器を多段に設けることによって段階的に減圧してもよい。減圧速度は、トナー粒子中に残存した二酸化炭素が発泡しない範囲で設定することが好ましい。尚、本発明において使用する有機溶媒や、高圧状態の二酸化炭素を含有する分散媒体は、リサイクルすることが可能である。
本発明のトナーおよびトナー材料の各種物性の測定方法について以下に説明する。
<定荷重押し出し方式細管式レオメータによるT(5)、t(1)、t(5)の測定方法>
トナーの溶融速度の測定は、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なう。本装置では、シリンダに充填した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、シリンダ内部を加熱して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、この際の時間とピストン降下量(変位)との関係を示す流動曲線を得ることができる。
測定試料は、0.20×ρ g(ρ(g/cm)はトナーの真密度)のトナーを、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12MPaで、60秒間圧縮成型し、底面積1.0cm(直径11.3mm)、厚さ2.2mmの円柱状としたものを用いる。
測定条件は、以下の通りである。
試験モード:定温法
測定温度:50℃乃至120℃(5℃刻みで測定する。)
ピストン底面積(測定加圧面の面積):1.0cm
試験荷重(ピストン荷重):1.0MPaまたは、5.0MPa
予熱時間:0秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
測定の開始:シリンダに前記測定試料を投入し、ピストンをセットしてから15秒後に測定(加圧)を開始する。
T(5)の値を求めるときには、まず、試験荷重(圧力)を5.0MPaとし、温度50℃で、加圧開始から変位が2.0mmに到達するまでの時間を測定する。温度を50℃〜120℃までの5℃刻みで区切った各温度に変更して行う以外は同様の操作を新しい測定試料に対して行い、各温度における加圧開始から変位が2.0mmに到達するまでの時間を測定する。得られた測定結果について、横軸に温度、縦軸に変位が2.0mmに到達するまでの時間をプロットして、温度−時間曲線を作成する。得られた温度−時間曲線から、加圧開始から変位が2.0mmに到達するまでの時間が10秒になるときの温度を読み取り、この温度をT(5)[℃]とする。
また、測定温度を70℃、試験荷重(圧力)を1.0MPaとして測定を行い、得られた流動曲線から、加圧開始から変位が2.0mmに到達するまでの時間を読み取り、これをt(1)[秒]とする。
同様に、測定温度を70℃、試験荷重(圧力)を5.0MPaとして測定を行い、得られた流動曲線から、加圧開始から変位が2.0mmに到達するまでの時間を読み取り、これをt(5)[秒]とする。
<最大吸熱ピークのピーク温度の測定方法>
本発明における最大吸熱ピークのピーク温度は、DSC Q1000(TA Instruments社製)を使用して以下の条件にて測定を行う。
昇温速度:10℃/min
測定開始温度:20℃
測定終了温度:180℃
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、サンプル(トナー又は樹脂)5mgを精秤し、銀製のパンの中に入れ、1回測定を行う。この測定によって得られた吸熱曲線から最大吸熱ピークのピーク温度を求める。リファレンスとしては銀製の空パンを用いる。なお、本発明では、トナーの1回目の昇温における最大吸熱ピークのピーク温度をTp(℃)とする。
なお、本発明における結晶性を有する物質(例えば、結晶性ポリエステル)の「融点」は、上記方法において結晶性を有する物質の1回目の昇温における最大吸熱ピークのピーク温度である。
<ガラス転移温度の測定>
非晶性樹脂のガラス転移温度は、前記DSC測定によって得られた昇温時のリバーシングヒートフロー曲線から、吸熱を示す曲線と前後のベースラインとの接線を描き、それぞれの接線の交点を結ぶ直線の中点を求めて、その点の温度をガラス転移温度とする。
<重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
前記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約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平底ビーカーに前記電解水溶液約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)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約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約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を約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記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、ビーカー内で、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、トナー約10mgを少量ずつ前記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。尚、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を分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約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前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、前記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」が重量平均粒径(D4)であり、前記専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
<数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwの測定方法>
樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)による数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwは、樹脂のテトラヒドロフラン(THF)可溶分を、THFを溶媒としたGPCにより測定した。測定条件は以下の通りである。
(1)測定試料の作製
トナー(試料)とTHFとを5mg/mLの濃度で混合し、室温にて6時間放置した後、充分に振とうし、THFと試料を試料の合一体がなくなるまで良く混ぜた。更に、室温にて3時間静置した。この時、試料とTHFの混合開始時点から、静置終了の時点までの時間が12時間以上となる様にした。
その後、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.5μm、マイショリディスクH−25−2[東ソー社製])を通過させたものをGPCの試料とした。
(2)試料の測定
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度に於けるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度を5mg/mLに調整した樹脂のTHF試料溶液を100μl注入して測定した。
試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical Co.製或いは東洋ソーダ工業社製の、分子量が6×10、2.1×10、4×10、1.75×10、5.1×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2×10、4.48×10のものを用いた。又、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
尚、カラムとしては、1×10乃至2×10の分子量領域を適確に測定する為に、市販のポリスチレンゲルカラムを下記のように複数組合せて用いた。本発明における、GPCの測定条件は以下の通りである。
[GPC測定条件]
装置:LC−GPC 150C(ウォーターズ社製)
カラム:KF801、802、803、804、805、806、807(ショウデックス製)の7連続接続カラム
カラム温度:40℃
移動相:THF(テトラヒドロフラン)
<着色剤粒子、ワックス粒子、シェル用樹脂微粒子の粒子径の測定方法>
上記各微粒子の粒子径は、マイクロトラック粒度分布測定装置HRA(X−100)(日機装社製)を用い、0.001μm乃至10μmのレンジ設定で測定を行い、体積平均粒子径(μm又はnm)として測定する。なお、希釈溶媒としては水を選択した。
<結晶構造をとりうる部位の割合(質量%)の算出方法>
結着樹脂における結晶構造をとりうる部位の割合(質量%)の測定は、H−NMRにより以下の条件にて行う。
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
測定温度 :30℃
試料 :樹脂50mgを内径5mmのサンプルチューブに入れ、溶媒として重クロロホルム(CDCl)を添加し、これを40℃の恒温槽内で溶解させて調製したもの。
上記の測定条件によって測定されたH−NMRチャートより、結晶構造をとりうる部位の構成要素に帰属されるピークの中から、他の構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値Sを算出する。同様に、非晶性部位の構成要素に帰属されるピークの中から、他の構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択しこのピークの積分値Sを算出する。結晶構造をとりうる部位の割合は、上記積分値Sおよび積分値Sを用いて、以下のようにして求める。尚、n、nは着眼したピークが帰属される構成要素における水素の数である。
結晶構造をとりうる部位の割合(モル%)=
{(S/n)/((S/n)+(S/n))}×100
こうして得られた結晶構造をとりうる部位の割合(モル%)は、各成分の分子量により質量%に換算する。
<トナーの真密度の測定>
トナーの真密度は、SMセル(10ml)にトナー2.0gを入れて、乾式自動密度計オートピクノメーター(ユアサアイオニクス社製)により測定した。
この測定装置は、気相置換法に基づいて、固体・液体の真密度を測定するものである。液相置換法と同様、アルキメデスの原理に基づいているが、置換媒体としてガス(アルゴンガス)を用いるため、精度が高い。
以下、実施例を持って本発明を更に詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例の部数及び%は特に断りが無い場合、すべて質量基準である。
<結晶性ポリエステル1の合成例>
・セバシン酸 124.0質量部
・1,6−ヘキサンジオール 76.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。減圧操作により系内を窒素置換した後、250℃にて1時間攪拌を行った。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、結晶性ポリエステル1を合成した。結晶性ポリエステル1の物性を表1に示す。
<結晶性ポリエステル2乃至5の合成例>
結晶性ポリエステル1の合成例のうち酸成分、アルコール成分の投入量を表1のように変更する以外は、同様にして結晶性ポリエステル2乃至5の合成をそれぞれ行った。結晶性ポリエステル2乃至5の物性を表1に示す。
<結晶性ポリエステル6の合成例>
・セバシン酸 134.0質量部
・1,4−ブタンジオール 66.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。減圧操作により系内を窒素置換した後、180℃にて6時間攪拌を行った。その後、攪拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に2時間保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、結晶性ポリエステル6を合成した。結晶性ポリエステル6の物性を表1に示す。
<結晶性ポリエステル7及び8の合成例>
結晶性ポリエステル6の合成例のうち酸成分、アルコール成分の投入量を表1のように変更する以外は、同様にして結晶性ポリエステル7及び8の合成をそれぞれ行った。結晶性ポリエステル7の物性を表1に示す。
<非晶性ポリウレタン1の合成例>
・キシリレンジイソシアネート(XDI) 48.0質量部
