JP2017181606A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)該ポリエステル樹脂、重合性単量体、及び該顔料を含有する組成物の粒子を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中で形成して懸濁液を調製する造粒工程;及び該組成物の該粒子に含まれる該重合性単量体を重合して結着樹脂を生成する重合工程;
(2)有機溶媒に、該結着樹脂、該ポリエステル樹脂、および該顔料を溶解又は分散して樹脂溶液を調製する溶解工程;該樹脂溶液を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中に分散させ造粒する造粒工程;及び、造粒された粒子中に含有する該有機溶媒を除去する脱溶剤工程;
該ポリエステル樹脂は、主鎖および/または側鎖に、脂環式構造を有するアルコールに由来するユニット又は脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットを有し、
(1)、(2)の該造粒工程における該水系媒体のpHが、6.0以上12.0以下であり、
該水系媒体のpHにおける難水溶性無機微粒子のゼータ電位が、10.0mV以上であることを特徴とするトナーの製造方法である。
水系媒体は難水溶性無機微粒子を含有していること必要である。難水溶性無機微粒子は、粒子の安定性を高め、粒度分布の狭いトナーを得ることができる。
Ca/P比 1.00は、リン酸一水素カルシウム
Ca/P比 1.33は、リン酸八カルシウム
Ca/P比 1.50は、リン酸三カルシウム
Ca/P比 1.67は、ヒドロキシアパタイト等である。
水系媒体のpH調整は、例えば、以下の方法が挙げられる。pHを上げる場合には、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属やその水溶液、アルカリ金属塩やその水溶液、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属やその水溶液、アルカリ土類金属塩またはその水溶液を添加することで調整できる。例えば、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液、炭酸リチウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等を添加して調節する方法があげられる。pHを下げる場合には、塩酸、硫酸、炭酸、酢酸、リン酸等の酸や、その水溶液、または、その塩や水溶液を添加し調整することができる。
本発明のポリエステル樹脂は、主鎖および/または側鎖に、脂環式構造を有するアルコールに由来するユニット又は脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットを有する。
該高分子学会用語集の記載は以下の通り。
高分子の分子鎖から伸びているオリゴマー程度または高分子量の枝をいう。
オリゴマー分子鎖でもポリマー分子鎖でもない主鎖から出ている側枝をいう。すなわち、本発明の側鎖は主鎖と同様に繰り返し単位を有するものである。
式(1)で表わされる化合物のうち、アルコールとしては、例えば、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、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、4−(2−ヒドロキシエチル)シクロヘキサノール、4−(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノールなどが挙げられる。式(1)で表わされる化合物のうち、カルボン酸としては、例えば、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、4−メチル,1,2−シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられる。これらの中でも、パラ位に置換基がついた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、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸は、高湿環境下での耐久性が良好でより好ましい。
顔料としては、以下に挙げるブラック顔料、イエロー顔料、マゼンタ顔料、シアン顔料などが用いられる。
本発明のトナーは、トナー粒子に結着樹脂を含有する。本発明に用いられる結着樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂;ポリエステル樹脂;ポリアミド樹脂;フラン樹脂;エポキシ樹脂;キシレン樹脂;シリコーン樹脂が挙げられる。これらの中でも、ビニル系樹脂を用いることが好ましい。なお、ビニル系樹脂としては、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼンなどのスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシルなどの不飽和カルボン酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸;マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸;マレイン酸無水物などの不飽和ジカルボン酸無水物;アクリロニトリルなどのニトリル系ビニル単量体;塩化ビニルなどの含ハロゲン系ビニル単量体;ニトロスチレンなどのニトロ系ビニル単量体の単量体の重合体またはそれらの共重合体を用いることが可能である。中でも、スチレン系単量体と不飽和カルボン酸エステルとの共重合体を用いることが好ましい。
