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JP2008122560A - 静電荷像現像用トナー及びその製造方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナー及びその製造方法 Download PDF

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JP2008122560A JP2006304944A JP2006304944A JP2008122560A JP 2008122560 A JP2008122560 A JP 2008122560A JP 2006304944 A JP2006304944 A JP 2006304944A JP 2006304944 A JP2006304944 A JP 2006304944A JP 2008122560 A JP2008122560 A JP 2008122560A
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Seiji Matsubara
政治 松原
Asao Matsushima
朝夫 松島
Yoshiaki Kobayashi
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Abstract

【課題】低温定着性と耐熱保存性(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障等の画像欠陥がない)を両立するとともに、臭気を発生しない静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】下記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合した樹脂を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、前記一般式(1)で表される化合物の前記樹脂に対する組成比が20〜45質量%であり、前記一般式(1)で表される化合物の揮発量が前記静電荷像現像用トナーに対して5ppm以下であり、かつ、ガラス転移点が20〜40℃であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
一般式(1) H2C=CH−COOR
(式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は静電荷像現像用トナー及びその製造方法に関し、特に多層構造を有する静電荷像現像用トナー及びその製造方法に関する。
近年、プリンターやコピー機の可動時の消費電力を低減化することに精力的な研究が進められてきている。また、ネット環境の浸透によるオフィスでのプリンター使用の高頻度化や、プリンターやファクシミリ等のデジタル機器のホームユース化といった時代の潮流によるさまざまな形態のオフィスや家庭内での使用機会の拡大に伴い、低格電力や電力コストを削減することは不可避の課題となっている。そこで、プリンターやコピー機は定着時に必要な熱やエネルギーを削減することでその課題を達成しようとし、低温定着化が求められている。その一例として、低融点のワックスを含有させたトナーにより、従来よりも低い温度で定着画像を形成することが可能な技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、低温定着が可能なトナーは熱的安定性に難点を有する傾向があり、画像欠陥(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障)を生じたり、保管時や輸送時にトナー同士がくっついてしまうブロック化等の現象を発生することがあった。
特開2001−42564号公報
低温でトナーが溶融するようにガラス転移点を低下させるためには、一般式(1)で表されるようなポリマーガラス転移点が低い重合性単量体(モノマー)を増量しなければならないが、このようなモノマーは、重合反応性が低いため重合時に未反応モノマーとして残留しやすい。その結果、残留モノマーが可塑剤として働き、耐熱保存性に問題を生じたり、トナーの凝集物が生じて画像不良等を引き起こす恐れがある。また、分子量分布の幅が広いものを用いると部分的に溶融しにくくなり定着不良を引き起こすことが考えられる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は低温定着性と耐熱保存性(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障等の画像欠陥がない)を両立するとともに、臭気を発生しない静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供することである。
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
1.下記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合した樹脂を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、前記一般式(1)で表される化合物の前記樹脂に対する組成比が20〜45質量%であり、前記一般式(1)で表される化合物の揮発量が前記静電荷像現像用トナーに対して5ppm以下であり、かつ、ガラス転移点が20〜40℃であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
一般式(1) H2C=CH−COOR
(式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。)
2.前記樹脂の重量平均分子量(Mw)が10000〜50000、数平均分子量(Mn)が5000〜25000、Mw/Mnが2〜4であることを特徴とする前記1に記載の静電荷像現像用トナー。
3.下記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合し、樹脂粒子を重合する工程、前記樹脂粒子と着色剤粒子を凝集融着する工程を有する静電荷像現像用トナーの製造方法において、前記重合する工程では、n回重合反応を行い(ただし、nは2以上)、重合開始剤は2回に分割して添加するものであり、1回目の重合反応時に全重合開始剤量の30質量%以上を投入し、n回目の重合反応の重合率が90%以上になった際に、残りの重合開始剤量を投入することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
一般式(1) H2C=CH−COOR
(式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。)
本発明により、低温定着性と耐熱保存性(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障等の画像欠陥がない)を両立するとともに、臭気を発生しない静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供することができる。
本発明者らは、鋭意検討した結果、前記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合した樹脂を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、前記一般式(1)で表される化合物の前記樹脂に対する組成比が20〜45質量%であり、前記一般式(1)で表される化合物の揮発量が前記静電荷像現像用トナーに対して5ppm以下であり、かつ、ガラス転移点が20〜40℃である静電荷像現像用トナーにより、低温定着性と耐熱保存性(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障等の画像欠陥がない)を両立するとともに、臭気を発生しない静電荷像現像用トナーが得られることを見出した。
以下、本発明を詳細に説明する。
〔本発明の技術思想〕