・シクロヘキサンジメタノール(CHDM) 27.0質量部
・テトラヒドロフラン(THF) 80.0質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。50℃まで加熱し、10時間かけてウレタン化反応を施した。冷却後、エバポレーターで溶媒を留去し、非晶性ポリウレタン1を得た。非晶性ポリウレタン1の数平均分子量Mnが3,500、重量平均分子量Mwが6,500、Mw/Mnが1.9、ガラス転移温度Tgは140.0℃であった。
<非晶性ポリエステル1の合成例>
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物
30.0質量部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物
33.0質量部
・テレフタル酸
21.0質量部
・無水トリメリット酸
1.0質量部
・フマル酸
3.0質量部
・ドデセニルコハク酸
12.0質量部
・酸化ジブチルスズ
0.1質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。215℃にて5時間撹拌を行った。その後、撹拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に2時間保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、非晶性ポリエステル1を得た。非晶性ポリエステル1の数平均分子量Mnが7,200、重量平均分子量Mwが43,000、Mw/Mnが、6.0、ガラス転移温度Tgは63.0℃であった。
<非晶性ポリエステル2の合成例>
・テレフタル酸 83.0質量部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物
187.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。215℃にて5時間撹拌を行った。その後、撹拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に2時間保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、非晶性ポリエステル2を得た。非晶性ポリエステル2の数平均分子量Mnが12,000、重量平均分子量Mwが44,000、Mw/Mnが、3.7、ガラス転移温度Tgは70.0℃であった。
<ブロックポリマー1の合成例>
・キシリレンジイソシアネート(XDI) 48.0質量部
・シクロヘキサンジメタノール(CHD 27.0質量部
・テトラヒドロフラン(THF) 80.0質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。50℃まで加熱し、10時間かけてウレタン化反応を施した。その後、結晶性ポリエステル1、225.0質量部をTHF220.0質量部に溶解させた溶液を徐々に添加し、更に50℃にて5時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却し、溶媒であるTHFを留去することで、ブロックポリマー1を合成した。ブロックポリマー1の物性を表2に示す。
<ブロックポリマー2乃至12の合成例>
ブロックポリマー1の合成例において、表2に示すように結晶性ポリエステルの種類及び結晶性ポリエステル、CHDM、XDIの添加量をそれぞれ変更することによりブロックポリマー2乃至12を得た。ブロックポリマー2乃至12の物性を表2に示す。
<2−メチル−2−[N−(tert−ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)−アミノキシ]−プロピオン酸(MBPAP)の合成例>
・トルエン 500.0質量部
・CuBr 36.0質量部
・銅粉末 16.0質量部
・N,N,N’,N’,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン
87.0質量部
上記の材料を攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら投入して室温で5分間撹拌した。次に、
・トルエン 580.0質量部
・2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸 42.0質量部
N−tert−ブチル−N−(1−ジエチルホスホノ−2,2−ジメチルプロピル)ニトロキシド
79.0質量部
をさらに投入し90分間室温にて撹拌した。
その後、溶媒をろ過し、さらにろ過物をNH4Cl飽和水溶液で2回洗浄した。得られた固体をペンタンで洗浄し、真空乾燥を行い2−メチル−2−[N−(tert−ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)−アミノキシ]−プロピオン酸(MBPAP)を得た。
<ブロックポリマー13の合成例>
・スチレンモノマー 40.0質量部
・MBPAP 3.0質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。窒素気流下80℃にてよく混合し、温度を110℃に昇温させてスチレンを重合した。
その後、ベヘニルアクリレートを40.0質量部添加して、130℃にて重合を継続し、ベヘニルアクリレートでの鎖延長を行った。 重合物をTHF100.0質量部に溶解して取り出し、メタノールに滴下して前記化合物を再沈殿させた後、沈殿物をろ過し、さらにメタノールで洗浄を繰り返した後、40℃にて真空乾燥を行いスチレンとベヘニルアクリレートとのブロックポリマー13を得た。
ブロックポリマー13の数平均分子量Mnは、25,000、重量平均分子量Mwが50,000、Mw/Mnは2.0、融点は65.0℃、結晶構造をとり得る部位の割合は50.0質量%であった。
<ブロックポリマー14の合成例>
・結晶性ポリエステル1 40.0質量部
・非晶性ポリエステル2 40.0質量部
・テトラヒドロフラン(THF) 80.0質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。150℃にてよく混合した後、ドデシルベンゼンスルホン酸0.5質量部を添加し、0.5kPaの減圧下で、同温度で反応を5時間継続した。その後、室温まで冷却し、溶媒であるTHFを留去することで、ブロックポリマー14を合成した。ブロックポリマー14の数平均分子量Mnは20,200、重量平均分子量Mwは45,000、Mw/Mnは2.2、融点は65.0℃、結晶構造をとり得る部位の割合は50.0質量%であった。
