JPWO2016158288A1 - 負帯電性トナーの製造方法及び負帯電性トナー - Google Patents
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Abstract
Description
また、重合法によって着色樹脂粒子を得る場合には、粒子を形成する段階(重合法では液滴形成及び重合を行う段階、一方、粉砕法では粉砕を行う段階)で、従来の粉砕法に比べ、小粒径で球形の着色樹脂粒子を形成でき、さらに粒径分布をよりシャープにできる大きな利点を有している。
懸濁重合法においては、まず、重合性単量体、着色剤、及び必要に応じてその他の添加物を混合して、重合性単量体組成物とし、それを、分散安定化剤を含有する水系分散媒体中に分散する。次に、重合性単量体組成物が分散した水系分散媒体を、高速攪拌機等を用い、高いシェアをかけることにより、重合性単量体組成物の液滴形成を行う。その後、液滴形成された重合性単量体組成物が分散した水系分散媒体を重合開始剤の存在下において重合し、濾過材による濾過、洗浄、乾燥を経て、着色樹脂粒子を得る。
懸濁重合法では着色剤の分散系が油相であるのに対し、特許文献1に実施例として記載の乳化重合凝集法では水相であるという違いがカーボンブラックの分散性に大きく影響することがこの問題の一因であると考えられる。
また、一般的に着色剤としてカーボンブラックを用いるとトナーの電気抵抗が低下するため、高帯電性の帯電制御剤を用いる必要があるが、高帯電性の帯電制御剤を用いて負帯電性トナーを得る場合にはカーボンブラックが凝集しやすくなってしまうことにも原因があると考えられる。
本発明の負帯電性トナーの製造方法において前記帯電制御剤の重量平均分子量が5,000〜30,000であることが好ましい。
本発明の負帯電性トナーの製造方法において前記重合性単量体組成物は、前記帯電制御剤を重合性単量体100質量部に対して0.1〜8.0質量部含有することが好ましい。
また、本発明によれば、上記本発明の負帯電性トナーの製造方法により得られることを特徴とする負帯電性トナーが提供される。
また、上記の如き本発明の製造方法によって得られる、着色剤としてのカーボンブラックが良好に分散しており、帯電性が高く、転写効率に優れ、白抜けの発生がなく、充分な画像濃度を有する画像が得られる負帯電性トナーが提供される。
本発明のトナーの製造方法は、少なくとも重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、及び帯電制御剤を含有する重合性単量体組成物を、分散安定化剤を含有する水系分散媒体中に懸濁させることにより、重合性単量体組成物の液滴が分散した懸濁液を得る懸濁工程、並びに当該懸濁液を用いて重合開始剤の存在下で懸濁重合を行うことにより着色樹脂粒子を得る工程を含む。
以下、本発明の製造方法に含まれる重合性単量体組成物の液滴が分散した懸濁液を得る懸濁工程、本発明の製造方法に含まれる当該懸濁液を用いて重合開始剤の存在下で懸濁重合を行うことにより着色樹脂粒子を得る工程、当該着色樹脂粒子を用いたトナーの製造工程及び本発明の製造方法により得られるトナーについて、順に説明する。
本発明の製造方法で用いられる懸濁液は、以下に示すプロセスにより製造される。
重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、アルミニウムカップリング剤、及び帯電制御剤さらに必要に応じて添加される分子量調整剤等のその他の添加物を混合し、重合性単量体組成物の調製を行う。重合性単量体組成物を調製する際の混合には、例えば、メディア式分散機を用いて行う。
本発明の製造方法では、架橋性の重合性単量体を、モノビニル単量体100質量部に対して、通常、0.1〜5質量部、好ましくは0.3〜2質量部の割合で用いることが望ましい。
マクロモノマーは、モノビニル単量体100質量部に対して、好ましくは0.03〜5質量部、さらに好ましくは0.05〜1質量部用いる。
上述のように、着色剤としてカーボンブラックを用いるとトナーの電気抵抗が低下することから、印字濃度が低下してしまう。印字濃度を上げるためにカーボンブラックの添加量を増やす対応が考えられるが、添加量を増やすと得られるトナーの帯電量が低下するという問題が生じる。帯電量を上げるために、高帯電性の帯電制御剤を用いる対応が考えられるが、高帯電性の帯電制御剤を用いて負帯電性トナーを得る場合にはカーボンブラックが凝集するという問題が生じる。このような問題があるため、従来技術の製造方法では、多くの要求に対してバランス良く高い水準を満たすトナーを製造することは難しかった。
本発明においては、重合性単量体組成物中のカーボンブラックの含有量は、重合性単量体100質量部に対して1〜10質量部であることが好ましい。カーボンブラックの含有量が、重合性単量体100質量部に対して1質量部未満であると、製造後の黒トナーの印字濃度が低下するおそれがあり、10質量部を超えると、製造後の黒トナーの電気抵抗が低下するおそれがある。
重合性単量体組成物中のカーボンブラックの含有量は、重合性単量体100質量部に対して、4〜9.5質量部であることがより好ましく、6〜9質量部であることがさらに好ましい。
