JP2017194540A - トナーおよびトナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
省電力化の手法として、低温定着性能の向上が挙げられる。トナーがより低温で定着することで、定着時に必要な電力の削減が行える。低温定着性能の向上のため、非晶性のポリエステル樹脂をメインバインダーとし、さらに結晶性樹脂を添加するトナーが検討されている。特許文献1には、非晶性ポリエステル樹脂をメインバインダーに用いたトナーにおいて、結晶性ポリエステル樹脂を添加する手法が検討されている。結晶性ポリエステル樹脂を添加することによりメインバインダーである非晶性ポリエステル樹脂に可塑効果を及ぼし、母体の粘度を低下させることで、より低温での定着が図られている。
該結着樹脂は、該結着樹脂の質量を基準として、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有し、
該結晶性樹脂は、結晶性エステル化合物又は、結晶性エーテル化合物であり、
該トナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度80%における吸着過程の吸着水分量が6.0mg/g以下であるトナーが提供される。
本発明のトナーは、結着樹脂、結晶性樹脂、着色剤及びワックスを含有する。該結着樹脂は、該結着樹脂の質量を基準として、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有する。該結晶性樹脂は結晶性エステル化合物又は、結晶性エーテル化合物である。該トナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度80%における吸着過程の吸着水分量は6.0mg/g以下である。
本発明において、上記のような効果が得られる理由は必ずしも明確ではないが、上記課題を解決するに至った理由を以下のように考えている。
トナーに熱球形化処理のごとく高温短時間で熱処理行うと、トナー内部からワックスが染みだすことが知られている。ワックスは疎水性が高いため、熱処理によりトナー表面がワックスで覆われることでトナーの疎水性が向上し、吸着水分量が減少したと考えられる。熱処理を行うことで表面にワックスを染みださせることで、低温定着性を維持したまま表面疎水化を行える。そのため本手法は、水系媒体中で製造され表面疎水化を行いにくいトナーに対して特に有効である。
本発明のトナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度80%における吸着過程の吸着水分量が6.0mg/g以下であることが重要となる。トナーに水分吸着が起こることで、表面電荷が水分を伝い逃げやすくなり、帯電性が低下する。吸着水分量がこの値以下であるとき、帯電の安定性が向上するため色味変動が起こりにくいトナーを得ることができる。
さらに、該トナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度50%における吸着過程の吸着水分量が4.0mg/g以下であることが好ましい。
本発明のトナーに用いられる結着樹脂は、結着樹脂の質量を基準として、非晶性ポリエステル樹脂を50質量%以上含有することが重要である。主成分が非晶性ポリエステル樹脂であることで、結晶性樹脂による可塑効果を活かし低温定着を向上させることが容易になる。
非晶性ポリエステル樹脂のポリエステルユニットに用いられるモノマーとしては、多価アルコール(2価もしくは3価以上のアルコール)と、多価カルボン酸(2価もしくは3価以上のカルボン酸)、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとが用いられる。ここで、分岐ポリマーを作製する場合には、結着樹脂の分子内において部分架橋することが有効であり、そのためには、3価以上の多官能化合物を使用することが好ましい。従って、ポリエステルユニットの原料モノマーとして、3価以上のカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステル、及び/又は3価以上のアルコールを含むことが好ましい。
ポリエステル樹脂のポリエステルユニットに用いられる多価アルコールモノマーとしては、以下の多価アルコールモノマーを使用することができる。
2価のカルボン酸成分としては、例えば以下のものが挙げられる。マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物及びこれらの低級アルキルエステル。これらのうち、マレイン酸、フマル酸、テレフタル酸、n−ドデセニルコハク酸が好ましく用いられる。
本発明のトナーは結晶性樹脂を含有する。
結晶性樹脂は結晶性エステル化合物、または結晶性エーテル化合物であることが重要である。結晶性エステル化合物、または結晶性エーテル化合物を用いることで、結着樹脂のポリエステル樹脂を可塑し低温定着性を向上させることができる。また可塑効果を十分に発揮させるためには、結晶性樹脂としてポリエステルを使用することが好ましい。
上記アルコール成分のうち、50質量%以上が炭素数6〜12の脂肪族ジオールから選ばれるアルコールであることが好ましく、より好ましくは70質量%以上である。
本発明において、脂肪族ジカルボン酸以外の多価カルボン酸を用いることもできる。その他の多価カルボン酸単量体のうち、2価のカルボン酸としては、以下のものが挙げられる。イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸;n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸の脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸、これらの酸無水物または低級アルキルエステルなど。