<ポリベヘニルアクリレートの合成例>
加熱乾燥した二口フラスコに、窒素を導入しながらトルエン300.0質量部を仕込んだ。次に以下の混合溶液を徐々に添加し、更に80℃にて5時間攪拌を行った。
・ベヘニルアクリレート 100.0質量部
・トルエン 150.0質量部
・アゾビスイソブチルニトリル 10.0質量部
その後、130℃で3時間減圧して、溶媒であるトルエンを留去することで、ポリべへニルアクリレートを合成した。ポリべへニルアクリレートの数平均分子量Mnは20,200、重量平均分子量Mwは45,000、Mw/Mnは2.2、融点は65.0℃であった。
<ビニル系モノマーb1−1の合成例>
・結晶性ポリエステル6 100.0質量部
・テトラヒドロフラン 100.0質量部
上記の材料を攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら投入し、40℃で溶解させた。
2−イソシアナトエチルメタクリレート(昭和電工社製 カレンズMOI)を6.2質量部滴下し、40℃で2時間反応させ、ビニル系モノマーb1−1溶液を得た。続いて、ロータリーエバポレーターによりテトラヒドロフランを40℃で5時間減圧除去を行い、ビニル系モノマーb1−1を得た。
<ビニル系モノマーb1−2の合成例>
ビニル系モノマーb1−1の合成例において、結晶性ポリエステル6の代わりに結晶性ポリエステル7を用いることによりビニル系モノマーb1−2を得た。
<ビニル系モノマーb1−3の合成例>
ビニル系モノマーb1−1の合成例において、結晶性ポリエステル6の代わりに結晶性ポリエステル8を用いることによりビニル系モノマーb1−3を得た。
<シェル用樹脂分散液1の合成例>
・ビニル系モノマーb1−1 40.0質量部
・有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマー
15.0質量部
(X−22−2475:信越化学工業社製)
・スチレン(St) 37.5質量部
・メタクリル酸(MAA) 7.5質量部
・アゾビスメトキシジメチルバレロニトリル 0.3質量部
・ノルマルヘキサン 80.0質量部
上記の材料を攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら投入した。20℃にて攪拌、混合してモノマー溶液を調製し、あらかじめ加熱乾燥しておいた滴下漏斗に導入した。これとは別に、加熱乾燥した二口フラスコに、ノルマルヘキサン300.0質量部を仕込んだ。窒素置換した後、滴下漏斗を取り付け、密閉下、反応温度40℃にて1時間かけてモノマー溶液を滴下した。滴下終了から3時間攪拌を続け、アゾビスメトキシジメチルバレロニトリル0.3質量部およびノルマルヘキサン20.0質量部の混合物を再度滴下し、反応温度を40℃にて3時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却することで固形分量20.0質量%のシェル用樹脂分散液1を得た。シェル用樹脂分散液1中の樹脂微粒子の体積平均粒径を表4に示す。なお、有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーであるX−22−2475は、上記化学式(1)においてRがメチル基、Rがメチル基、Rがプロピレン基、Rがメチル基、nが3である構造を有するビニル系モノマーである。
続いて、シェル用樹脂分散液1の一部をロータリーエバポレーターにより40℃で5時間減圧除去を行い、シェル用樹脂1を得た。シェル用樹脂1についてDSC測定を行い、最大吸熱ピークのピーク温度TpBおよび数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwの測定を実施した。その結果を表4に示す。
<シェル用樹脂分散液2乃至29の合成例>
シェル用樹脂分散液1の合成例において、ビニル系モノマーb1、ビニル系モノマーb2の種類、添加量、反応温度を表3に示すものにそれぞれ変更し、シェル用樹脂分散液2乃至29を得た。シェル用樹脂分散液2乃至29中の樹脂微粒子の体積平均粒径を表4に示す。
また、シェル用樹脂分散液2乃至29から、同様にしてシェル用樹脂2乃至25を取り出して、DSCにおける最大ピーク温度TpB、および数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwの測定を実施した。その結果を表4に示す。
<シェル用樹脂分散液30の調製例>
・非晶性ポリエステル1 100.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5.0質量部
・イオン交換水 395.0質量部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行った。体積平均粒径が180nm、固形分量が20.0質量%のシェル用樹脂分散液30を得た。
続いて、シェル用樹脂分散液30の一部を濾過して、5時間減圧乾燥を行って、シェル用樹脂30を得た。
<コア用樹脂溶液1の調製例>
・ブロックポリマー1 100.0質量部
・アセトン 100.0質量部
上記材料をビーカーに入れ、ディスパー(特殊機化社製)を用い回転速度3000rpmで1分間攪拌してコア用樹脂溶液1を得た。
<コア用樹脂溶液2乃至19の調製例>
コア用樹脂溶液1の調製例において、ブロックポリマー1の代わりに表5に示す材料、添加量、溶媒をそれぞれ変更する以外は同様の方法で、コア用樹脂溶液2乃至19を得た。なお、樹脂及び溶媒を2種類以上用いる場合は同時にビーカーに入れ、撹拌することでコア用樹脂溶液を作製する。
<ワックス分散液1の調製例>
・ジペンタエリスリトールパルチミン酸エステルワックス
20.0質量部
・ワックス分散剤
(ポリエチレン15.0質量部の存在下で、スチレン50.0質量部、n−ブチルアクリレート25.0質量部、アクリロニトリル10.0質量部を共重合させた、ピーク分子量8,500の共重合体)
10.0質量部
・アセトン 70.0質量部
上記を撹拌羽根突きのガラスビーカー(IWAKIガラス製)に投入し、系内を50℃に加熱することでワックスをアセトンに溶解させた。ついで、系内を回転速度50rpmで緩やかに撹拌しながら徐々に冷却し、3時間かけて25℃にまで冷却させ乳白色の液体を得た。
この溶液を平均粒径1mmのガラスビーズ20質量部とともに耐熱性の容器に投入し、ペイントシェーカー(東洋精機製)にて3時間の分散を行い、ナイロンメッシュでガラスビーズを除去して、ワックス含有量が20.0質量%のワックス分散液1を得た。