本発明の製造方法で使用するカーボンブラックの個数平均一次粒子径は、15〜90nmであることがより好ましく、20〜70nmであることがさらに好ましい。
カーボンブラックの個数平均一次粒子径は、例えば、粒度分析計(島津製作所製、商品名「SALD」)を用いて測定することができる。
本発明の製造方法で使用するカーボンブラックのDBP吸油量は、20〜90cm3/100gであることがより好ましく、30〜80cm3/100gであることがさらに好ましい。
カーボンブラックのDBP吸油量は、JIS K6221に基づいて測定することができる。
上記個数平均一次粒子径及びDBP吸油量の条件に適合するカーボンブラックとしては、例えば、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、製品名:#25B、個数平均一次粒子径 40nm、DBP吸油量 64cm3/100g)、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、製品名:#44B、個数平均一次粒子径 24nm、DBP吸油量 78cm3/100g)、カーボンブラック(キャボット社製、商品名リーガル99R;pH9、個数平均一次粒子径 38nm、DBP吸油量 65cm3/100g)、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、#45;pH8、個数平均一次粒子径 24nm、DBP吸油量 53cm3/100g)、カーボンブラック(デグサ社製、商品名プリンテックスG;pH9、個数平均一次粒子径 51nm、DBP吸油量 96cm3/100g)、カーボンブラック(キャボット社製、商品名モナーク120;pH8、個数平均一次粒子径 75nm、DBP吸油量 72cm3/100g)、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、商品名#5;pH8、個数平均一次粒子径 85nm、DBP吸油量 71cm3/100g)、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、商品名#2300;pH8、個数平均一次粒子径 15nm、DBP吸油量 65cm3/100g)等が挙げられる。
これらのカーボンブラックは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用しても良い。
エステルワックスの融点は、通常、50〜90℃、好ましくは60〜85℃、より好ましくは65〜75℃である。
炭化水素系ワックスは、重合性単量体100質量部に対して、好ましくは0.5〜8質量部用いられ、より好ましくは1〜5質量部用いられる。
炭化水素系ワックスの融点は、通常、40〜100℃、好ましくは50〜80℃、より好ましくは60〜75℃である。
軟化剤は、上述した1種又は2種以上のワックスを組み合わせて用いることが好ましい。
上記軟化剤の総含有量は、重合性単量体100質量部に対して、好ましくは1〜25質量部であり、より好ましくは1〜20質量部である。
なお、本発明においてスルホン酸基とは、その塩(スルホン酸塩基)も含む。
また、既製のスルホン酸基含有共重合体を使用する場合に仕込み量の組成が不明な場合には、例えば、蛍光X線分析(XRF)等による元素分析によって、スルホン酸基含有共重合体中の硫黄含有量を測定し、その結果からスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合(質量%)算出することができる。
以下に、本発明で使用するスルホン酸基含有共重合体の原料及び製造方法について詳述する。
分子量調整剤としては、一般にトナー用の分子量調整剤として用いられているものであれば、特に限定されず、例えば、t−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、及び2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン−4−チオール等のメルカプタン類;テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、N,N’−ジメチル−N,N’−ジフェニルチウラムジスルフィド、N,N’−ジオクタデシル−N,N’−ジイソプロピルチウラムジスルフィド等のチウラムジスルフィド類;等が挙げられる。これらの分子量調整剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明では、分子量調整剤を、モノビニル単量体100質量部に対して、通常0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部の割合で用いることが望ましい。
本発明の製造方法で使用するアルミニウムカップリング剤としては、当該分野において一般に使用されているものを使用することができ、例えば、アルミニウムアルコレート、アルミニウムキレート、環状アルミニウムオリゴマー等を使用することができ、特に、次式の構造をもつ味の素ファインテクノ株式会社製「プレンアクトAL−M」に代表されるアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等の、アルミニウムアルコレートが好適に用いられる。
