JP5672095B2 - 静電荷像現像用トナー及び現像剤 - Google Patents
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Description
従来の混練粉砕法により得られるトナーは、小粒径化が困難であり、その形状は不定形であり、その粒径分布はブロードであり、そして定着エネルギーが高い等の様々な問題点があった。特に、定着については、混練粉砕法で作製されたトナーは、粉砕が離型剤(ワックス)の界面で割れるために、ワックスがトナー表面に多く存在する。そのため、離型効果が出る一方で、キャリア、感光体及びブレードへのトナーの付着が起こりやすくなり、全体的な性能としては、満足のいくものではない。
一方、混練粉砕法による上述の問題点を克服するために、重合法によるトナーの製造方法が提案されている。
このような重合法によるトナーの製造方法としては、トナーの流動性の改良、低温定着性の改良及びホットオフセット性の改良を目的として、トナーバインダーとして、ウレタン変性されたポリエステルの伸長反応物から製造された、実用球形度が0.90〜1.00であるトナーの製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、小粒径トナーとした場合の粉体流動性及び転写性に優れると共に、耐熱保存性、低温定着性及び耐ホットオフセット性のいずれにも優れたトナーの製造方法が開示されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
さらに、安定した分子量分布のトナーバインダーを製造し、低温定着性及び耐オフセット性を両立させるための、熟成工程を有するトナーの製造方法が開示されている(例えば、特許文献4及び5参照)。
また、低温定着性を改善する目的に、重合法で結晶性ポリエステルを導入する方法も開示されている。結晶性ポリエステルの分散液の作製方法として、特許文献6に相分離用溶媒を用いた分散液の作製方法が開示されているが、この方法では分散粒径が数十μm〜数百μmの粗分散液しかできず、トナーに使用することができる体積平均粒径が1.0μm以下の分散液を得ることはできない。また結晶性ポリエステル分散の小粒径化を目的にして、特許文献7に溶媒に結晶性ポリエステル単体を混合し、昇温及び冷却することで小粒径化を試みているが安定していなく十分ではない。
定着性と保存性を良好にすることを目的にして、特許文献8に結晶性樹脂の融点がトナーの損失弾性率G”が1000Paになる温度よりも5℃〜10℃高い温度にする試みをしているが、十分ではない。
しかしながら、上述のような方法及びその方法により得られるトナーの場合、耐高温オフセット性は上がるが、低温定着性の阻害及び定着後の光沢低下を招いてしまい、画像形成装置に用いる定着性としては、まだ不十分である。
さらに、特許文献4、5で開示されたトナーの製造方法は、高温反応である縮重合反応に適用することは容易であるが、上述したような有機溶媒と水系媒体とが混在する反応系に対しては、様々な条件を鋭意検討しなければ適応できない。
また特許文献6、7では、低温定着性を改善するために重合法に結晶性ポリエステルを導入しているが、安定的に小粒径の分散液を得ることができず、結果としてトナー粒度分布の悪化を引き起こしており、さらに結晶性ポリエステルのトナー表面への露出により、フィルミングを引き起こすため、十分ではない。
本発明の静電荷像現像用トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、及びワックスを含んで構成される静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂成分としては、主成分である非結晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含んで構成され、前記結晶性ポリエステル樹脂は、前記結着樹脂100質量部に対して1質量部以上8.5質量部以下で含有され、かつ、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点Aと貯蔵弾性率G’が20000Paになる温度Bとが下記式(1)を満たし、
(式1) B−A<20
かつ、80℃以上の正接損失が1以下であることを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、有機溶媒中に前記結着樹脂成分として結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂とを少なくとも1種以上含んでなる油相を水系媒体中に分散させ、得られたO/W型分散液から有機溶媒を除去する工程を含む製造法によって得られることを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記油相が結着樹脂として、さらに、結着樹脂前駆体を含有することを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、結晶性ポリエステル樹脂及び非結晶性ポリエステル樹脂を各々水系媒体中に分散して結晶性ポリエステル樹脂粒子及び非結晶性ポリエステル樹脂粒子として乳化する乳化工程、前記樹脂粒子、ワックス分散液、及び着色剤分散液を混合して凝集粒子分散液を調製する工程、前記樹脂粒子のガラス転移点以上の温度に加熱して凝集粒子を融合合一してトナー粒子を形成する工程、前記トナー粒子を洗浄する工程を有する製造方法によって得られることを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記結晶性ポリエステルの融点が60℃〜80℃であることを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記結晶性ポリエステルの酸価をXとし、前記結晶性ポリエステルの水酸基価をYとした際に、以下の関係式を満たす
10mgKOH/g<X<40mgKOH/g
0mgKOH/g<Y<20mgKOH/g
20mgKOH/g<X+Y<40mgKOH/g