低温定着性を有する静電荷像現像用トナー(以下、トナーともいう)を得るには、トナーのガラス転移点(以下、Tgともいう)を低くする必要がある。そのためには、前記一般式(1)で表されるようなTgの低くなる重合性単量体を多量に用いなければならない。
しかし、一般式(1)で表されるような重合性単量体は、重合の反応性がスチレンと比べて低くなるため、重合時に未反応モノマーとして残留しやすくなる。さらに、一般式(1)で表されるような重合性単量体は、臭いが強く、臭気性が高くなる。また、定着時の加熱によりトナー臭気が発生するとともに、トナーに可塑剤的な効果をもたらす。ここで言う可塑剤的な効果とは、トナーがより低い温度で溶融するため低温定着性には有利に働くが、トナーの耐熱保存性の観点からするとトナー同士が凝集しやすくなって、より低温での保管が必要になる。また、トナーの凝集物が生じて画像不良等を起こす恐れがある。一般式(1)で表されるようなTgの低くなる重合性単量体をトナーに対して5ppm以下にすることによって、この両者を両立させることが可能なのである。
このようなトナーを得るためには、例えば多段階で重合反応を行う際に、重合初期に加えた重合開始剤を多段階反応にて消費されてから、最終重合反応時の重合率が90%以上になった際に、重合開始剤を再度添加することで、反応性の低い一般式(1)で表されるような重合性単量体の重合反応を進行させることが可能となり、トナー中での残存量を少なくし、揮発量を低減することが可能となったのである。
すなわち、追加の重合開始剤を添加した後、一定時間温度を保つことで、追加した重合開始剤による重合反応が新たに開始され、反応系中に残存している重合性単量体の反応が促進する。さらに、重合開始剤を添加した後に、重合温度を高温にすることで、系内に残存している重合開始剤を全て分解してしまうとともに、重合開始剤を急速に分解することでさらに未反応モノマーの反応を促進することが可能となる。
また、低Tg化を進めるためには分子量を低く設定する必要があり、重合開始剤の量を従来よりも増量する手法が採られるが、この手法では、重合反応が促進され、オリゴマー(2量体、3量体等の低分子量成分)量も増加するため、耐熱保存性に悪影響を及ぼす。このため、重合開始剤総量を抑制しつつ、重合初期に加えた重合開始剤が十分消費されてから、追加の重合開始剤を添加することで、重合を望ましい状態で進めることが可能になる。
〔一般式(1)で表される化合物〕
本発明は、下記一般式(1)で表される化合物(モノマー)を樹脂の共重合体成分として含むことが特徴である。
一般式(1) H2C=CH−COOR
式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。具体的な化合物としては、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシルが挙げられ、中でもアクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシルが好ましい。
一般式(1)で表される化合物(モノマー)の共重合体成分としては20〜45質量%含むことが必要であり、好ましくは20〜30質量%である。20質量%未満では低温定着性が難しく、45質量%を超えると耐熱保存性が劣化する。
〔一般式(1)で表される化合物以外のモノマー〕
本発明に係る樹脂の共重合体成分として、一般式(1)で表される化合物以外のモノマーとしては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン等のスチレンあるいはスチレン誘導体、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル誘導体、アクリル酸ステアリル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル誘導体、エチレン、プロピレン、イソブチレン等のオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン系ビニル類、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等のビニルエステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン等のビニルケトン類、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物、ビニルナフタレン、ビニルピリジン等のビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体がある。これらビニル系単量体は単独あるいは組み合わせて使用することができる。
また、樹脂を構成する重合性単量体としてイオン性解離基を有するものを組み合わせて用いることがさらに好ましい。例えば、カルボキシル基、スルフォン酸基、リン酸基等の置換基を単量体の構成基として有するもので、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマール酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、スチレンスルフォン酸、アリルスルフォコハク酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸、アシッドホスホオキシエチルメタクリレート、3−クロロ−2−アシッドホスホオキシプロピルメタクリレート等が挙げられる。
さらに、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレン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、ネオペンチルグリコールジアクリレート等の多官能性ビニル類を使用して架橋構造の樹脂とすることもできる。
〔トナー用素材等〕
本発明のトナーには着色剤、ワックス(離型剤)、重合開始剤、連鎖移動剤、界面活性剤(分散安定剤)等を用いることが好ましい。
(着色剤)
本発明のトナーに使用する着色剤としてはカーボンブラック、磁性体、染料、顔料等を任意に使用することができ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等が使用される。磁性体としては鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイト等の強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金、例えばマンガン−銅−アルミニウム、マンガン−銅−錫等のホイスラー合金と呼ばれる種類の合金、二酸化クロム等を用いることができる。
染料としてはC.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95等を用いることができ、またこれらの混合物も用いることができる。顔料としてはC.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同156、同158、同180、同185、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントブルー15:3、同60等を用いることができ、これらの混合物も用いることができる。数平均一次粒子径は種類により多様であるが、概ね10〜200nm程度が好ましい。
着色剤の添加方法としては、樹脂粒子を凝集剤の添加にて凝集させる段階で添加し重合体を着色する。なお、着色剤は表面をカップリング剤等で処理して使用することができる。
(ワックス(離型剤))
本発明のトナーに使用可能なワックスとしては、従来公知のものが挙げられる。具体的には、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトン等のジアルキルケトン系ワックス、カルナウバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラミリステート、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ベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート等のエステル系ワックス、エチレンジアミンジベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミド等のアミド系ワックス等が挙げられる。
ワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点を上記範囲内にすることにより、トナーの耐熱保存性が確保されるとともに、低温で定着を行う場合でもコールドオフセット等を起こさずに安定したトナー画像形成が行える。また、トナー中のワックス含有量は、1〜30質量%が好ましく、さらに好ましくは5〜20質量%である。
次に、トナーの製造方法に用いられる重合開始剤、連鎖移動剤及び界面活性剤について説明する。
(重合開始剤)
本発明のトナーを構成する樹脂は、前述の重合性単量体を重合して生成されるが、本発明に使用可能な重合開始剤(ラジカル重合開始剤)には以下のものがある。
具体的には、油溶性の重合開始剤としては、2,2′−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、1,1′−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2′−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンペルオキサイド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキサイド、t−ブチルヒドロペルオキサイド、ジ−t−ブチルペルオキサイド、ジクミルペルオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、2,2−ビス−(4,4−t−ブチルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス−(t−ブチルペルオキシ)トリアジン等の過酸化物系重合開始剤や過酸化物を側鎖に有する高分子開始剤等を挙げられる。
また、乳化重合法で樹脂粒子を形成する場合は水溶性の重合開始剤(ラジカル重合開始剤)が使用可能である。水溶性の重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩、過酸化水素等を挙げることができる。
(連鎖移動剤)
樹脂の分子量を調整することを目的として、連鎖移動剤を用いることができる。
連鎖移動剤としては、特に限定されるものではなく、例えばオクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン等のメルカプタン、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル、ターピノーレン、四臭化炭素及びα−メチルスチレンダイマー等が使用される。
(界面活性剤)
また、反応系中に重合性単量体等を適度に分散させておくために分散安定剤を使用することも可能である。分散安定剤としては、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナ等を挙げることができる。さらに、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、エチレンオキサイド付加物、高級アルコール硫酸ナトリウム等の界面活性剤として一般的に使用されているものを分散安定剤として使用することができる。
本発明に用いられる界面活性剤について説明する。
前述の重合性単量体を使用して重合を行うためには、界面活性剤を使用して水系媒体中に油滴分散を行う必要がある。この際に使用することのできる界面活性剤としては特に限定されるものではないが、下記のイオン性界面活性剤を好適なものの例として挙げることができる。
イオン性界面活性剤としては、スルホン酸塩(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アリールアルキルポリエーテルスルホン酸ナトリウム、3,3−ジスルホンジフェニル尿素−4,4−ジアゾ−ビス−アミノ−8−ナフトール−6−スルホン酸ナトリウム、オルト−カルボキシベンゼン−アゾ−ジメチルアニリン、2,2,5,5−テトラメチル−トリフェニルメタン−4,4−ジアゾ−ビス−β−ナフトール−6−スルホン酸ナトリウム等)、硫酸エステル塩(ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム等)、脂肪酸塩(オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、カプリン酸ナトリウム、カプリル酸ナトリウム、カプロン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム等)が挙げられる。
また、ノニオン性界面活性剤も使用することができる。具体的には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドの組み合わせ、ポリエチレングリコールと高級脂肪酸とのエステル、アルキルフェノールポリエチレンオキサイド、高級脂肪酸とポリエチレングリコールのエステル、高級脂肪酸とポリプロピレンオキサイドのエステル、ソルビタンエステル等を挙げることができる。
〔トナーの製造方法〕
次に、本発明のトナーの製造方法について説明する。
本発明のトナーの製造方法では、前記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合し、樹脂粒子を重合する工程、前記樹脂粒子と着色剤粒子を凝集融着する工程を有し、前記重合する工程で重合開始剤の30%以上を投入した後、少なくとも2回以上重合反応を進行させ、重合率が90%以上になった時に、残りの重合開始剤を投入することが特徴である。
前述のように、重合初期に加えた重合開始剤が十分消費されてから、追加の重合開始剤を添加することで重合反応を好ましい状態に保つことが可能になる。追加の重合開始剤を添加してからも、一定時間温度を保つことで穏やかな重合が維持される。その後、高温にすることで、系内に残存している重合開始剤を全て分解してしまうとともに、重合開始剤を急速に分解することでさらに未反応モノマーの反応を促進することが可能となる。
重合開始剤の量を従来通りにすると、オリゴマーレベルでの重合を促進し、結果として、耐熱保存性に悪影響を及ぼす。このため、重合開始剤総量を抑制しつつ、重合初期に加えた重合開始剤が十分消費されてから、追加の重合開始剤を添加することで、重合を望ましい状態で進めることが可能になる。
重合率は、後述する(重合率の測定)方法により算出することができる。
多層構造樹脂粒子(コア・シェル構造粒子)を例に本発明のトナーの製造法を以下に詳しく説明する。
例えば、以下のような工程を経て作製されるものである。
(1)離型剤を重合性単量体に溶解あるいは分散する溶解/分散工程
(2)樹脂粒子の分散液を調製するための重合工程
(3)水系媒体中で樹脂粒子と着色剤粒子を凝集、融着させてコア粒子(会合粒子)を得る凝集・融着工程
(4)会合粒子を熱エネルギーにより熟成して形状を調整する第1の熟成工程
(5)コア粒子分散液中に、シェル用の樹脂粒子を添加してコア粒子表面にシェル用粒子を凝集、融着させてコア・シェル構造の着色粒子を形成するシェル化工程
(6)コア・シェル構造の着色粒子を熱エネルギーにより熟成して、コア・シェル構造の着色粒子の形状を調整する第2の熟成工程
(7)冷却された着色粒子分散液から着色粒子を固液分離し、当該着色粒子から界面活性剤等を除去する洗浄工程
(8)洗浄処理された着色粒子を乾燥する乾燥工程
また、必要に応じて乾燥工程の後に、
(9)乾燥処理された着色粒子に外添剤を添加する工程
上記各工程については、後で詳述する。
本発明のトナーを製造する場合、先ず、樹脂粒子と着色剤粒子とを会合融着させてコアとなる粒子(以下コア粒子という)を作製する。次に、コア粒子分散液中に樹脂粒子を添加して、コア粒子表面にこの樹脂粒子を凝集、融着させることによりコア粒子表面を被覆してコア・シェル構造を有する着色粒子を作製する。このように、本発明のトナーは、各種製法で作製されたコア粒子の分散液中に、樹脂粒子を添加してコア粒子に融着させてコア・シェル構造のトナーを作製するものである。