また、その他のカルボン酸単量体のうち、3価以上の多価カルボン酸としては、以下のものが挙げられる。1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、等の脂肪族カルボン酸、これらの酸無水物または低級アルキルエステル等の誘導体等。
また、上記重縮合反応は、通常の重合触媒、例えばチタンブトキサイド、ジブチルスズオキサイド、酢酸スズ、酢酸亜鉛、二硫化スズ、三酸化アンチモン、二酸化ゲルマニウムなど公知の触媒を使用して行うことができる。重合温度、触媒量は特に限定されるものではなく、適宜に決めればよい。
該結晶性ポリエステルは、非晶性樹脂100質量部に対して、1.0質量部以上15質量部以下含有することが好ましい。結晶性樹脂が少ないと可塑効果が十分得られず、低温定着性が向上しない。また添加しすぎると、水分吸着しやすくなるため、色味安定性が阻害されてしまう。
本発明のトナーに用いられるワックスとしては、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炭化水素系ワックスを用いることが好ましい。
例えば、以下のものが挙げられる。アルキレンを高圧下でラジカル重合あるいは低圧下でチーグラー触媒又はメタロセン触媒で重合した低分子量のアルキレンポリマー;高分子量のアルキレンポリマーを熱分解して得られるアルキレンポリマー;一酸化炭素及び水素を含む合成ガスからアーゲ法により得られる炭化水素の蒸留残分から、あるいはこれらを水素添加して得られる合成炭化水素ワックス。さらにプレス発汗法、溶剤法、真空蒸留の利用や分別結晶方式により炭化水素ワックスの分別を行ったものが、より好ましく用いられる。
母体としての炭化水素は、分岐が少なくて小さく、飽和の長い直鎖状炭化水素が好ましい。そのような炭化水素としては以下のものが挙げられる。金属酸化物系触媒(多くは2種以上の多元系)を使用した一酸化炭素と水素の反応によって合成される炭化水素[例えばジントール法、ヒドロコール法(流動触媒床を使用)によって合成された炭化水素化合物];ワックス状炭化水素が多く得られるアーゲ法(同定触媒床を使用)により得られる炭素数が数百ぐらいまでの炭化水素;エチレンなどのアルキレンをチーグラー触媒により重合した炭化水素。特にアルキレンの重合によらない方法により合成されたワックスがその分子量分布からも好ましいものである。また、パラフィンワックスも好ましく用いられる。
ワックスの染み出し、およびトナーの保存性と高温オフセット性の両立の観点から、示差走査熱量分析装置(DSC)で測定される昇温時の吸熱曲線において、最大吸熱ピークのピーク温度が70℃以上130℃以下であることが好ましい。
本発明のトナーに含有できる着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;イエロー着色剤とマゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調色したものが挙げられる。着色剤には、顔料を単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。
シアン着色染料としては、C.I.ソルベントブルー70がある。
イエロー着色染料としては、C.I.ソルベントイエロー162がある。
上記着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下で使用されることが好ましい。
本発明のトナーには、必要に応じて荷電制御剤を含有させることもできる。トナーに含有される荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、特に、無色でトナーの帯電スピードが速くかつ一定の帯電量を安定して保持できる芳香族カルボン酸の金属化合物が好ましい。
本発明では、流動性向上や摩擦帯電量調整のために、熱処理前および熱処理後に外添剤が添加されていてもよい。
当該外添剤としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチウムの如き無機微粒子が好ましい。トナー粒子と外添剤との混合は、ヘンシェルミキサーの如き公知の混合機を用いることができるが、混合できればよく、特に装置は限定されるものではない。
本発明のトナーは、長期にわたり安定した画像が得られるという点で、磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として用いることが好ましい。
磁性キャリアとしては、例えば、以下のような公知のものを使用することができる。表面を酸化した鉄粉、或いは、未酸化の鉄粉や、鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、希土類の如き金属粒子、それらの合金粒子、酸化物粒子、フェライト等の磁性体や、磁性体と、この磁性体を分散した状態で保持する結着樹脂とを含有する磁性体分散樹脂キャリア(いわゆる樹脂キャリア)等。
<乳化凝集法>
乳化凝集法について説明する。
乳化凝集法とは、目的の粒子径に対して、十分に小さい樹脂微粒子を前もって準備し、その樹脂微粒子を水系媒体中で凝集することによりコア粒子を製造する製造方法である。乳化凝集法では、樹脂微粒子の乳化工程、凝集工程、融合工程、冷却工程、洗浄工程を経てトナーが製造される。また必要に応じて、冷却工程後にシェル化工程を加え、コアシェルトナーにすることもできる。