上記ワックス分散液1中のワックス粒子径は体積平均粒径で0.20μmであった。
<ワックス分散液2の調製例>
ワックス分散液1の調製例のうち、アセトンを酢酸エチルに変更する以外は同様にしてワックス含有量が20.0質量%のワックス分散液2を得た。
上記ワックス分散液2中のワックス粒子径は体積平均粒径で0.20μmであった。
<ワックス分散液3の調製>
・ジペンタエリスリトールパルチミン酸エステルワックス
20.0質量部
・カチオン性界面活性剤 ネオゲンRK(第一工業製薬)
10.0質量部
・イオン交換水 70.0質量部
以上を混合して95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理して、ワックス含有量が20.0質量%のワックス分散液3を得た。
上記ワックス分散液3中のワックス粒子径は体積平均粒径で0.20μmであった。
<着色剤分散液1の調製例>
・C.I.ピグメントブルー15:3 100.0質量部
・アセトン 150.0質量部
・ガラスビーズ(平均粒径1mm) 200.0質量部
上記材料を耐熱性のガラス容器に投入し、ペイントシェーカーにて5時間分散を行い、ナイロンメッシュでガラスビーズを取り除き、固形分量が40.0質量%の着色剤分散液1を得た。着色剤分散液1中の着色剤粒子の体積平均粒径が100nmであった。
<着色剤分散液2の調製例>
着色剤分散液1の調製例のうち、アセトンを酢酸エチルに変更する以外は同様にして固形分量が40.0質量%の着色剤分散液2を得た。着色剤分散液2中の着色剤粒子の体積平均粒径が100nmであった。
<着色剤分散液3の調製例>
・C.I.ピグメントブルー15:3 100.0質量部
・カチオン性界面活性剤 ネオゲンRK(第一工業製薬)
5.0質量部
・イオン交換水 145.0質量部
・ガラスビーズ(平均粒径1mm) 200.0質量部
上記材料を耐熱性のガラス容器に投入し、ペイントシェーカーにて5時間分散を行い、ナイロンメッシュでガラスビーズを取り除き、固形分量が40.0質量%の着色剤分散液3を得た。着色剤分散液3中の着色剤粒子の体積平均粒径が100nmであった。
<トナー粒子1の製造例>
図1に示す装置において、まず、バルブV1、V2、および圧力調整バルブV3を閉じ、トナー粒子を捕捉するためのフィルターと撹拌機構とを備えた耐圧の造粒タンクT1にシェル用樹脂分散液1を35.0質量部仕込み、内部温度を25℃に調整した。次に、バルブV1を開き、ボンベB1からポンプP1を用いて二酸化炭素(純度99.99%)を耐圧容器T1に導入し、内部圧力が3.0MPaに到達したところでバルブV1を閉じた。
一方、樹脂溶解液タンクT2に
・コア用樹脂溶液1 180.0質量部
・ワックス分散液1 25.0質量部
・着色剤分散液1 12.5質量部
・アセトン 15.0質量部
・二酸化炭素 240.0質量部
を仕込み、内部温度を25℃に調整した。
次に、バルブV2を開き、造粒タンクT1の内部を回転速度1000rpmで撹拌しながら、ポンプP2を用いて樹脂溶解液タンクT2の内容物を造粒タンクT1内に導入し、すべて導入を終えたところでバルブV2を閉じた。導入後の、造粒タンクT1の内部圧力は5.0MPaとなった。導入した二酸化炭素の質量は、質量流量計を用いて測定した。
樹脂溶解液タンクT2の内容物の造粒タンクT1への導入を終えた後、さらに、回転速度2000rpmで10分間撹拌して造粒を行った。
次に、バルブV1を開き、ボンベB1からポンプP1を用いて二酸化炭素を造粒タンクT1内に導入した。この際、圧力調整バルブV3を10.0MPaに設定し、造粒タンクT1の内部圧力を10.0MPaに保持しながら、さらに二酸化炭素を流通させた。この操作により、造粒後の液滴中から抽出された有機溶媒(主にアセトン)を含む二酸化炭素を、溶剤回収タンクT3に排出し、有機溶媒と二酸化炭素を分離した。
造粒タンクT1内への二酸化炭素の導入は、最初に造粒タンクT1に導入した二酸化炭素質量の15倍量に到達した時点で停止した。この時点で、有機溶媒を含む二酸化炭素を、有機溶媒を含まない二酸化炭素で置換する操作は完了した。
さらに、圧力調整バルブV3を少しずつ開き、造粒タンクT1の内部圧力を大気圧まで減圧することで、フィルターに捕捉されているトナー粒子1を回収した。トナー粒子1はコアシェル構造を有していた。
<トナー粒子2乃至40、43乃至48の製造例>
トナー粒子1の製造例において、表6に示すように使用するシェル用樹脂溶液の種類、及び、材料の添加量をそれぞれ変更する以外は、同様にしてトナー粒子2乃至40、43乃至48を得た。なお、トナー粒子2乃至40、43乃至48はいずれもコアシェル構造を有していた。
<トナー粒子41の製造例>
・コア用樹脂溶液19 180.0質量部
・ワックス分散液2 25.0質量部
・着色剤分散液2 12.5質量部
・酢酸エチル 15.0質量部
上記材料をビーカーに入れ、30℃に保ってディスパー(特殊機化社製)を用いて回転速度6000rpm、3分間で攪拌して油相1を調製した。
・シェル用樹脂分散液30 35.0質量部
・ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液
(エレミノールMON−7、三洋化成工業製) 30.0質量部
・カルボキシメチルセルロース1質量%水溶液 100.0質量部
・プロピルアミン(関東化学製) 5.0質量部
・イオン交換水 400.0質量部
・酢酸エチル 50.0質量部
上記材料を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化社製)にて回転速度5000rpmで1分攪拌し、水相1を調製した。
前記水相1に前記油相1を投入し、TKホモミキサーの回転速度を10000rpmまで上げて1分間攪拌を続け、前記油相1の懸濁液を調製した。次に攪拌羽を用いて回転速度50rpmで30分間攪拌した後、2Lナスフラスコに移した。25℃の水浴とロータリーエバポレーターを用いて回転速度30rpmで回転させながら、液面に窒素ガスを10L/分の速度で1時間吹きかけることで、トナー粒子分散液41を得た。
得られたトナー粒子分散液41に酸を加え、pHを1.5とした。次いで、イオン交換水で十分に洗浄した後、トナー粒子41のろ過ケーキを得た。上記ろ過ケーキを減圧乾燥機にて常温で3日間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩って、風力分級を実施してトナー粒子41を得た。トナー粒子41はコアシェル構造を有していた。
<トナー粒子42の製造例>