本発明のトナーはシェルの厚みが薄くかつ膜厚が一定していることが好ましい。シェル形成後は粒径の一定した小粒径で形状の揃ったトナーが好ましい。このような構造と形状を有するトナーを作製するためには、コア粒子は極めて粒径の揃った、均一な形状にしておき、そこにシェル用の樹脂粒子を添加してシェル化を行うことになる。そして、シェル化を行う時に最終的にトナーの形状制御を行って適切な形状を付与させるものであるが、それには粒径が揃った均一な形状を有するコア粒子を作製するのが最も重要である。このようなコア粒子であれば、その表面にシェルを形成する樹脂粒子が均一に付着し、結果として均一な膜厚を有するトナー粒子を作製することができる。
本発明のトナーを構成するコア粒子は、樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集、融着させる製法により作製される。コア粒子の形状は、例えば、凝集・融着工程の加熱温度、第1の熟成工程の加熱温度と時間を制御することにより制御される。
本発明のトナーを構成するコア部の製造は、例えば、樹脂を形成する重合性単量体に離型剤成分を溶解あるいは分散させた後、水系媒体中に機械的に微粒分散させ、ミニエマルジョン重合法により重合性単量体を重合させる工程を経て形成した複合樹脂粒子と着色剤粒子とを後述する塩析/融着させる方法が好ましく用いられる。重合性単量体中に離型剤成分を溶かすときは、離型剤成分を溶解させて溶かしても溶融して溶かしてもよい。
以下、本発明に係わるトナーの各製造工程について説明する。
(1)溶解/分散工程
この工程では、ラジカル重合性単量体に離型剤化合物を溶解させて、離型剤化合物を混合したラジカル重合性単量体溶液を調製する工程である。
(2)重合工程
この重合工程の好適な一例においては、臨界ミセル濃度(CMC)以下の界面活性剤を含有した水系媒体中に、ワックスを溶解あるいは分散含有したラジカル重合性単量体溶液を添加し、機械的エネルギーを加えて液滴を形成させ、次いで水溶性のラジカル重合開始剤を添加し、当該液滴中において重合反応を進行させる。なお、前記液滴中に油溶性重合開始剤が含有されていてもよい。このような重合工程においては、機械的エネルギーを付与して強制的に乳化(液滴の形成)処理が必須となる。かかる機械的エネルギーの付与手段としては、ホモミキサー、超音波、マントンゴーリン等の強い撹拌または超音波振動エネルギーの付与手段を挙げることができる。
この重合工程により、ワックスと結着樹脂とを含有する樹脂粒子が得られる。かかる樹脂粒子は、着色された微粒子であってもよく、着色されていない微粒子であってもよい。着色された樹脂粒子は、着色剤を含有する単量体組成物を重合処理することにより得られる。また、着色されていない樹脂粒子を使用する場合には、後述する凝集・融着工程において、樹脂粒子の分散液に、着色剤粒子の分散液を添加し、樹脂粒子と着色剤粒子とを融着させることで着色粒子とすることができる。
重合温度は、重合開始剤の最低ラジカル生成温度以上であればどの温度を選択してもよいが、例えば50〜90℃の範囲が用いられる。ただし、常温開始の重合開始剤、例えば過酸化水素−還元剤(アスコルビン酸)の組み合わせを用いることで室温またはそれ以上の温度で重合することも可能である。
一般式(1)で表される重合性単量体は、一般的に反応性が低く未反応のまま反応系内に残存する可能性が高いため、この重合工程時における、重合開始剤の添加方法によって制御することが可能である。
未反応の重合性単量体を低減させるには、重合後期(重合率が90%以上)に再度重合開始剤を添加させることが好ましい。その際の添加量は、重合開始剤総量の10質量%以上が好ましい。また、重合開始剤が極性基を有する場合には、トナーを作製した際に水分の吸着が懸念されるため、重合開始剤量は減量することが望ましい。従って、例えば、多段階にわたる重合反応を行う際には、1段目の重合反応時に重合開始剤を添加して重合反応を開始した後に、開始剤の追加添加のないまま数段の重合反応を実施し、最終段階の重合反応の重合後期に、未反応モノマーの反応のために重合開始剤を再度添加することが好ましい。
さらに、未反応モノマーの重合反応を促進させるため、重合温度を上昇することが好ましい。
(3)凝集・融着工程
前記融着工程における凝集、融着の方法としては、重合工程により得られた樹脂粒子(着色または非着色の樹脂粒子)を用いた塩析/融着法が好ましい。また、凝集・融着工程においては、樹脂粒子や着色剤粒子とともに、離型剤微粒子や荷電制御剤等の内添剤微粒子を凝集、融着させることができる。
なお、ここでいう「塩析/融着」とは、凝集と融着を並行して進め、所望の粒子径まで成長したところで、凝集停止剤を添加して粒子成長を停止させ、さらに、必要に応じて粒子形状を制御するための加熱を継続して行うことをいう。
前記凝集・融着工程における「水系媒体」とは、主成分(50質量%以上)が水からなるものをいう。ここに、水以外の成分としては、水に溶解する有機溶媒を挙げることができ、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
着色剤粒子は、着色剤を水系媒体中に分散することにより調製することができる。着色剤の分散処理は、水中で界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度(CMC)以上にした状態で行われる。着色剤の分散処理に使用する分散機は特に限定されないが、好ましくは超音波分散機、機械的ホモジナイザー、マントンゴーリンや圧力式ホモジナイザー等の加圧分散機、サンドグラインダー、ゲッツマンミルやダイヤモンドファインミル等の媒体型分散機が挙げられる。また、使用される界面活性剤としては、前述の界面活性剤と同様のものを挙げることができる。なお、着色剤(微粒子)は表面改質されていてもよい。着色剤の表面改質法は、溶媒中に着色剤を分散させ、その分散液中に表面改質剤を添加し、この系を昇温することにより反応させる。反応終了後、着色剤を濾別し、同一の溶媒で洗浄濾過を繰り返した後、乾燥することにより、表面改質剤で処理された着色剤(顔料)が得られる。
好ましい凝集、融着方法である塩析/融着法は、樹脂粒子と着色剤粒子とが存在している水中に、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩及び3価の塩等からなる塩析剤を臨界凝集濃度以上の凝集剤として添加し、次いで、前記樹脂粒子のガラス転移点以上であって、かつ前記混合物の融解ピーク温度以上に加熱することで塩析を進行させると同時に融着を行う工程である。ここで、塩析剤であるアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩は、アルカリ金属として、リチウム、カリウム、ナトリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等が挙げられ、好ましくはカリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが挙げられる。
凝集、融着を塩析/融着で行う場合、塩析剤を添加した後に放置する時間をできるだけ短くすることが好ましい。この理由として明確ではないが、塩析した後の放置時間によって、粒子の凝集状態が変動し、粒径分布が不安定になったり、融着させたトナーの表面性が変動したりする問題が発生する。また、塩析剤を添加する温度としては少なくとも樹脂粒子のガラス転移点以下であることが必要である。この理由としては、塩析剤を添加する温度が樹脂粒子のガラス転移点以上であると樹脂粒子の塩析/融着は速やかに進行するものの、粒径の制御を行うことができず、大粒径の粒子が発生したりする問題が発生する。この添加温度の範囲としては樹脂のガラス転移点以下であればよいが、一般的には5〜55℃、好ましくは10〜45℃である。
また、塩析剤を樹脂粒子のガラス転移点以下で加え、その後にできるだけ速やかに昇温し、樹脂粒子のガラス転移点以上であって、かつ、前記混合物の融解ピーク温度(℃)以上の温度に加熱する。この昇温までの時間としては1時間未満が好ましい。さらに、昇温を速やかに行う必要があるが、昇温速度としては、0.25℃/分以上が好ましい。上限としては特に明確ではないが、瞬時に温度を上げると塩析が急激に進行するため、粒径制御がやりにくいという問題があり、5℃/分以下が好ましい。この融着工程により、樹脂粒子及び任意の微粒子が塩析/融着されてなる会合粒子(コア粒子)の分散液が得られる。