該アルミニウムカップリング剤の割合が上記範囲よりも小さいと、カーボンブラックの凝集防止効果が十分得られない。
一方、該アルミニウムカップリング剤の割合が上記範囲よりも大きいと、重合工程において重合性単量体組成物の液滴が凝集しやすくなり、粗大な着色樹脂粒子が増加する。
本発明では、少なくとも重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、及び帯電制御剤を含有する重合性単量体組成物を、分散安定化剤を含む水系分散媒体中に分散させ、重合開始剤を添加した後、重合性単量体組成物の液滴形成を行う。液滴形成の方法は特に限定されないが、例えば、(インライン型)乳化分散機(大平洋機工社製、商品名:マイルダー)、高速乳化分散機(プライミクス社製、商品名:T.K.ホモミクサー MARK II型)等の強攪拌が可能な装置を用いて行う。
(1)懸濁重合工程
本発明の製造方法においては、上記1.のようにして、液滴形成を行い得られた懸濁液である水系分散媒体を加熱し、重合を開始し、着色樹脂粒子の水分散液を形成する。
重合性単量体組成物の重合温度は、好ましくは50℃以上であり、更に好ましくは60〜95℃である。また、重合の反応時間は好ましくは1〜20時間であり、更に好ましくは2〜15時間である。
着色樹脂粒子が分散している水系分散媒体中に、シェル層を形成するための重合性単量体(シェル用重合性単量体)と重合開始剤を添加し、重合することでコアシェル型の着色樹脂粒子を得ることができる。
重合により得られた着色樹脂粒子の水分散液は、重合終了後に、常法に従い、ろ過、分散安定化剤の除去を行う洗浄、脱水、及び乾燥の操作が、必要に応じて数回繰り返されることが好ましい。
上記懸濁重合法により、着色樹脂粒子が得られる。
以下、トナーを構成する着色樹脂粒子について述べる。なお、以下で述べる着色樹脂粒子は、コアシェル型のものとそうでないもの両方を含む。
このように本発明においては、重合法により製造しても粒径分布が狭い負帯電性トナーが得られる。
上記着色樹脂粒子の平均円形度が0.96未満の場合、印字の細線再現性が悪くなるおそれがある。
本発明の製造方法においては、上記着色樹脂粒子をそのままトナーとすることもできるが、外添剤と共に混合攪拌して外添処理を行うことにより、着色樹脂粒子の表面に、外添剤を付着させて1成分トナー(現像剤)とすることが好ましい。なお、1成分トナーは、さらにキャリア粒子と共に混合攪拌して2成分現像剤としてもよい。
なお、これらの外添剤は、それぞれ単独で用いることもできるが、2種以上を併用して用いることができる。中でも粒径の異なる2種以上のシリカを併用することが好ましい。
上記工程を経て得られるトナーは、着色剤としてのカーボンブラックが良好に分散しており、帯電性が高く、転写効率に優れ、白抜けの発生がなく、充分な画像濃度を有する画像が得られる負帯電性トナーである。
重合性単量体組成物を、重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、アルミニウムカップリング剤、及びスルホン酸共重合単位が特定範囲にある共重合体の帯電制御剤を混合して調製することで、前記帯電制御剤によりトナーの帯電量を高く保ちつつ、アルミニウムカップリング剤との混合によりカーボンブラックの凝集が抑制された本発明の負帯電性トナーを得ることが可能となった。
本実施例及び比較例において行った試験方法は以下のとおりである。
[製造例(1−1)]
3Lの反応容器に、トルエン900部、スチレン83部、2−エチルヘキシルアクリレート14.5部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸2.5部、及び2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)2.4部を仕込み、攪拌しながら、80℃で8時間共重合反応させた。反応終了後、凍結乾燥により溶剤を除去し、重量平均分子量18,000、ガラス転移温度が56.2℃、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合が2.5質量%の帯電制御剤を得た。
製造例(1−1)において、共重合に使用するモノマーの仕込み量をスチレン78.5部、2−エチルヘキシルアクリレート14.5部、及び、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸7部に変更した以外は、製造例(1−1)と同様にして、製造例(1−2)の重量平均分子量18,000、ガラス転移温度が57.6℃、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合が7.0質量%の帯電制御剤を得た。
製造例(1−1)において、共重合に使用するモノマーの仕込み量をスチレン84.3部、2−エチルヘキシルアクリレート14.5部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸1.2部に変更した以外は、製造例(1−1)と同様にして、製造例(1−3)の重量平均分子量18,000、ガラス転移温度が56.0℃、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合が1.2質量%の帯電制御剤を得た。