ポリエステル樹脂を主成分とする樹脂微粒子は公知の方法で調製できる。例えば、前記樹脂を有機溶剤に溶かして水系媒体に添加し、界面活性剤や高分子電解質と共にホモジナイザーなどの分散機により水系媒体に粒子分散し、その後加熱又は減圧して溶剤を除去することにより、樹脂粒子分散液を作製することができる。溶解させるために使用する有機溶剤としては、前記樹脂を溶解させるものであればどのようなものでも使用可能であるが、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、クロロホルムなどが溶解性の観点から好ましい。
凝集工程とは、上述の樹脂微粒子、色剤微粒子、離型剤微粒子を必要量に応じて混合し混合液を調製し、ついで、調製された混合液中に含まれる粒子を凝集し、凝集体を形成させる工程である。当該凝集体を形成させる方法としては、例えば凝集剤を上記混合液中に添加・混合し、温度、機械的動力等を適宜加える方法が好適に例示できる。
上記凝集剤としては、例えば、ナトリウム、カリウム等の1価の金属の金属塩;カルシウム、マグネシウム等の2価の金属の金属塩;鉄、アルミニウム等の3価の金属の金属塩があげられる。
ここで形成される凝集体の平均粒径としては、特に制限はないが、通常、得ようとするトナー粒子の平均粒径と同じ程度になるよう4.0μm〜7.0μmに制御するとよい。制御は、例えば、上記凝集剤等の添加・混合時の温度と上記撹拌混合の条件を適宜設定・変更することにより容易に行うことができる。なお、トナー粒子の粒度分布はコールター法による粒度分布解析装置(コールターマルチサイザーIII:ベックマン・コールター(株)製)にて測定できる。
融合工程とは、上記凝集体を、樹脂のガラス転移点(Tg)以上に加熱し融合することで、凝集体(凝集粒子)の表面を平滑化させた融合粒子を製造する工程である。一次融合工程に入る前に、トナー粒子間の融着を防ぐため、キレート剤、pH調整剤、界面活性剤等を適宜投入することができる。
キレート剤の例としては、以下のものが挙げられる。エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)及びそのNa塩等のアルカリ金属塩、グルコン酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸カリウム及びクエン酸ナトリウム、ニトロトリアセテート(NTA)塩、COOH及びOHの両方の官能性を含む多くの水溶性ポリマー類(高分子電解質)。
冷却工程とは、上記粒子を含む水系媒体の温度を、コア用樹脂のガラス転移点(Tg)より低い温度まで冷却する工程である。冷却をTgより低い温度まで行わないと、粗大粒子が発生してしまう。具体的な冷却速度は0.1〜50℃/分である。
また本発明では必要に応じて、下記の洗浄乾燥工程の前にシェル化工程を入れることができる。シェル化工程はこれまでの工程で作製した粒子に、樹脂微粒子を新たに添加し付着させて、シェル化させる工程である。ここで添加する結着樹脂微粒子はコアに使用した結着樹脂微粒子と同一の構造でも良いし、異なる構造の結着樹脂微粒子でも良い。このようなシェル層を構成する樹脂としては、特に限定はなく、トナーに用いられる公知の樹脂、例えばポリエステル樹脂、スチレン−アクリル共重合体などのビニル系重合体、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂等が使用できる。
本発明においては、上記のシェル層を構成する結着樹脂は単独で用いても良いが、2種以上組み合わせて用いてもよい。
上記工程を経て作製した粒子を、洗浄、ろ過、乾燥等することにより、乳化凝集トナーを得ることができる。水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムでpHを調整されたイオン交換水で洗浄ろ過を行い、続いて、イオン交換水で洗浄、ろ過を複数回行うことが好ましい。この方法で、洗浄を行うことによって、加水分解によって発生したモノマー成分を効率的に除去することができる。
溶解懸濁法について説明する。
本発明のトナーにおいて用いられる溶解懸濁法の製造工程では加熱工程を有さないため、低融点離型剤を用いた場合に起こる結着樹脂と離型剤の相溶化を抑制し、相溶化に起因するトナーのガラス転移温度の低下を抑制することができる。また、溶解懸濁法は、結着樹脂となるトナー材料の選択肢が広く、一般的に定着性に有利とされるポリエステル樹脂を主成分にすることが容易である。
先ず、上記顔料組成物及び結着樹脂、並びに必要に応じて離型剤等を、有機溶媒中に溶解又は分散して混合溶液を調製する。
次に、該混合溶液を水系媒体中に分散して混合溶液の粒子を造粒する。
そして、造粒された粒子中に含有される有機溶媒を、加熱、または減圧によって除去することでトナー粒子を得る。
無機系の分散安定化剤としては、例えば、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム等が挙げられる。
有機系の分散安定化剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム等の水溶性高分子、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン性界面活性剤等の界面活性剤。
上記のごとき製造方法で製造されたトナー粒子に必要に応じ選択された無機微粉体や樹脂粒子などの外部添加剤を加えて混合(外添)してもよい。例えば流動性付与のため、外添剤を添加することができ、熱処理前トナー粒子を得ることができる。
混合の装置条件としては、処理量、撹拌軸回転数、撹拌時間、撹拌羽根形状、槽内温度などが挙げられるが、所望のトナー性能を達成するために、熱処理トナー粒子の諸物性や添加剤の種類などを鑑みて適宜選定するものであり、とくに限定されるものではない。
原料定量供給手段1により定量供給された混合物は、圧縮気体流量調整手段2により調整された圧縮気体によって、原料供給手段の鉛直線上に設置された導入管3に導かれる。導入管を通過した混合物は、原料供給手段の中央部に設けられた円錐状の突起状部材4により均一に分散され、放射状に広がる8方向の供給管5に導かれ熱処理が行われる処理室6に導かれる。