(4)第1の熟成工程
そして、本発明では、凝集・融着工程の加熱温度や特に第1の熟成工程の加熱温度と時間の制御することにより、粒径が一定で分布が狭く形成したコア粒子表面が平滑だが均一な形状を有するものになるように制御する。具体的には、凝集・融着工程で加熱温度を低めにして樹脂粒子同士の融着の進行を抑制させて均一化を促進させ、第1の熟成工程で加熱温度を低めに、かつ、時間を長くしてコア粒子の表面が均一な形状のものに制御する。
(5)シェル化工程
シェル化工程では、コア粒子分散液中にシェル用の樹脂粒子分散液を添加してコア粒子表面にシェル用の樹脂粒子を凝集、融着させ、コア粒子表面にシェル用の樹脂粒子を被覆させて着色粒子を形成する。
具体的には、コア粒子分散液は上記凝集・融着工程及び第1の熟成工程での温度を維持した状態でシェル用樹脂粒子の分散液を添加し、加熱撹拌を継続しながら数時間かけてゆっくりとシェル用樹脂粒子をコア粒子表面に被覆させて着色粒子を形成する。加熱撹拌時間は、1〜7時間が好ましく、3〜5時間が特に好ましい。
(6)第2の熟成工程
シェル化により着色粒子が所定の粒径になった段階で塩化ナトリウム等の停止剤を添加して粒子成長を停止させ、その後もコア粒子に付着させたシェル用樹脂粒子を融着させるために数時間加熱撹拌を継続する。そして、シェル化工程ではコア粒子表面に厚さが100〜300nmのシェルを形成する。このようにして、コア粒子表面に樹脂粒子を固着させてシェルを形成し、丸みを帯び、しかも形状の揃った着色粒子が形成される。
第2の熟成工程の時間を長めに設定したり、熟成温度を高めに設定することで着色粒子の形状を真球方向に制御することが可能である。
(7)冷却工程・固液分離・洗浄工程
この工程は、前記着色粒子の分散液を冷却処理(急冷処理)する工程である。冷却処理条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却する。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
この固液分離・洗浄工程では、上記の工程で所定温度まで冷却された着色粒子の分散液から当該着色粒子を固液分離する固液分離処理と、固液分離されたトナーケーキ(ウエット状態にある着色粒子をケーキ状に凝集させた集合物)から界面活性剤や塩析剤等の付着物を除去する洗浄処理とが施される。ここに、濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェ等を使用して行う減圧濾過法、フィルタープレス等を使用して行う濾過法等特に限定されるものではない。
(8)乾燥工程
この工程は、洗浄処理されたケーキを乾燥処理し、乾燥された着色粒子を得る工程である。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機等を挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機等を使用することが好ましい。乾燥された着色粒子の水分は、5質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは2質量%以下とされる。なお、乾燥処理された着色粒子同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
(9)外添処理工程
この工程は、乾燥された着色粒子に必要に応じ外添剤を混合し、トナーを作製する工程である。
外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル等の機械式の混合装置を使用することができる。
複合樹脂粒子の質量平均粒径(分散粒子径)は、10〜1000nmの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは30〜300nmの範囲とされる。
この質量平均粒径は、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定される。
〔一般式(1)で表される化合物の揮発量〕
本発明のトナーは、一般式(1)で表される化合物(モノマー)の揮発量がトナーに対して5ppm以下が必要で、好ましくは0.1〜3ppmである。モノマーの残存量が5ppmを超えると、前述のように定着時の加熱によりトナー臭気が発生するとともに、トナーに可塑剤的な効果をもたらす。可塑剤的な効果により低温定着性には有利に働くが、トナーの耐熱保存性の観点はトナー同士が凝集しやすくなり、より低温での保管が必要になる。また、トナーの凝集物が生じて画像不良等を起こす恐れがある。
本発明の前記トナーの製造方法を用いることで、トナー中のモノマーの残存量をトナーに対して5ppm以下にすることができる。
(揮発物の定量方法)
トナー中の揮発物(残存モノマー)量は、共重合した樹脂分散液をヘッドスペースガスクロマトグラフィーにより定量することができる。
ヘッドスペースガスクロマトグラフィー法は、トナーを容器に封入し、複写機の熱定着温度程度に加熱し、容器中に揮発成分が充満した状態で速やかに容器中のガスをガスクロマトグラフに注入し、質量分析を行って化合物の同定を行いながら揮発成分を定量するものである。
樹脂由来の不純物や微量の添加物を測定する方法としては、溶媒に樹脂またはトナーを溶解してガスクロマトグラフに注入する方法もよく知られいるが、この方法では、溶媒のピークに不純物や測定しようとする微量の添加物成分のピークが隠れてしまうことがあり、トータルの揮発性成分量を測定するには、上記のヘッドスペース法を適用することが好ましい。また、ヘッドスペース法ではガスクロマトグラフにより、揮発成分の全ピークを観測することを可能にするととに、電磁気的相互作用を利用した分析法を用いることによって、高精度で揮発性物質やモノマー等を定量をも併せて行うことができる。
(測定条件)
1.試料の採取
20mlヘッドスペース用バイアルに0.8gの試料を採取する。試料の量は、質量当たりの面積を算出するのに必要なため、0.01gまで秤量する。専用クリンパーを用いてバイアルをセプタムを用いてシールする。
2.試料の加熱
170℃の恒温槽にバイアルを立てた状態で入れ30分加熱する。
3.ガスクロマトグラフィー分離条件の設定
質量比で15%になるようにシリコンオイルSE−30でコーティングした担体を内径2.5mm、長さ30mのカラムに充填したものを分離カラムとして用いる。分離カラムをガスクロマトグラフに装備し、Heヲキャリアーとして、50ml/分で流す。分離カラムの温度を40℃にして3分間保持し、その後10℃/分で200℃まで昇温させ、200℃に到達後、5分間保持し測定する。
4.試料の注入
バイアルを恒温槽から取り出し、直ちにガスタイトシリンジで1mlを注入する。
5.計算
モノマーの定量は、各モノマーについて予め作成した検量線を用いて算出する。
6.装置としては下記の構成が好ましい。
(a)ヘッドスペース条件
ヘッドスペース装置:HP7694 Head Space Sampler(ヒューレットパッカード社製)
温度条件:トランスファーライン 200℃、ループ温度200℃
サンプル量:0.8g/20mlバイアル
(b)GC/MS条件
GC:HP5890(ヒューレットパッカード社製)
MS:HP5971(ヒューレットパッカード社製)
カラム:HP−624(30m×内径0.25mm)
オーブン温度:初期温度40℃(保持時間3分)、昇温速度10℃/分、到達温度200℃(保持時間5分)
測定モード:SIM(セレクトイオンモニター)モード
ヘッドスペースガスクロマトグラフィーにより定量される揮発性物質の具体例としては、モノマーであるスチレン、o−メチルスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、架橋性モノマーであるn−オクチルメルカプタン、n−デシルメルカプタン等が挙げられる。
〔トナーのTg〕
本発明のトナーは、Tgが20〜40℃であることが必要である。Tgが20℃未満では耐熱保存性が劣化し、40℃を超えると低温定着性が難しくなる。