本発明では、トナー粒子にワックスを含有してもよい。例えば、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル、パルミチン酸パルミチルなどの1価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、1価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;セバシン酸ジベヘニル、ヘキサンジオールジベヘネートなどの2価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、2価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;グリセリントリベヘネートなどの3価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、3価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラパルミテートなどの4価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、4価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;ジペンタエリスリトールヘキサステアレート、ジペンタエリスリトールヘキサパルミテートなどの6価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、6価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;ポリグリセリンベヘネートなどの多価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、あるいは、多価カルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル;カルナバワックス、ライスワックスなどの天然エステルワックス;パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムなどの石油系ワックス及びその誘導体;フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体;ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス及びその誘導体;高級脂肪族アルコール;ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸;酸アミドワックスが挙げられる。
ポリエステル樹脂のピーク分子量(Mp)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。まず、室温で24時間かけて、ポリエステル樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
ポリエステル樹脂の酸価はJIS K 0070−1992に準じて測定される。具体的な測定方法を以下に示す。
<個数平均粒子径(D1)、重量平均粒子径(D4)の測定方法>
トナーの個数平均粒子径(D1)、重量平均粒子径(D4)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」(登録商標商品名、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定およ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。測定は下記条件で行う。
実効測定チャンネル数:2万5千チャンネル
コントロールモーター総個数:50000個
アパチャー:100μm
カレント:1600μA
ゲイン;2
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で測定する。
ゼータ電位の測定は、ゼータサイザーNano−ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。pH調整した難水溶性無機微粒子を含む水系媒体をディスポーザブルキャピラリーセル(DTS1060)に充填し、セルを装置のセルホルダに装入し、25℃にてゼータ電位を測定した。この測定の3回の算術平均値を本発明におけるゼータ電位とした。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、原材料モノマーを表1に示したmol比率で混合した混合物100.0部を添加して撹拌しながら温度120℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2−エチルヘキサン酸)錫0.50部を加え、温度190℃に昇温し、所望の分子量になるまで縮重合し、ポリエステル樹脂1を得た。
表1の原材料モノマー添加量および重縮合反応の温度条件にて、ポリエステル樹脂1と同様の操作を行い、ポリエステル樹脂2〜7を製造した。
反応容器中のイオン交換水1000部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、N2パージしながら65℃で60分保温した。T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて攪拌しながら、イオン交換水10部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を反応容器に一括投入し、難水溶性無機微粒子を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを7.0に調整し、水系媒体1を得た。
表2のように、リン酸ナトリウム量・塩化カルシウム量及び調整pHを変更した以外は、水系媒体1と同様にして、水系媒体2〜9、13〜15を得た。
・スチレン:60.0部
・カーボンブラック(デグサ社製、商品名「Nipex35」):10.0部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5時間分散させて、顔料分散液を調製した。