・コア用樹脂溶液14 400.0質量部
・アニオン系界面活性剤 3.0質量部
(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)
・イオン交換水 400.0質量部
上記材料を混合し、40℃に加熱して、乳化機(IKA製、ウルトラタラックス T−50)を用いて回転速度8000rpmにて10分攪拌し、その後、アセトンを留去することでコア用樹脂分散液14を調製した。
・コア用樹脂分散液14 360.0質量部
・着色剤分散液3 12.5質量部
・ワックス分散液3 25.0質量部
・10質量%ポリ塩化アルミニウム水溶液 1.5質量部
以上を丸型ステンレス製フラスコ中に混合し、IKA社製ウルトラタラックスT50にて混合分散した後、攪拌しながら45℃にて60分間保持した。その後、シェル用樹脂分散液30を35.0質量部緩やかに添加した。0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを6にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱して、5時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、トナー粒子42のろ過ケーキを得た。上記ろ過ケーキを減圧乾燥機にて常温で3日間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩って、風力分級を実施してトナー粒子42を得た。トナー粒子42はコアシェル構造を有していた。
<磁性キャリアの製造例>
個数平均粒径0.25μmのマグネタイト粉と、個数平均粒径0.60μmのヘマタイト粉に対して、それぞれ4.0質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内で、100℃以上で高速混合撹拌し、それぞれの微粒子を親油化処理した。
・フェノール 10.0質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド40質量%、メタノール10質量%、水50質量%)
6.0質量部
・親油化処理したマグネタイト 63.0質量部
・親油化処理したヘマタイト 21.0質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水5.0質量部、水10.0質量部をフラスコに入れ、攪拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg)、60℃で乾燥して、磁性体が分散された状態の球状の磁性樹脂粒子を得た。
次に、コート樹脂として、メチルメタクリレートとパーフルオロアルキル基を有するメチルメタクリレートの共重合体(質量基準での共重合比(メチルメタクリレート:パーフルオロアルキル基を有するメチルメタクリレート=8:1)、重量平均分子量Mw45,000)を用いた。前記コート樹脂100.0質量部に、粒径290nmのメラミン粒子を10.0質量部、比抵抗1×10−2Ω・cmで粒径30nmのカーボン粒子を6.0質量部加え、超音波分散機で30分間分散させた。更に、コート樹脂分が上記磁性樹脂粒子に対し、2.5質量部となるようにメチルエチルケトン及びトルエンの混合溶媒コート溶液を作製した(溶液濃度10.0質量%)。
このコート溶液を、剪断応力を連続して加えながら溶媒を70℃で揮発させて、磁性樹脂粒子表面への樹脂コートを行った。この樹脂コートされた磁性キャリア粒子を100℃で2時間撹拌しながら熱処理し、冷却、解砕した後、200メッシュの篩で分級して個数平均粒子径33μm、真比重3.53g/cm、見かけ比重 1.84g/cm、磁化の強さ42Am/kgの磁性キャリアを得た。
<実施例1>
(トナー1及び二成分現像剤1の調製)
次に、前記トナー粒子1 100質量部に対し、アナターゼ型酸化チタン微粉末(BET比表面積80m/g、個数平均粒径(D1):15nm、イソブチルトリメトキシシラン12質量%処理)0.9質量部をまずヘンシェルミキサーにより外添し、さらにシリコーンオイル処理シリカ微粒子(BET比表面積95m/g、シリコーンオイル15質量%処理)1.2質量部、ゾルゲルシリカ微粒子(BET比表面積24m/g、個数平均粒径(D1):110nm)1.5質量部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)製)FM−10Bにて混合し、トナー1を得た。トナー1の物性を表7に示す。
本発明においては、前記トナー1を8.0質量部と前記磁性キャリア92.0質量部を混合してなる二成分現像剤1を調製した。得られたトナー1又は二成分現像剤1を用いて後述する各種評価を実施した。結果を表8に示す。
<実施例2乃至34>
実施例1と同様の方法でトナー粒子2乃至34に対して外添処理を行ってトナー2乃至34を得た。トナー2乃至34の物性を表7に示す。前記トナー2乃至34を8.0質量部と前記磁性キャリア92.0質量部を混合してなる二成分現像剤2乃至34を調製した。得られたトナー2乃至34、及び、二成分現像剤2乃至34を用いて各種評価を実施した。結果を表8に示す。
<比較例1乃至11>
実施例1と同様の方法でトナー粒子35乃至45に対して外添処理を行ってトナー35乃至45を得た。トナー35乃至45の物性を表7に示す。前記トナー35乃至45を8.0質量部と前記磁性キャリア92.0質量部を混合してなる二成分現像剤35乃至45を調製した。得られたトナー35乃至45、及び、二成分現像剤35乃至45を用いて各種評価を実施した。結果を表8に示す。
<参考例1乃至3>
実施例1と同様の方法でトナー粒子46乃至48に対して外添処理を行ってトナー46乃至48を得た。トナー46乃至48の物性を表7に示す。前記トナー46乃至48を8.0質量部と前記磁性キャリア92.0質量部を混合してなる二成分現像剤46乃至48を調製した。得られたトナー46乃至48、及び、二成分現像剤46乃至48を用いて各種評価を実施した。結果を表8に示す。
得られたトナー又は二成分現像剤の評価方法について以下に説明する。
<低温定着性の評価>
上記二成分現像剤1乃至48において、カラーレーザー複写機CLC5000(キヤノン社製)を用いて、以下の要領で評価を行った。紙上のトナー載り量を0.6/cmになるように上記複写機の現像コントラストを調整し、常温常湿度環境下(温度23.0℃/相対湿度50%)で、単色モードで、先端余白5mm、幅100mm、長さ280mmの、「べた」の未定着画像を作成した。評価紙は、A4用紙(「プローバーボンド紙」:105g/m、フォックスリバー社製)を用いた。