供給された混合物を熱処理するための熱は、熱風供給手段7から供給され、分配部材12で分配され、熱風を旋回させるための旋回部材13により、処理室内に熱風を螺旋状に旋回させて導入される。熱風は熱風供給手段出口11から供給される。その構成としては、熱風を旋回させるための旋回部材13が、複数のブレードを有しており、その枚数や角度により、熱風の旋回を制御することができる。処理室内に供給される熱風は、熱風供給手段7の出口部における温度が120℃以上であることが好ましい。この温度以上であれば、ワックスの染みだしが十分に行われる。
更に熱処理された熱処理トナー粒子は冷風供給手段8から供給される冷風によって冷却される。冷風供給手段8から供給される温度は−20℃〜30℃であることが好ましい。冷風の温度が上記の範囲内であれば、熱処理トナー粒子を効率的に冷却することができ、混合物の均一な熱処理を阻害することなく、熱処理トナー粒子の融着や合一を抑制することができる。冷風の絶対水分量は、0.5g/m3以上15.0g/m3以下であることが好ましい。
また、粉体粒子供給口14は、供給された混合物の旋回方向と熱風の旋回方向が同方向になるように設けられており、表面処理装置の回収手段10は、旋回された粉体粒子の旋回方向を維持するように、処理室の外周部に設けられている。さらに、冷風供給手段8から供給される冷風は、装置外周部から処理室内周面に、接線方向から供給されるよう構成されている。粉体供給口から供給される熱処理前トナー粒子の旋回方向、冷風供給手段から供給された冷風の旋回方向、熱風供給手段から供給された熱風の旋回方向がすべて同方向である。そのため、処理室内で乱流が起こらず、装置内の旋回流が強化され、熱処理前トナー粒子に強力な遠心力がかかり、熱処理前トナー粒子の分散性が更に向上するため、合一粒子の少ない、形状の揃った熱処理トナー粒子を得ることができる。
このような混合装置の一例としては、以下のものが挙げられる。ヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製);スーパーミキサー((株)カワタ製);リボコーン((株)大川原製作所製);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(株)製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工(株)製);レーディゲミキサー((株)マツボー製)、ノビルタ(ホソカワミクロン(株)製)等。特に、均一に混合しシリカ凝集体をほぐすためには、ヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製)が好ましく用いられる。
さらには、例えば添加剤の粗大凝集物が、得られたトナー中に遊離して存在する場合などには、必要に応じて篩分機などを用いてもよい。
次に、本発明に関わる各物性の測定方法について記載する。
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000型」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定・解析条件で測定した。
フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000型」(シスメックス(株)製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は、1視野が512画素×512画素であり、1画素あたり0.37×0.37μmの画像処理解像度で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積や周囲長等が計測される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が真円形の時に円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなるほど円形度は小さい値になる。
具体的な測定方法としては、イオン交換水20mLに、分散剤として界面活性剤、好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.02g加えた後、測定試料0.02gを加えた。そして、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散機(例えば「VS−150」((株)ヴェルヴォクリーア製など)を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とした。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
なお、本願実施例では、シスメックス(株)が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用し、解析粒子径を円相当径2.00μm以上、200.00μm以下に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)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(株)製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター(株)製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。
なお、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(株)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。