・スチレン:20.0部
・n−ブチルアクリレート:20.0部
・ポリエステル樹脂1:5.0部
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
これを65℃に保温し、T.K.ホモミクサーを用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
水系媒体1の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12000回転/分に保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート9.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて12000回転/分を維持しつつ10分間造粒した。
高速撹拌装置からプロペラ撹拌羽根に撹拌機を代え、150回転/分で攪拌しながら70℃を保持して5時間重合を行い、85℃に昇温して2時間加熱することで重合反応を行い、トナー粒子のスラリーを得た。
重合工程終了後、トナー粒子のスラリーを冷却し、トナー粒子のスラリーに塩酸を加えpHを1.4にし、1時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解させた。その後、トナー粒子のスラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、トナー粒子を得た。
表3に示すように、ポリエステル樹脂の種類、顔料の種類、ワックスの種類、水系媒体の種類を変更すること以外はトナー1の製造方法と同様にしてトナー2〜17、19〜22を得た。
還流冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、窒素雰囲気下、下記材料を入れた。
・トルエン:100.0部
・スチレン:80.0部
・n−ブチルアクリレート:20.0部
・メタクリル酸:4.0部
・t−ブチルパーオキシピバレート:3.0部
・スチレンアクリル系樹脂1:100.0部
・カーボンブラック:8.0部
・ポリエステル樹脂1:5.0部
・フィッシャートロプシュワックス:7.0部(融点78℃)
・酢酸エチル:200.0部
得られたトナー1〜22について以下の方法に従って性能評価を行った。
得られたトナーの重量平均粒径(D4)、重量平均粒径(D4)/個数平均粒径(D1)を評価した。評価基準は以下の通りである。
A:7.0μm未満
B:7.0μm以上8.0μm未満
C:8.0μm以上9.0μm未満
D:9.0μm以上
・重量平均粒径(D4)/個数平均粒径(D1)
A:1.20未満
B:1.20以上1.30未満
C:1.30以上1.40未満
D:1.40以上
次のように二成分現像剤を作製した。帯電量の評価を行うために以下のようにサンプル調製を行った。磁性キャリアF813−300(パウダーテック社製)276gと評価トナー24gを500ccの蓋付きプラスチックボトルに投入し、振とう器(YS−LD:(株)ヤヨイ製)で、1秒間に4往復のスピードで1分間振とうを行った。
評価基準は以下の通りである。
A:帯電量が40mC/kg以上。
B:帯電量が30mC/kg以上40mC/kg未満。
C:帯電量が20mC/kg以上30mC/kg未満。
D:帯電量が20mC/kg未満。
カラーレーザープリンター Satera LBP7700C(キヤノン(株)製)用のカートリッジから中に入っているトナーを抜き取り、エアブローにて内部を清掃した後、製造した各トナー(トナー1〜22)を150g充填した。また、Satera LBP7700Cを一部改造し、定着機を外して未定着画像を出力できるように変更し、コントローラーにより画像濃度を調節可能にした。さらに、一色のプロセスカートリッジだけの装着でも作動するよう改造した。外した定着機は、定着機単体でも動作できるように改良し、さらにプロセススピードと温度を制御できるように外部定着機として改造した。
A:画像濃度が1.40以上。
B:画像濃度が1.30以上1.40未満。
C:画像濃度が1.20以上1.30未満。
D:画像濃度が1.20未満。
カラーレーザープリンター(HP Color LaserJet 3525dn、HP社製)を、一色のプロセスカートリッジだけの装着でも作動するよう改造して評価を行った。このカラーレーザープリンターに搭載されていたシアンカートリッジから中に入っているトナーを抜き取り、エアブローにて内部を清掃した後、製造した各トナー(トナー1〜22)を200g充填した。常温常湿下(23℃、湿度60%RH)で評価を行った。受像紙として、キヤノン製オフィスプランナー(64g/m2)を用い、印字率15%チャートを10000枚連続して画像出力した。画像出力後、さらにハーフトーン画像を出力し、現像ローラおよびハーフトーン画像におけるスジの有無について観察し、以下のように現像性を評価した。ランクA、B、Cは、本発明の耐久性の効果が得られているレベルである。
A:現像ローラ上とハーフトーン部の画像上に、排紙方向の縦スジは見られない。
B:現像ローラ上に、細いスジが1乃至5本あるものの、ハーフトーン部の画像上に排紙方向の縦スジは見られない。
C:現像ローラ上に、細いスジが6乃至10本あるものの、ハーフトーン部の画像上に排紙方向の縦スジは見られない。
D:現像ローラ上とハーフトーン部の画像上に合計11本以上のスジが見られる。
Claims (8)
- 結着樹脂、ポリエステル樹脂、及び顔料を含有するトナー粒子を有するトナーを製造するトナーの製造方法であって、該製造方法が、下記(1)または(2)のいずれかの工程を有し、
(1)該ポリエステル樹脂、重合性単量体、及び該顔料を含有する組成物の粒子を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中で形成して懸濁液を調製する造粒工程;及び該組成物の該粒子に含まれる重合性単量体を重合して該結着樹脂を生成する重合工程;