Tgを20〜40℃の範囲にするには、共重合体樹脂を形成するモノマーの種類と量を調整する。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、2−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート等はTgを引き下げるモノマーであり、スチレン、メチルメタクリレート、メタクリル酸等はTgを引き上げるモノマーである。
Tgは示差走査熱量分析方法により測定することができ、例えばDSC−7示差走査カロリメーター(パーキンエルマー社製)、TAC7/DX熱分析装置コントローラー(パーキンエルマー社製)を用いて行うことができる。
測定手順としては、トナー4.5〜5.0mgを0.01mgまで精秤しアルミニウム製パン(KITNO.0219−0041)に封入し、DSC−7サンプルホルダーにセットする。リファレンスは空のアルミニウム製パンを使用した。測定条件としては、測定温度0〜200℃、昇温速度10℃/分、降温速度10℃/分で、Heat−Cool−Heatの温度制御で行い、その2nd Heatにおけるデータをもとに解析を行った。
Tgは第1の吸熱ピークの立ち上がり前のベースラインの延長線と、第1の吸熱ピークの立ち上がり部分からピーク頂点までの間で最大傾斜を示す接線を引き、その交点をTgとする。
〔樹脂の分子量〕
本発明のトナーを構成する樹脂の重量平均分子量(Mw)は10000〜50000、数平均分子量(Mn)は5000〜25000、Mw/Mnは2〜4であることが好ましい。
モノマーの種類と量の調整及び分子量をこれらの範囲に調整することで、本発明のTgを有するトナーを得ることができる。また、分子量分布の広いものを用いると部分的に溶融しにくくなり、定着不良を引き起こすことがある。
樹脂の分子量はGPCにて下記の方法により測定できる。
GPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフ)による樹脂の分子量の測定方法としては、1mg/mlになるように試料をテトラヒドロフランに溶解する。溶解条件としては、室温にて超音波分散機を用いて5分間行う。次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理した後、GPCへ10μl試料溶解液を注入する。
GPCの測定条件を下記に示す。
装置:HLC−8220(東ソー社製)
カラム:TSKguardcolumm+TSKgelSuperHZM−M 3連(東ソー社製)
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.2ml/分
検出器:屈折率検出器(RI検出器)
試料の分子量測定では、試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出する。検量線測定用のポリスチレンは10点用いた。
(重合率の測定)
重合率の測定は、GPC測定チャートにおけるMw=500前後の面積比率により算出を行った。
具体的には、重合反応液を一部採取し、すぐに固液分離後乾燥し、上記樹脂の分子量と同様の測定方法において、採取した樹脂の重合率を下記式により算出した。
重合率=(Mw=500以上の全ピーク面積)/(Mw=500以下の全ピーク面積)
なお、Mw=500以下のピークには、溶媒ピークを含まないものとする。
(トナー粒子径)
本発明のトナー粒子径としては、体積基準におけるメディアン径(D50)が3〜8μmが好ましい範囲である。この粒子径では、高画質に対応した画質の再現性が望めるからである。
(トナー円形度)
本発明のトナー形状係数(SF−1)は、110〜150であることが好ましい。上記範囲内では、トナーの搬送性とクリーニング性の両立が得られやすいからである。
(現像剤)
本発明のトナーは、一成分現像剤、非磁性一成分現像剤、二成分現像剤として用いることができる。
一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤あるいはトナー中に0.1〜0.5μm程度の磁性粒子を含有させ磁性一成分現像剤としたものが挙げられ、いずれにも使用することができる。また、キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合は、キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイト等の鉄含有磁性粒子に代表される、従来から公知の材料を用いることができるが、特に好ましくはフェライト粒子もしくはマグネタイト粒子である。上記キャリアの体積平均粒径は15〜100μmのものが好ましく、20〜80μmのものがより好ましい。
キャリアの体積基準分布のメディアン径D50の測定は、レーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)を用いて測定することができる。
キャリアは、磁性粒子が更に樹脂により被覆されているコーティングキャリア、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアが好ましい。コーティング用の樹脂組成としては、特に限定はないが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エステル系樹脂あるいはフッ素含有重合体系樹脂等が用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては特に限定されず、公知のものを使用することができ、例えば、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
また、キャリアとトナーの混合比は、質量比でキャリア:トナー=1:1〜50:1の範囲が好ましい。
〔本発明のトナーを用いた画像形成方法及び画像形成装置〕
次に、本発明のトナーが使用可能な画像形成方法について説明する。本発明のトナーは、例えば、プリント速度が300mm/sec(A4用紙に換算して65枚/分の出力性能)レベル以上の高速のフルカラー画像形成装置に使用されることが好ましい。具体的には、短時間で大量の文書をオンデマンドに作成ことが可能なプリンタ等が挙げられる。また、本発明では、定着ローラの温度を150℃以下、好ましくは130℃以下の温度にする画像形成方法に適用することも可能である。
図1は、本発明のトナーを使用することが可能な画像形成装置の一例で、その断面図を示すものである。
画像形成ユニット9Y、9M、9C、9Kより形成された各色の画像は、回動する中間転写体6上に転写手段7Y、7M、7C、7Kにより逐次1次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。
給紙手段である給紙カセット20内に収容された用紙Pは、給紙ローラ21により一枚ずつ給紙され、レジストローラ22を経て、転写手段7Aに搬送され、用紙P上に前記カラー画像が2次転写される。
カラー画像が転写された前記用紙Pは、本発明の定着装置である定着装置17により定着処理され、搬送手段である搬送ローラ23、24を経て、排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
図2は、図1の画像形成装置に使用可能な定着装置17の一例を示す断面図であり、加熱ローラ17aとこれに当接する加圧ローラ17bとを備えている。なお、図2において、Tは転写紙(画像形成支持体)P上に形成されたトナー像である。
加熱ローラ17aは、フッ素樹脂または弾性体からなる被覆層171が芯金172の表面に形成され、線状ヒーターよりなる加熱部材173を内包している。
芯金172は、金属から構成され、その内径は10〜70mmとされる。芯金172を構成する金属としては特に限定されるものではないが、例えば鉄、アルミニウム、銅等の金属あるいはこれらの合金を挙げることができる。
芯金172の肉厚は0.1〜15mmとされ、省エネルギーの要請(薄肉化)と、強度(構成材料に依存)とのバランスを考慮して決定される。例えば、0.57mmの鉄よりなる芯金と同等の強度を、アルミニウムよりなる芯金で保持するためには、その肉厚を0.8mmとする必要がある。
被覆層171を構成するフッ素樹脂としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)及びPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)等が挙げられる。