[実施例1]
重合性単量体としてスチレン77部とn−ブチルアクリレート23部、アルミニウムカップリング剤(味の素ファインテクノ社製、商品名「プレンアクトAL−M」)0.25部及びカーボンブラック(三菱化学社製、商品名:#25B)9部を、分散機(シンマルエンタープライゼス製、商品名:ダイノミル)を用いて分散させることにより、重合性単量体混合物を得た。
上記重合性単量体混合物に帯電制御剤として上記製造例(1−1)で得られたスルホン酸基含有共重合体2.0部、軟化剤として(ポリグリセリンオクタベヘネート)2部、(パラフィンワックス)5部、マクロモノマーとしてポリメタクリル酸エステルマクロモノマー(東亜合成化学工業社製、商品名:AA6)0.3部、架橋性の重合性単量体としてジビニルベンゼン0.7部、及び分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン1.5部を添加し、混合及び溶解して、重合性単量体組成物を調製した。
実施例1において、帯電制御剤として使用した製造例(1−1)のスルホン酸基含有共重合体を製造例(1−3)のスルホン酸基含有共重合体とし、帯電制御剤の添加量を4.5部としたこと以外は、実施例1と同様にして実施例2の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは6.9μm、粒径分布Dv/Dnが1.13であった。
実施例1において、アルミニウムカップリング剤を混合しなかったこと及び帯電制御剤の添加量を0.8部としたこと以外は、実施例1と同様にして比較例1の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは6.8μm、粒径分布Dv/Dnが1.14であった。
比較例1において、カーボンブラックの混合量を10部としたこと以外は、比較例1と同様にして比較例2の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは6.8μm、粒径分布Dv/Dnが1.14であった。
比較例1において、カーボンブラックの混合量を6部としたこと以外は、比較例1と同様にして比較例3の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは5.9μm、粒径分布Dv/Dnが1.16であった。
比較例1において、帯電制御剤として使用した製造例(1−1)のスルホン酸基含有共重合体を製造例(1−2)のスルホン酸基含有共重合体としたこと以外は、比較例1と同様にして比較例4の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは7.5μm、粒径分布Dv/Dnが1.27であった。
実施例1において、帯電制御剤として使用した製造例(1−1)のスルホン酸基含有共重合体を製造例(1−2)のスルホン酸基含有共重合体としたこと以外は、実施例1と同様にして比較例5の負帯電性トナーを得た。なお、得られたコアシェル型着色樹脂粒子の体積平均粒径Dvは7.2μm、粒径分布Dv/Dnが1.28であった。
上記実施例、及び比較例の負帯電性トナーの特性を調べた。詳細は以下の通りである。
画像濃度測定には、市販の非磁性一成分現像方式のプリンターを用い、現像装置のトナーカートリッジに、トナーを充填した後、印字用紙をセットした。
常温常湿(N/N)環境下(温度:23℃、湿度:50%)で、24時間放置した後、同環境下にて、5%印字濃度で印刷を行った。
黒ベタ印字(印字濃度100%)を行い、反射式画像濃度計(マクベス社製、商品名:RD918)を用いて黒ベタ画像の印字濃度を測定した。
〈合格基準〉
本試験においては、画像濃度が1.45以上であるときに、トナーに求められる画像濃度の評価を合格とした。
着色樹脂粒子約3gを直径5cmの錠剤成型器に入れ、約100kgの荷重を1分間かけて試験片を作製した。当該試験片を用いて、誘電体損測定器(安藤電気社製、機種名「TRS−10型」)による測定を、温度30℃、周波数1kHzの条件下で実施することにより、着色樹脂粒子の体積固有抵抗値を求めた。
〈合格基準〉
本試験においては、体積固有抵抗値が10.40(logΩ/cm)以上であるときに、トナーに求められる画像濃度の評価を合格とした。
キャリア9.5gと、トナー0.5gを秤量し、容積100ccのガラス瓶に入れ、30分間、150回転/分の回転数で回転させた後、ブローオフメーター(京セラケミカル社製、商品名:TB−203)を用い、窒素ガスを4.5kPaの圧力でブロー、9.5kPaの圧力で吸引して、ブローオフ帯電量を測定した。
測定は、温度23℃、相対湿度50%で行った。
〈合格基準〉
本試験においては、ブローオフ帯電量が−20μC/g以下であるときに、トナーに求められる帯電量の評価を合格とした。
市販の非磁性一成分現像方式のプリンターを用いて、常温常湿(N/N)環境下(温度:23℃、湿度:50%)の環境下で一昼夜放置後、初期から5%濃度の印字画像で連続印字を行い、500枚ごとのトナー消費量と廃トナー回収量を求め、下記式により転写効率を算出した。
転写効率(%)=(トナー消費量(g)−廃トナー回収量(g))/トナー消費量(g)×100
〈合格基準〉