次に、LBP5900(キヤノン社製)の定着器を手動で定着温度設定が可能となるように改造し、定着器のプロセススピードを300mm/sに変更した。また、定着時の圧力を1.00kgf/cmと設定した。前記改造定着器を用い、常温常湿度環境下(温度23℃/相対湿度50%)で、80℃から130℃の範囲で5℃ずつ定着温度を上昇させながら、上記「ベタ」の未定着画像の各温度における定着画像を得た。
得られた定着画像の画像領域に、柔和な薄紙(例えば、商品名「ダスパー」、小津産業社製)を被せ、該薄紙の上から1.0KPaの荷重をかけつつ3往復、該画像領域を摺擦した。摺擦前と摺擦後の画像濃度をそれぞれ測定して、下記式により画像濃度の低下率ΔD(%)を算出した。このΔD(%)が10%未満のときの温度を定着開始温度とし、以下のような評価基準で低温定着性を評価した。
尚、画像濃度はカラー反射濃度計(Color reflection densitometer X−Rite 404A:製造元 X−Rite社製)で測定した。
(式):ΔD(%)={(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
なお、本発明においてはAランクからCランクまでを良好な低温定着性と判断した。
(評価基準)
A:定着開始温度が100℃未満
B:定着開始温度が100℃以上110℃未満
C:定着開始温度が110℃以上120℃未満
D:定着開始温度が120℃以上
<耐ストレス性の評価>
上記トナー1乃至42について、市販のCP4525dn(ヒューレットパッカード社製)を用いて、耐久性の評価を行った。CP4525dn(ヒューレットパッカード社製)は、一成分接触現像を採用しており、トナー規制部材によって現像担持体上のトナー量を規制している。評価用カートリッジは、市販のカートリッジ中に入っているトナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、上記トナーを160g充填したものを使用した。上記カートリッジを、シアンステーションに装着し、その他にはダミーカートリッジを装着することで評価を実施した。
温度30.0℃/相対湿度50%および温度32.5℃/相対湿度50%の環境下にて、印字率が1%の画像を連続して出力した。8000枚の連続耐久試験をそれぞれ行った。耐久試験終了後、ハーフトーン画像を出力し、規制部材へのトナー融着に起因する縦スジ、いわゆる現像スジ発生の有無を目視で確認した。評価紙は、A4用紙(「GF−C」:81g/m、キヤノン社製)を用いた。
なお、本発明においてはAランクからCランクまでを良好な耐ストレス性を保持していると判断した。
(評価基準)
A:画像上にスジがない。
B:現像スジが1本以上2本以下見られる。
C:現像スジが3本以上6本以下見られる。
D:現像スジが7本以上見られる。
<連続振とうによるトナーの摩擦帯電量の低下率の評価>
上記トナー1乃至48について以下の要領で評価を行った。
まず、トナーおよび磁性キャリア(日本画像学会標準キャリア、フェライトコアを表面処理した球形キャリア(N−01))を、プラスチックボトルにそれぞれ1.0g、19.0g入れる。常温常湿度環境下(温度23℃、相対湿度50%)環境下に24時間放置する。上記磁性キャリアとトナーを、蓋付きのプラスチックボトルに入れ、振とう器(YS−LD、(株)ヤヨイ製)を用いて1秒間に4往復のスピードで1分間振盪し、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を調製するとともに、前記トナーを帯電させる。
次に、図2に示す測定装置を用いて摩擦帯電量を測定する。図2において、底に500メッシュのスクリーン3のある金属製の測定容器2に、前述した二成分現像剤約0.5gを入れ、金属製のフタ4をする。この時の測定容器全体の質量を秤量し、W1(kg)とする。次に、吸引機1(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7から吸引し、風量調節弁6を調整して真空計5の圧力を2.5kPaとする。この状態で2分間吸引を行い、現像剤中のトナーを吸引除去する。この時の電位計9の電位をV(ボルト)とする。ここで、8はコンデンサーであり、容量をC(mF)とする。吸引後の測定容器全体の質量を秤量し、W2(g)とする。
この試料の1分間振盪時の摩擦帯電量Q(1)[mC/kg]は、下記式(5)によって算出される。
Q(1)[mC/kg]=(C×V)/(W1−W2) (5)
同様に1秒間に4往復のスピードで30分間の振盪した時の摩擦帯電量Q(30)も測定する。本発明における摩擦帯電量低下率は、下記式によって算出される。
(摩擦帯電量低下率)(%)={(Q(1)−Q(30))/Q(1)}×100
(6)
本評価において、摩擦帯電量の低下率は磁性キャリアとの摺擦によるトナーが劣化する度合いをみている。低下率が低いほど耐ストレス性が高いと考えられる。すなわち、本発明においてはAランクからCランクまでを良好な帯電性を持つと判断した。
(摩擦帯電量の低下率に関する評価基準)
A:摩擦帯電量の低下率が10%未満
B:摩擦帯電量の低下率が10%以上15%未満
C:摩擦帯電量の低下率が15%以上20%未満
D:摩擦帯電量の低下率が20%以上
Figure 2013179490
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Figure 2013179490
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Figure 2013179490
なお、トナー42のガラス転移温度は63.0℃であった。
Figure 2013179490
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
T1 造粒タンク
T2 樹脂溶解液タンク
T3 溶剤回収タンク
B1 二酸化炭素ボンベ
P1、P2 ポンプ
V1、V2 バルブ
V3 圧力調整バルブ
1 吸引機(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)
2 金属製の測定容器
3 500メッシュのスクリーン
4 金属製のフタ
5 真空計
6 風量調節弁
7 吸引口
8 コンデンサー
9 電位計

Claims (15)

  1. 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