(2)有機溶媒に、該結着樹脂、該ポリエステル樹脂、および該顔料を溶解又は分散して樹脂溶液を調製する溶解工程;該樹脂溶液を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中に分散させ造粒する造粒工程;及び造粒された粒子中に含有する該有機溶媒を除去する脱溶剤工程;
該ポリエステル樹脂は、主鎖および/または側鎖に、脂環式構造を有するアルコールに由来するユニット又は脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットを有し、
(1)、(2)の該造粒工程における該水系媒体のpHが、6.0以上12.0以下であり、
該水系媒体のpHにおける難水溶性無機微粒子のゼータ電位が、10.0mV以上であることを特徴とするトナーの製造方法。 - 該難水溶性無機微粒子が、
カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の陽イオンと、
炭酸イオン、水酸化物イオン、リン酸イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の陰イオンと、
がイオン結合した化合物を含む請求項1に記載のトナーの製造方法。 - 該難水溶性無機微粒子が、リン酸カルシウム化合物、リン酸アルミニウム化合物、リン酸マグネシウム化合物、水酸化カルシウム化合物、水酸化アルミニウム化合物、水酸化マグネシウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1または2に記載のトナーの製造方法。
- 該水系媒体のpHにおける該難水溶性無機微粒子のゼータ電位が、10.0mV以上50.0mV以下である請求項1から3のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
- 該難水溶性無機微粒子が、リン酸カルシウム化合物である請求項1から4のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
- 該リン酸カルシウム化合物のCa/P比(カルシウムとリンの原子比率)が、1.65以上である請求項5に記載のトナーの製造方法。
- 該脂環式構造を有するアルコールに由来するユニット又は該脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットが、下記式(1)〜(5)で表わされる化合物のいずれかに由来するユニットである請求項1から6のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
(式(1)中、R1からR6のうちの少なくとも2つは、それぞれ独立して、−OH、−COOH、−R7−OH、または−R8−COOHを示す。なお、−COOHまたは、−R8−COOHは、カルボキシル基を誘導体化したハロゲン化アシル、エステル、酸無水物でもよく、分子内で酸無水物を形成していてもよい。R1からR6のうちの残りは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を示す。R7およびR8はアルキレン基を示す。
式(2)中、R11からR20のうちの少なくとも2つは、それぞれ独立して、−OH、−COOH、−R9−OH、または−R10−COOHを示す。なお、−COOHまたは、−R10−COOHは、カルボキシル基を誘導体化したハロゲン化アシル、エステル、酸無水物でもよく、分子内で酸無水物を形成していてもよい。R11からR20のうちの残りは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を示す。R9およびR10はアルキレン基を示す。
式(3)中、R21からR24のうちの少なくとも2つは、それぞれ独立して、−OH、−COOH、−R25−OH、または−R26−COOHを示す。なお、−COOHまたは、−R26−COOHは、カルボキシル基を誘導体化したハロゲン化アシル、エステル、酸無水物でもよく、分子内で酸無水物を形成していてもよい。R21からR24のうちの残りは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を示す。R25およびR26はアルキレン基を示す。
式(4)中、R31からR36のうちの少なくとも2つは、それぞれ独立して、−OH、−COOH、−R37−OH、または−R38−COOHを示す。なお、−COOHまたは、−R38−COOHは、カルボキシル基を誘導体化したハロゲン化アシル、エステル、酸無水物でもよく、分子内で酸無水物を形成していてもよい。R31からR36のうちの残りは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を示す。R37およびR38はアルキレン基を示す。
式(5)中、R41からR44のうちの少なくとも2つは、それぞれ独立して、−OH、−COOH、−R45−OH、または−R46−COOHを示す。なお、−COOHまたは、−R46−COOHは、カルボキシル基を誘導体化したハロゲン化アシル、エステル、酸無水物でもよく、分子内で酸無水物を形成していてもよい。R41からR44のうちの残りは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を示す。R45およびR46はアルキレン基を示す。) - 該ポリエステル樹脂が、さらに、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物に由来するユニットまたはビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物に由来するユニットを有する請求項1から7のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
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