本試験においては、転写効率が80%以上であるときに、トナーに求められる転写効率の評価を合格とした。
市販の非磁性一成分現像方式のプリンターを用いて、常温常湿(N/N)環境下(温度:23℃、湿度:50%)の環境下で一昼夜放置後、初期から5%濃度の印字画像で連続印字を行い、500枚ごとに黒べた印字画像で印字し、白抜けの発生の有無を確認する。
〈合格基準〉
本試験においては、目視により白抜けがない場合を合格とした。
実施例、比較例1〜5の負帯電性トナーの製造時の仕込み量の組成及び評価結果を表1に示す。なお、下記表1中及び以下の記載で、「共重合割合」とは、スルホン酸基含有共重合体における2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸単位の共重合割合(質量%)を意味する。
以下、表1を参照しながら、トナー評価について検討する。
まず、比較例1〜3のトナーについて検討する。表1より、これらのトナーは、製造工程1で重合性単量体組成物にアルミニウムカップリング剤を混合しないトナーである。
表1より、比較例1〜3のトナーは、カーボンブラックの含有量が異なるが、比較例3のようにカーボンブラック混合量が6部と低い場合には、抵抗値、帯電量、転写効率、白抜けに問題は無いものの、画像濃度が低く、トナーとしては不合格である。一方、比較例1と2のように、カーボンブラック混合量を9部、10部と徐々に高めることで、画像濃度を高めることができるものの、抵抗値や帯電量が下がるため、転写効率の悪化や白抜けが発生し印字不具合が生じる。
以上より、重合性単量体組成物中のカーボンブラックの混合量を調整するだけでは、帯電性が高く、転写効率に優れ、白抜けの発生がなく、充分な画像濃度を有する画像が得られる負帯電性トナーを製造することはできない。
一方、重合性単量体組成物にアルミニウムカップリング剤を混合し、さらに共重合割合が2.5質量%の帯電制御樹脂を用いて製造した実施例1のトナーは、画像濃度が1.55、抵抗値が10.91logΩ/cm、帯電量が−21.3μC/gであり、また、転写効率も問題なく、白抜けが生じることもない。
ここで、比較例5のトナーは、実施例1で使用した共重合割合が2.5質量%の帯電制御樹脂に変えて、共重合割合が7質量%と高い帯電制御樹脂を使用したトナーである。実施例1のトナーと同様、アルミカップリング剤を混合したことにより、比較例1〜4のトナーと比較して一定の改善は認められるが、共重合割合が7質量%と高すぎるためカーボンブラックの分散性が充分ではなく、画像濃度が1.42と合格レベルには到達できない。
また、重合性単量体組成物にアルミニウムカップリング剤を混合し、さらに共重合割合が1.2質量%の帯電制御樹脂を用いて製造した実施例2のトナーも、画像濃度が1.58、抵抗値が10.89logΩ/cm、帯電量が−20.5μC/gであり、また、転写効率も問題なく、白抜けが生じることもない。
以上の結果より、重合性単量体組成物にアルミニウムカップリング剤を混合し、さらにスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合が本発明の所定の範囲にある帯電制御樹脂を用いることで、帯電性が高く、転写効率に優れ、白抜けの発生がなく、充分な画像濃度を有する画像が得られる負帯電性トナーを製造することはできことが分かる。
Claims (5)
- 少なくとも重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、及び、帯電制御剤を含有する重合性単量体組成物を、分散安定化剤を含有する水系分散媒体中に懸濁させることにより、重合性単量体組成物の液滴が分散した懸濁液を得る懸濁工程、並びに当該懸濁液を用いて重合開始剤の存在下で懸濁重合を行うことにより着色樹脂粒子を得る工程を含む負帯電性トナーの製造方法であって、
前記重合性単量体組成物は、重合性単量体、カーボンブラック、軟化剤、アルミニウムカップリング剤、及びビニル芳香族炭化水素と(メタ)アクリレートとスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドとを共重合して得られ、且つ該共重合体のスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド単量体単位の共重合割合が0.8〜4.0質量%であるスルホン酸基含有共重合体である帯電制御剤を混合して調製することを特徴とする、負帯電性トナーの製造方法。 - 前記重合性組成物は前記軟化剤を重合性単量体100質量部に対して1〜25質量部含有することを特徴とする請求項1に記載の負帯電性トナーの製造方法。
- 前記帯電制御剤の重量平均分子量が5,000〜30,000であることを特徴とする請求項1又は2に記載の負帯電性トナーの製造方法。
- 前記重合性組成物は前記帯電制御剤を重合性単量体100質量部に対して0.1〜8.0質量部含有することを特徴とする請求項1に記載の負帯電性トナーの製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製造方法により得られることを特徴とする負帯電性トナー。
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