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以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(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、この中に分散剤として下記の希釈液を約0.3mL加える。
・「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(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液
(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、ビーカー内の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。
(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)を算出する。なお、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)である。
樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
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、樹脂約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、測定範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/分で測定を行う。一度180℃まで昇温させ10分間保持し、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程で、温度30〜100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、樹脂のガラス転移温度(Tg)とする。
本発明におけるワックスの最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)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℃/分
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、試料約3mgを精秤し、銀製のパンの中に入れ、一回測定を行う。リファレンスとしては銀製の空パンを用いる。
なお、最大吸熱ピークとは、ピークが複数あった場合に、吸熱量が最大となるピークのことを意味する。また、最大吸熱ピークの吸熱量(ΔH)はピークの面積から装置付属の解析ソフトを用いて計算により求める。
結晶性ポリエステル、極性樹脂、樹脂微粒子を構成する樹脂の酸価はJIS K1557−1970に準じて測定される。具体的な測定方法を以下に示す。試料の粉砕品2gを精秤する(W(g))。200mLの三角フラスコに試料を入れ、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mLを加え、5時間溶解する。指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加える。0.1規定のKOHのアルコール溶液を用いて上記溶液をビュレットを用いて滴定する。この時のKOH溶液の量をS(mL)とする。ブランクテストをし、この時のKOH溶液の量をB(mL)とする。次式により酸価を計算する。
酸価=〔(S−B)×f×5.61〕/W
(f:KOH溶液のファクター)
スルホン酸基の酸価を求めるときは、例えば蛍光X線分析装置(XRF)を用いてS元素の定量分析を行い、樹脂1g中に含まれる官能基当量を水酸化カリウムの量に換算して求める。
本発明のトナーへの吸着水分量は、吸着平衡測定装置(BELSORP−aqua3:日本ベル(株)製)によって測定される。この装置は、対象とする気体(本発明の場合は水蒸気)の吸着量を測定する装置である。
測定前にサンプルに吸着している水分を脱気する必要がある。セル、フィラーロット、キャップをつけて、空の重さを量る。サンプルを約0.5gはかりセルへ投入する。フィラーロットをセル内へ入れ、キャップを取り付けて、脱気ポートへ取り付ける。測定するセルを全て脱気ポートへ取り付けたら、ヘリウムの弁を開ける。脱気するポートのボタンをONにし、「VAC」ボタンを押す。これで1日以上脱気を行う。
定部本体の電源をON。(本体後ろ側にスイッチがある。)同時に真空ポンプも起動する。循環水用の本体及び操作盤の電源をON。PC画面中央部にある「BELaqua3.exe」(測定用ソフト)を立ち上げる。空気高温槽の温度制御:「流路図」ウインドウ上の「TIC1」の枠にある「SV」をダブルクリックし、「温度設定」ウインドウを開く。温度(80℃)を入力して、設定をクリックする。吸着温度の制御:「流路図」ウインドウの「吸着温度」の「SV」をダブルクリックし、「SV値」(吸着温度)を入力する。「循環開始」及び「外温制御」をクリックし、設定をクリック。
空気恒温槽温度:80.0℃、吸着温度:30.0℃、吸着質名称:H2O、平衡時間:500秒間、温度待ち:60分間、飽和蒸気圧:4.245kPa、サンプル管排気速度:普通、化学吸着測定:しない、初期導入量:0.20cm3(STP)・g−1、測定相対圧範囲数:4
測定検体数を選択し、「測定データファイル名」と「サンプル重量」を入力する。測定をスタートする。
解析ソフトを立ち上げて、解析する。相対水蒸気圧80%における吸着水分量を求める。