フッ素樹脂からなる被覆層171の厚みは10〜500μmとされ、好ましくは20〜400μmである。また、被覆層171を構成する弾性体としては、LTV、RTV、HTV等の耐熱性の良好なシリコーンゴム及びシリコーンスポンジゴム等が挙げられる。被覆層171を構成する弾性体のアスカーC硬度は、80°未満とされ、好ましくは60°未満とされる。また、弾性体からなる被覆層171の厚みは0.1〜30mmとされ、好ましくは0.1〜20mmとされる。
加熱部材173は、ハロゲンヒーターを好適に使用することができる。
加圧ローラ17bは、弾性体からなる被覆層174が芯金175の表面に形成されてなる。被覆層174を構成する弾性体は特に限定されるものではなく、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の各種軟質ゴム及びスポンジゴムを挙げられ、被覆層174を構成するものとして例示したシリコーンゴム及びシリコーンスポンジゴムを用いることが好ましい。被覆層174を構成する弾性体のアスカーC硬度は、80°未満とされ、好ましくは70°未満、さらに好ましくは60°未満とされる。また、被覆層220の厚みは0.1〜30mmとされ、好ましくは0.1〜20mmとされる。
芯金175を構成する材料としては特に限定されるものではないが、アルミニウム、鉄、銅等の金属またはそれらの合金を挙げることができる。
加熱ローラ17aと加圧ローラ17bとの当接荷重(総荷重)は、通常40〜350Nとされ、好ましくは50〜300N、さらに好ましくは50〜250Nである。この当接荷重は、加熱ローラ17aの強度(芯金110の肉厚)を考慮して規定され、例えば0.3mmの鉄よりなる芯金を有する加熱ローラにあっては、250N以下とすることが好ましい。
また、耐オフセット性及び定着性の観点から、ニップ幅としては4〜10mmであることが好ましく、当該ニップの面圧は0.6×105〜1.5×105Paであることが好ましい。
なお、本発明に係る画像形成装置は、加熱ロール方式の定着装置の代わりに誘導加熱方式の定着装置を使用することも可能である。
本発明に使用される転写材Pは、トナー画像を保持する支持体で、通常画像支持体、記録材あるいは転写紙と通常よばれるものである。具体的には薄紙から厚紙までの普通紙や上質紙、アート紙やコート紙等の塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、OHP用のプラスチックフィルム、布等の各種転写材を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの態様に限定されるものではない。なお、以下の「部」とは「質量部」を表す。
実施例
《樹脂粒子1の調製》
(1回目重合)
スチレン 175g
n−ブチルアクリレート 60g
メタクリル酸 15g
n−オクチルメルカプタン 7g
からなるモノマー混合液を、攪拌装置を取り付けた5Lのステンレス釜に入れ、そこにペンタエリスリト−ルテトラベヘン酸エステル100gを添加し、70℃に加温し溶解させてモノマー溶液を調製した。
一方、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム2gをイオン交換水1350mlに溶解させた界面活性剤溶液を70℃に加熱し、前記モノマー溶液に添加、混合した後、循環経路を有する機械式分散機CLEARMIX(エム・テクニック(株)製)により、70℃で30分間分散を行い、乳化分散液を調製した。
次いで、この乳化分散液に、過硫酸カリウム7.0gをイオン交換水150mlに溶解した重合開始剤溶液を添加し、この系を78℃にて1.5時間にわたり加熱攪拌することにより重合を行い、ラテックスを得た。これをラテックス1とする。
(2回目重合(外層の形成))
上記のようにして得られたラテックス1に、過硫酸カリウム12gをイオン交換水220mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下に、
スチレン 334.4g
n−ブチルアクリレート 81.9g
メタクリル酸 38.7g
n−オクチルメルカプタン 7.5g
からなるモノマー混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、GPCにて重合率を測定しながら重合を進行させ、重合率が90%になった時点で、過硫酸カリウム2.28gをイオン交換水75mlに溶解した重合開始剤溶液を添加し、この系を90℃にて1時間にわたり加熱攪拌することにより重合反応を終了させた後、28℃まで冷却しラテックスを得た。このラテックスを樹脂粒子1(コア用ラテックス)とする。
《樹脂粒子2、5の調製》
樹脂粒子1の調製において、(1回目重合)の重合開始剤量と、(2回目重合)における重合性単量体共重合比と、途中で添加する重合開始剤量を表1に記載のように変更するほかは同様にして樹脂粒子2、5を調製した。
《樹脂粒子3、4の調製》
樹脂粒子1の調製において、(1回目重合)のスチレンを108.75g、2−エチルヘキシルアクリレートを120g、メタクリル酸を21.25gにし、重合開始剤量を表1に記載のように変更し、(2回目重合)における重合性単量体共重合比と、途中で添加する重合開始剤量を表1に記載のように変更するほかは同様にして樹脂粒子3、4を調製した。
《樹脂粒子6の調製》
樹脂粒子1の調製において、(1回目重合)のスチレンを193.75g、n−ブチルアクリレートを35g、メタクリル酸を21.25gにし、重合開始剤量を表1に記載のように変更し、(2回目重合)における重合性単量体共重合比と、途中で添加する重合開始剤量を表1に記載のように変更するほかは同様にして樹脂粒子6を調製した。
《樹脂粒子7の調製》
樹脂粒子1の調製において、(1回目重合)のスチレンを101.25g、n−ブチルアクリレートを127.5g、メタクリル酸を21.25gにし、重合開始剤量を表1に記載のように変更し、(2回目重合)における重合性単量体共重合比と、途中で添加する重合開始剤量を表1に記載のように変更するほかは同様にして樹脂粒子7を調製した。
Figure 2008122560
《シェル用樹脂粒子の調製》
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lのステンレス釜(SUS釜)に、ドデシル硫酸ナトリウム8gをイオン交換水3Lに溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で攪拌しながら、液温80℃に昇温した。
この界面活性剤溶液に、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解した重合開始剤溶液を添加し、温度を80℃とした後、下記モノマー混合液を100分かけて滴下し、この系を80℃にて2時間にわたり加熱、攪拌することにより重合を行い、シェル用樹脂粒子を調製した。
スチレン 570g
n−ブチルアクリレート 165g
メタクリル酸 70g
n−オクチルメルカプタン 5.5g
《トナー1の作製》
(着色剤粒子分散液1の調製)
ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム90部をイオン交換水1600部に撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330」(キャボット社製)400部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エムテクニック社製)を用いて分散処理を行い、着色剤粒子分散液1を調製した。
(塩析/融着(会合・融着)工程)(コア部の形成)
420.7部(固形分換算)の樹脂粒子1と、イオン交換水900部と、着色剤粒子分散液1 200部とを、温度センサー、冷却管、窒素導入装置、撹拌装置を取り付けた反応容器に入れて撹拌した。容器内の温度を30℃に調整した後、この溶液に5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを8〜11に調整した。