    試料を加圧するピストンの試料に対する加圧面の面積が1.0cm、試料が押し出されるダイ穴の直径が1.0mmの定荷重押し出し方式の細管式レオメータによる、前記トナーの流動特性測定において、
    ピストンによって圧力5.0MPaで試料に対して加圧した際、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後となる時の温度をT(5)[℃];ピストンによって圧力1.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmになるまでの加圧開始からの時間をt(1)[秒];ピストンによって圧力5.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmに到達するまでの加圧開始からの時間をt(5)[秒]、としたとき、
    T(5)が65.0℃以上、90.0℃以下、
    t(1)が60.0秒以上、
    t(5)が30.0秒以下、
    t(1)/t(5)が4.5以上、10.0以下、
    であることを特徴とするトナー。
  2. 前記トナーの示差走査熱量計(DSC)による測定において、最大吸熱ピークのピーク温度Tp(℃)が55.0℃以上、75.0℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記トナー粒子は、結着樹脂A、着色剤及びワックスを含有するコアの表面に、樹脂Bを含有するシェル相を形成したコアシェル構造のトナー粒子であることを特徴とする請求項1または2に記載のトナー。
  4. 前記結着樹脂Aは、結晶構造をとり得るポリエステル部位を有する樹脂を含有することを特徴とする請求項3に記載のトナー。
  5. 前記結着樹脂Aは、前記結晶構造をとり得るポリエステル部位を、50.0質量%以上、90.0質量%以下含有することを特徴とする請求項4に記載のトナー。
  6. 前記結着樹脂Aが、前記結晶構造をとり得るポリエステル部位と結晶構造をとり得ない部位とが化学的に結合したブロックポリマーを含有することを特徴とする請求項4または5に記載のトナー。
  7. 前記結晶構造をとり得ない部位は、ジオールとジイソシアネートを反応して得られるウレタン樹脂であることを特徴とする請求項6に記載のトナー。
  8. 前記樹脂Bは、結晶構造をとり得るポリエステル部位を有する樹脂を含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナー。
  9. 前記樹脂Bは、結晶構造をとり得るポリエステル部位を分子構造に含むビニル系モノマーb1とその他のビニル系モノマーb2とを共重合することにより得られるビニル系樹脂であることを特徴とする請求項8に記載のトナー。
  10. 前記樹脂Bの共重合に用いる全モノマーの量に対して、前記ビニル系モノマーb1の割合が20.0質量%以上、50.0質量%以下であることを特徴とする請求項9に記載のトナー。
  11. 前記ビニル系モノマーb2は、ビニル系モノマーxを含有しており、
    前記ビニル系モノマーxは、ホモポリマーとしてのガラス転移温度が105℃以上であるビニル系モノマーであって、前記樹脂Bの共重合に用いる全モノマー量に対して、前記ビニル系モノマーxの割合が3.0質量%以上、15.0質量%以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載のトナー。
  12. 前記ビニル系モノマーb2は、ビニル系モノマーyを含有しており、
    前記ビニル系モノマーyは、有機ポリシロキサン構造を有するビニル系モノマーであって、前記樹脂Bの共重合に用いる全モノマー量に対して、前記ビニル系モノマーyの割合が5.0質量%以上、20.0質量%以下であることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一項に記載のトナー。
  13. 前記トナー粒子が、前記コア100質量部に対して、前記樹脂Bを3.0質量部以上、15.0質量部以下含有することを特徴とする請求項3乃至12のいずれか一項に記載のトナー。
  14. 前記トナー粒子は、
    (I)前記結着樹脂及び前記着色剤を、有機溶媒を含有する媒体中に溶解または分散させた樹脂組成物を得る工程、
    (II)前記樹脂組成物を、前記樹脂Bを含有する樹脂微粒子と圧力1.0MPa以上20.0MPa以下、かつ、温度10℃以上40℃以下の二酸化炭素とを有する分散媒体中に分散させ、分散体を得る工程、及び、
    (III)前記分散体から前記有機溶媒を除去する工程
    を経ることによって形成されたものであることを特徴とする請求項3乃至13のいずれか一項に記載のトナー。
  15. (I)結着樹脂及び着色剤を、有機溶媒を含有する媒体中に溶解または分散させた樹脂組成物を得る工程、
    (II)前記樹脂組成物を、シェル相を形成するための樹脂Bを含有する樹脂微粒子と圧力1.0MPa以上20.0MPa以下、かつ、温度10℃以上40℃以下の二酸化炭素とを有する分散媒体中に分散させ、分散体を得る工程、及び、
    (III)前記分散体から前記有機溶媒を除去する工程
    を経ることによってトナー粒子を製造するトナーの製造方法であって、
    得られるトナーは、前記結着樹脂及び前記着色剤を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
    試料を加圧するピストンの試料に対する加圧面の面積が1.0cm、試料が押し出されるダイ穴の直径が1.0mmの定荷重押し出し方式の細管式レオメータによる、前記トナーの流動特性測定において、
    ピストンによって圧力5.0MPaで試料に対して加圧した際、ピストンの変位が2.0mmになるまでの時間が加圧開始から10秒後となる時の温度をT(5)[℃];ピストンによって圧力1.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmになるまでの加圧開始からの時間をt(1)[秒];ピストンによって圧力5.0MPaで、70℃に加熱した試料を加圧した時、ピストンの変位が2.0mmに到達するまでの加圧開始からの時間をt(5)[秒]、としたとき、
    T(5)が65.0℃以上、90.0℃以下、
    t(1)が60.0秒以上、
    t(5)が30.0秒以下、
    t(1)/t(5)が4.5以上、10.0以下、
    であることを特徴とするトナーの製造方法。
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