[結着樹脂1の製造例]
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を備えた反応容器に下記の単量体を混合し、エステル化触媒としてテトラブトキシチタネート0.03質量部を添加し、窒素雰囲気下、温度220℃に昇温して、撹拌しながら5時間反応を行った。
・ビスフェノールA−プロピレンオキサイド2モル付加物(BPA−PO) :
58.7質量部
・テレフタル酸 : 39.2質量部
・無水トリメリット酸 : 2.1質量部
次いで、反応容器内を5〜20mmHgの減圧条件下で、さらに5時間反応を行い、ポリエステル樹脂を得た。物性を表1に示す。
表1に示す樹脂で製造した以外は、結着樹脂1と同様に製造を行った。物性は表1に示す。
・1,6−ヘキサンジオール:34.5質量部(0.29モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・ドデカン二酸:65.5質量部(0.28モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。フラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた(第1反応工程)。
次に、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度200℃に維持したまま、4時間反応させた(第2反応工程)。
その後、表2に示すように、
セバシン酸を、原料モノマー(第1反応工程のドデカン二酸)100.0mol%に対して7.0mol%、
1,10−ヘキサンジオールを、原料モノマー(第1反応工程の1,6−ヘキサンジオール)100.0mol%に対して7.0mol%
加え、常圧下にて200℃で2時間反応させた(第3反応工程)。
その後、再び反応槽内を5kPa以下へ減圧して200℃で3時間反応させることにより、結晶性樹脂1(結晶性ポリエステル樹脂)を得た。
第3反応工程において用いた脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールを表2に示すとおりに変更した以外は、結晶性樹脂1の製造例と同様に製造した。
・1−オクタデセンオキシド 80質量部
・1,12−ドデカンジオール 0.85質量部
を混合し、155℃窒素気流下で加熱した。カリウム tert−ブトキシド0.50質量部を添加し、引き続き155℃で反応を行った。得られた樹脂を再結晶することで結晶性樹脂4(結晶性ポリエーテル樹脂)を得た。
結晶性樹脂4は、溶融温度55℃、数平均分子量7000であった。
(結着樹脂微粒子分散液(1))
前記結着樹脂1 100質量部をテトラヒドロフラン150質量部に溶解した。このテトラヒドロフラン溶液を室温においてホモジナイザー(IKAジャパン製:ウルトラタラクス)にて10000rpmで2分間攪拌しながら、界面活性剤として水酸化カリウム5質量部およびドデシルベンゼン−スルホン酸ナトリウム10質量部を添加したイオン交換水1000質量部を滴下した。この混合溶液を約75℃に加温することによりテトラヒドロフランを除去した。その後、固形分が8%になるようにイオン交換水で希釈し、体積平均粒径0.09μmの結着樹脂微粒子分散液(1)を得た。
前記結着樹脂微粒子分散液(1)の調製において、前記結着樹脂1を前記結晶性樹脂1に代えた以外は同様にして結晶性樹脂微粒子分散液(2)を得た。
・色剤(シアン顔料 大日精化工業(株)製:Pigment Blue 15:3)
10質量部
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンRK) 1.5質量部
・イオン交換水 88.5質量部
以上の材料を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機ナノマイザー(吉田機械興業(株)製)を用いて約1時間分散して、色剤を分散させてなる色剤微粒子の水系分散液を調製した。また、体積基準のメジアン径は動的光散乱式粒度分布径(ナノトラック:日機装(株)製)を用いて測定し、0.20μmであった。
・離型剤(フィッシャートロプシュワックス、融点90℃) 10質量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンRK) 1質量部
・イオン交換水 89質量部
以上を撹拌装置付きの混合容器に投入した後、90℃に加熱し、クレアミックスWモーション(エム・テクニック(株)製)へ循環しながらローター外径が3cm、クリアランスが0.3mmの剪断撹拌部位にて、ローター回転数19000rpm、スクリーン回転数19000rpmの条件にて撹拌し、60分間分散処理した後、ローター回転数1000rpm、スクリーン回転数0rpm、冷却速度10℃/分の冷却処理条件にて40℃まで冷却することで、離型剤微粒子の水系分散液を得た。また、体積基準のメジアン径は動的光散乱式粒度分布径(ナノトラック:日機装(株)製)を用いて測定し、0.15μmであった。
(a)結着樹脂微粒子分散液(1) 85質量部(樹脂相当分)
(b)結晶性樹脂微粒子分散液(2) 15質量部(結晶性樹脂相当分)
(c)色剤微粒子 6.0質量部(色剤相当分)
(d)離型剤微粒子 4.0質量部(離型剤相当分)
(e)1.5質量%硫酸マグネシウム水溶液 10質量部
(f)イオン交換水 残部
上記材料(a)〜(e)の全量を100質量部とし、この100質量部に対して下記材料を、下記の質量部加えた。
トナー1の概要を表3に示す。
(樹脂微粒子分散液1の製造)
・水 650質量部
・メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業製) 10質量部
・スチレン 85質量部
・メタクリル酸 80質量部