次いで、塩化マグネシウム・6水和物2部をイオン交換水1000部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて65℃まで昇温した。コルターマルチサイザー3にて粒子径を確認しながら、体積メディアン径が6.5μmになった時点で、塩化ナトリウム40.2部をイオン交換水1000部に溶解した水溶液を添加して粒径成長を停止させ、さらに、熟成処理として液温度70℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより融着を継続させ、コア部1を形成した。
(シェル層の形成(シェリング操作))
次いで、65℃においてシェル用樹脂粒子を96部(固形分換算)添加し、さらに塩化マグネシウム・6水和物2部をイオン交換水1000部に溶解した水溶液を、10分間かけて添加した後、70℃(シェル化温度)まで昇温し、1時間にわたり撹拌を継続し、コア部1の表面に、シェル層用樹脂粒子1の粒子を融着させた後、75℃で20分熟成処理を行い、シェル層を形成させた。
ここで、塩化ナトリウム40.2部を加え、8℃/分の条件で30℃まで冷却し、生成した融着粒子を濾過し、45℃のイオン交換水で繰り返し洗浄し、その後、40℃の温風で乾燥することにより、コア部表面にシェル層を有する体積メディアン径6.6μmのトナー母体1を得た。
(外添剤処理)
トナー母体1に疎水性シリカ(数平均一次粒径=12nm、疎水化度=68)を1質量%及び疎水性酸化チタン(数平均一次粒径=20nm、疎水化度=63)を1.2質量%添加し、ヘンシェルミキサーにより混合してトナー1を調製した。
《トナー2〜6の作製》
トナー1の作製において、樹脂粒子1を樹脂粒子2〜6に変更した以外は同様にしてそれぞれ体積メディアン径6.6μmのトナー2〜6を作製した。
《現像剤の調製》
次いで、上記調製した各トナーに対して、シリコン樹脂を被覆した体積平均粒径50μmのフェライトキャリアを混合し、それぞれトナー濃度が6%の現像剤1〜6を調製した。
《評価》
作製したトナーについて下記測定及び評価を行った。
(残存モノマーの定量)
トナー中の残存モノマー量は、前述したヘッドスペースガスクロマトグラフィーにより定量した。
(樹脂粒子のMw及びMnの測定)
トナーの結着樹脂のMw及びMnは前述したGPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフ)により、メンブランフィルターにて着色剤を除去した後、測定した。
(プリント画像の作成)
評価は、デジタルカラー複合機bizhub PRO C500(コニカミノルタビジネステクノロジーズ製)に、上記で作製した現像剤を順番に装填し、20℃、55%RHの環境で、以下の項目について行った。プリントは、画素率が10%の画像(文字画像が7%、人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ1/4等分にあるオリジナル画像)をA4版上質紙(64g/m2)に行った。
〈低温定着性〉
上記評価機の定着装置の加熱ローラー表面温度を、紙表面温度が80〜150℃の範囲内で10℃刻みで変化するように変更し、各変更温度でトナー画像を定着して定着画像を作製した。なお、プリント画像の作成に当たっては、A4版サイズの上質紙(80g/m2)を使用した。
定着して得られたプリント画像の定着強度を、「電子写真技術の基礎と応用:電子写真学会編」第9章1.4項に記載のメンディングテープ剥離法に準じた方法を用いて定着率により評価した。
具体的には、トナーの付着量が0.6mg/cm2である2.54cm角のベタ黒プリント画像を作成した後、スコッチメンディングテープ(住友3M社製)で剥離する前後の画像濃度を測定し、画像濃度の残存率を定着率として求めた。
定着率が95%以上得られた転写材(紙)表面温度を最低定着温度とする。なお、転写材(紙)表面温度は非接触温度計で測定した。なお、画像濃度は反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)で測定した。
評価基準
◎:最低定着温度100℃未満での定着が可能
○:最低定着温度100℃以上、130℃未満での定着が可能
×:最低定着温度130℃以上での定着が可能
〈転写抜け〉
画像濃度0.4のハーフトーン画像を、A4版上質紙(64g/m2)に100枚、両面プリントし、転写抜けによるホワイトスポットの発生を目視にて評価した。
評価基準
◎:全く転写抜けなし
○:プリント100枚当たり、裏面のみ1〜2個の転写抜けが存在するが、凝視しなければできないため実用上問題ない
△:プリント50枚当たり、1〜2個の明瞭な転写抜けが存在し、実用上やや問題あり
×:プリント50枚当たり、表裏関係なく、5個以上の明瞭な転写抜けが存在し実用上問題あり。
〈ハーフトーンムラ〉
転写抜け評価にてプリントした100枚目の画像を用いて、当該画像を目視で評価した。評価は以下の通りである。
◎:ムラが認められない
○:かすかなムラが確認されるが実用上問題なし
×:ムラが認められ実用上問題あり
〈スジ状欠陥〉
転写抜け、ハーフトーンムラ評価終了後、高温高湿環境(33℃、80%RH)で10000枚のプリントを行い、10000枚目のプリント画像のハーフトーン部を目視で観察し、傷の有無の評価を行った。
◎:傷なし、問題なし
○:傷1箇所、実用上問題ないレベル
△:傷2箇所で、実用可能なレベル
×:傷3箇所以上、実用上問題となるレベル
〈画像形成時の臭気〉
軽印刷業に従事する10人にモニターになってもらい、上記スジ状欠陥評価の10000枚目の画像終了後の定着部における臭気を評価した。
◎:10人中8人以上が臭気が気にならない
○:10人中6人以上が多少においがあるものの不快ではない
×:10人中5人以上が臭気による不快を訴えた
以上のトナーの測定及び評価の結果を表2、3に示す。
Figure 2008122560
Figure 2008122560
表より本発明のトナーは、低温定着性と耐熱保存性(転写抜け、ハーフトーンムラ、スジ故障等の画像欠陥がない)を両立するとともに、臭気を発生しない静電荷像現像用トナーであることが分かる。
本発明のトナーが使用可能な画像形成装置の断面図である。 加熱ロール方式の定着装置の一例を示す断面図である。 ベルトと加熱ローラを用いたタイプの定着装置の一例を示す断面図である。
符号の説明
1 画像形成装置
9Y、9M、9C、9K 画像形成ユニット
6 中間転写体
17 定着装置
T トナー

Claims (3)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合した樹脂を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、前記一般式(1)で表される化合物の前記樹脂に対する組成比が20〜45質量%であり、前記一般式(1)で表される化合物の揮発量が前記静電荷像現像用トナーに対して5ppm以下であり、かつ、ガラス転移点が20〜40℃であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    一般式(1) H2C=CH−COOR
    (式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。)
  2. 前記樹脂の重量平均分子量(Mw)が10000〜50000、数平均分子量(Mn)が5000〜25000、Mw/Mnが2〜4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。
  3. 下記一般式(1)で表される化合物を含む重合性単量体を共重合し、樹脂粒子を重合する工程、前記樹脂粒子と着色剤粒子を凝集融着する工程を有する静電荷像現像用トナーの製造方法において、前記重合する工程では、n回重合反応を行い(ただし、nは2以上)、重合開始剤は2回に分割して添加するものであり、1回目の重合反応時に全重合開始剤量の30質量%以上を投入し、n回目の重合反応の重合率が90%以上になった際に、残りの重合開始剤量を投入することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
    一般式(1) H2C=CH−COOR
    (式中、Rは炭素数が3〜12のアルキル基を表す。)
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