・アクリル酸ブチル 100質量部
・過硫酸アンモニウム 1質量部
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、上記材料を混合し、350回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液 30質量部を加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液樹脂微粒子分散液1を得た。樹脂微粒子分散液1をLA−920で測定した体積平均粒径は、105nmであった。樹脂微粒子分散液1の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは65℃であり、重量平均分子量は150000であった。
・イソホロンジアミン 150質量部
・1−ブタノン 75質量部
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、上記材料を混合し、50℃で5時間反応を行い、ケチミン化合物1を得た。ケチミン化合物1のアミン価は390であった。
・水 1200質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 500質量部
・結着樹脂1 1200質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて150℃で30分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、マスターバッチ1を得た。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 700質量部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 100質量部
・イソフタル酸 200質量部
・テレフタル酸 60質量部
・無水トリメリット酸 20質量部
・ジブチルチンオキサイド 2質量部
上記材料を冷却管、撹拌機及び窒素導入管を備える反応槽中に投入し、常圧窒素気流下において210℃で8時間縮合反応させた。次いで10〜15mmHgの減圧下で脱水しながら5時間反応を継続した後に80℃まで冷却した。酢酸エチル中にてイソホロンジイソシアネート170部と2時間反応を行い、プレポリマー1を得た。得られたプレポリマー1の重量平均分子量は5,300であった。
・結着樹脂1 380質量部
・結晶性樹脂1 38質量部
・フィッシャートロプシュワックス(融点90℃) 100質量部
・1−ブタノン 900質量部
撹拌棒および温度計をセットした容器に、上記材料を混合し、撹拌下80℃に昇温して、80℃のまま5時間保持した後、1時問で30℃に冷却した。次いで容器に下記材料を混合し、1時間混合し原料溶解液1を得た。
・マスターバッチ1 500質量部
・1−ブタノン 500質量部
次いで、結着樹脂1の65%1−ブタノン溶液 1300質量部を加え、上記条件のビーズミルで1パスし、油相1を得た。油相1の固形分濃度(130℃、30分)は53%であった。
・水 990質量部
・樹脂微粒子分散液1 83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48.5%水溶液 37質量部
(エレミノールMON−7):三洋化成工業製)
・カルボキシメチルセルロース1質量%水溶液 135質量部
・1−ブタノン 90質量部
上記材料を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを水相1とする。
・油相1 1200質量部
・プレポリマー1 120質量部
・ケチミン化合物1 3質量部
上記材料を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に水相1 2000質量部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し乳化スラリー1を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、乳化スラリー1を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、分散スラリー1を得た。
続いて、冷却管を設置したフラスコに内容物を移し、57℃に加熱し50rpmで4時間撹拌をしてトナー粒子水分散液1を得た。
トナー粒子水分散液1がpH1.5となるまで塩酸を加え、30分間撹拌した後に濾過し、濾別とイオン交換水への再分散の操作をスラリーの電導度が100μSとなるまで繰り返した。このようにしてスラリー中に残存した界面活性剤の除去、トリエチルアミンの中和除去を行い、トナー粒子2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2を得た。重量平均粒径6.0μmであった。
トナー2の概要を表3に示す。
表3に示す通り、材料の添加部数、熱処理温度を変更し製造を行った。トナー3〜19、21〜23の概要を表3に示す。
該トナー1とシリコーン樹脂で表面被覆した磁性フェライトキャリア粒子(個数平均粒径35μm)とで、トナー濃度が9質量%になるようにV型混合機(V−10型:(株)徳寿製作所)で0.5s−1、回転時間5分間で混合し、二成分系現像剤を得た。
二成分系現像剤を用い、評価を行った。
1000枚連続通紙前後の画像濃度の変動によって色味安定性を評価した。画像形成装置として、キヤノン(株)製フルカラー複写機imageRUNNER ADVANCE C5255改造機を用いた。温度32.5℃/相対湿度80%(以下「H/H環境」とも記載する)、で画出し評価(A4横、80%印字比率、1,000枚連続通紙)を行った。
初期(1枚目)と1,000枚連続通紙時の画出し評価の項目と評価基準を以下に示す。
X−Riteカラー反射濃度計(500シリーズ:X−Rite社製)を使用し、画像濃度(FFh画像部;ベタ部)、カブリ(00H画像部;白地部)を測定した。そして、下記式を用いて1,000枚連続通紙前後でのFFh画像部(ベタ部)の画像濃度の変動を算出した。
画像濃度の変動=初期(1枚目)のFFh画像部(ベタ部)の画像濃度−1,000枚目のFFh画像部(ベタ部)の画像濃度
本発明ではDランク以上であれば許容できる。
A:0.05未満
B:0.05以上0.10未満
C:0.10以上0.15未満
D:0.15以上0.20未満
E:0.20以上
評価環境を温度23℃/相対湿度50%(「N/N環境」とも記載する)に変更した以外は、評価1と同様に評価を行った。
画像形成装置として、キヤノン(株)製フルカラー複写機imageRUNNER ADVANCE C5255改造機を用いた。高温高湿環境下(温度30℃/相対湿度80%)での7万枚の耐久画像出力試験後に、ベタ画像を出力した。ベタ画像形成時の感光体ドラム上の転写残トナーを、透明なポリエステル製の粘着テープによりテーピングしてはぎ取った。はぎ取った粘着テープを紙上に貼り、その濃度を分光濃度計500シリーズ(X−Rite社)で測定した。また、粘着テープのみを紙上に貼り、その際の濃度も測定した。前者の濃度から後者の濃度の値を差し引いた濃度差を算出し、この濃度差を以下に示す評価基準に基づいて評価した。本発明ではDランク以上であれば許容できる。
A:0.05未満
B:0.05以上0.10未満
C:0.10以上0.15未満
D:0.15以上0.20未満
E:0.20以上
キヤノン(株)製フルカラー複写機imageRUNNER ADVANCE C9075PROを、定着温度、プロセススピードを自由に設定できるように改造して定着温度領域の試験を行った。画像は単色モードで常温常湿度環境下(温度23℃/相対湿度50〜60%)において、紙上のトナー載り量が1.2mg/cm2になるように調整し、未定着画像を作製した。評価紙は、コピー用紙GF−C081(A4、坪量81.4g/m2)キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)を用い、画像印字比率25%で画像を形成した。その後、常温常湿度環境下(温度23℃/相対湿度50〜60%)において、プロセススピードを450mm/秒に設定し、定着温度を100℃から順に5℃ずつ上げ、オフセットが生じない温度幅(定着可能温度〜オフセット発生温度)を定着可能領域とした。定着可能領域の下限温度を低温定着温度とした。本発明ではDランク以上であれば許容できる。
A:130℃未満
B:130℃以上135℃未満
C:135℃以上140℃未満
D:140℃以上145℃未満
E:145℃以上
実施例1と同様にして二成分系現像剤を得た。
実施例1と同様にして評価を行った結果を表4に示す。
実施例1と同様にして二成分系現像剤を得た。
実施例1と同様にして評価を行った結果を表4に示す。
比較例1で用いたトナー21は、溶解懸濁法で製造されている。熱処理を行っていないため、ワックスの染み出しが行われていない。そのため疎水性のレベルが悪く、色味の安定性を満足することができていない。また結晶性樹脂を含有していないため、低温定着性も満足できるレベルになっていない。
比較例2で用いたトナー22は、乳化凝集法で製造されている。熱処理を行っていないため、ワックスの染み出しが行われていない。そのため疎水性のレベルが悪く、色味の安定性を満足することができていない。また結晶性樹脂を含有していないため、低温定着性も満足できるレベルになっていない。
比較例3で用いたトナー23は、乳化凝集法で製造されている。熱処理を行っていないため、ワックスの染み出しが行われていない。そのため疎水性のレベルが悪く、色味の安定性を満足することができていない。結晶性樹脂を含んでいるため、低温定着性は良いレベルにある。しかし、その分水分を吸着しやすくなり、色味の安定性に欠けている。
2.圧縮気体流量調整手段
3.導入管
4.突起状部材
5.供給管
6.処理室
7.熱風供給手段
8.冷風供給手段
9.規制手段
10.回収手段
11.熱風供給手段出口
12.分配部材
13.旋回部材
14.粉体粒子供給口
Claims (5)
- 結着樹脂、結晶性樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナーであって、
該結着樹脂は、該結着樹脂の質量を基準として、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有し、
該結晶性樹脂は、結晶性エステル化合物又は結晶性エーテル化合物であり、
該トナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度80%における吸着過程の吸着水分量が6.0mg/g以下である
ことを特徴とするトナー。 - 該トナーの30℃における水分吸脱着等温線において、相対湿度50%における吸着過程の吸着水分量が4.0mg/g以下である請求項1に記載のトナー。
- 該結晶性エステル化合物は結晶性ポリエステルである請求項1または2に記載のトナー。
- 該トナーの表面は、熱風により表面が処理されており、該熱風温度が120℃以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
- 分散された樹脂粒子を凝集させ凝集粒子を形成する工程と、該凝集粒子を融合させる工程により得られる融合粒子を含有するトナーの製造方法であり、該トナーは請求項1〜4のいずれかに記載のトナーであることを特徴とするトナーの製造方法。
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