ことを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記結晶性ポリエステルの酸価をXとし、前記非結晶性ポリエステルの酸価をZとした際に以下の関係式を
−10mgKOH/g<X−Z<10mgKOH/g
満たすことを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記結晶性ポリエステルが、炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸と、炭素数4〜12の飽和ジオールから構成されることを特徴とする。
また、本発明の静電荷像現像用トナーは、さらに、前記結晶性ポリエステルのGPC測定における数分子量Mnの500以下の割合が0%以上2.0%以下であり、かつ、前記結晶性ポリエステルMnの1000以下の割合が0%以上4.0%以下であることを特徴とする。
本発明の静電荷像現像トナー(以下、単に「トナー」と記す。)は、熱可塑性樹脂として少なくとも結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂、ワックス、着色剤を含んでいることを特徴とする。
結晶性ポリエステルは一般的にシャープメルト性を有し低音定着性に優れる。しかし、トナーの結着樹脂として結晶性ポリエステルのみを用いた場合、結晶性ポリエステルの特性より製造性、さらにトナーの流動性の悪化が見られる。これより、結着樹脂100質量部に対し1質量部以上15質量部以下が好ましい。
1質量部未満の場合、低温定着性が、15質量部より多い場合はトナー流動性の悪化が見られる。また、トナーの低温定着性、保存性、ホットオフセット性の両立から(式1)を満たすことが好ましい。結晶性ポリエステルの融点は、トナーの貯蔵弾性率G’が20000Paになる温度より20℃より小さいこと、及び正接損失が1以下により、結晶性ポリエステルが融解する温度で非結晶性ポリエステルが軟化し、結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルを含むトナー結着樹脂が相溶することで低温定着性が良好となる。20℃より大きい、また正接損失が1より大きいと結晶性ポリエステルが融解しても非結晶性ポリエステルが軟化しないため、低温定着性が悪化する。
さらに、非結晶性ポリエステルは高分子量成分と低分子量成分を含むことが好ましい。非結晶性ポリエステルの高分子量成分と低分子量成分の比率を調整することで、結晶性ポリエステルの融点が、トナーの貯蔵弾性率G’が20000Paになる温度より20℃より小さいこと、及び正接損失が1以下を得ることが可能となる。
なお、貯蔵弾性率G’は試料の弾性を示す値であり、損失弾性率G”は試料の粘性を示す値である。
貯蔵弾性率G’と損失弾性率G”との比である損失正接(tanδ)は、損失弾性率G”を貯蔵弾性率G’で除した値G”/G’であり、弾性に対する粘性の割合を表す。
通常、トナーの結着樹脂のような溶融性の高い樹脂の貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”は温度依存性が高いため、本発明では、角周波数が6.28rad/sec、歪量0.3%を一定にした条件下で温度を変化させながら、溶融状態の混練物を振動させることにより貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”を測定した。
また、トナーは、粉砕トナーでなく、ケミカルトナーで得ることも可能である。
しかし、ケミカルトナーである乳化凝集法で得られるトナーもアニーリングが必要となる。乳化凝集法はトナー成分を水中に乳化・分散し、凝集させ加熱することでトナーを得ることができる。使用している熱可塑性樹脂の融点付近で加熱する必要があるため、結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルが相溶状態となり、粉砕トナーと同様に耐熱保存性と低温定着性の両立ができない。そこで、アニーリングを行う必要がある。
ケミカルトナーの一種であるトナー構成成分を有機溶媒に溶解し水中で乳化・分散して得られるトナーで結晶性ポリエステル、及び非結晶性ポリエステルを使用する場合は結晶性ポリエステルを有機溶媒に分散する場合、温度を低くして分散する必要がある。
そこで、結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルを混合して分散する場合、十分に冷却する必要がある。分散時の冷却温度としては、結晶性ポリエステルのDSC測定時のオンセット温度より10℃以上低くする必要がある。また、使用した有機溶媒を除去する場合にも同様に結晶性ポリエステルのDSC測定時のオンセット温度より10℃以上低くする必要がある。オンセット温度は、下記の方法で測定することができる。
(オンセット温度測定方法)
本発明におけるオンセット温度は、具体的に次のような手順で決定される。測定装置として島津製作所社製のTA−60WS及びDSC−60を用い、次に示す測定条件で測定した。
測定条件
サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
雰囲気:窒素(流量50mL/min)
温度条件
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
測定した結果について、島津製作所社製のデータ解析ソフト(TA−60、バージョン1.52)を用いて解析を行った。オンセット温度とは、結晶性ポリエステル樹脂の吸熱ピークに帰属し得る吸熱ピークのピーク曲線の微分値が最大となる点において曲線の接線を引き接線とベースラインとの交点の温度(図1参照)を意味する。
有機溶媒としては、高温で結晶性ポリエステル樹脂を完全に溶解して均一溶液を形成し、その反面、低温に冷却すると結晶性ポリエステル樹脂と相分離し、不透明な不均一溶液を形成するものが好ましい。具体例としてトルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。
本発明トナー中の結晶性ポリエステル樹脂は、高い結晶性をもつがゆえに定着開始温度付近において、急激な粘度低下を示す熱溶融特性を示す。つまり、溶融開始温度直前までは結晶性による耐熱保存性が良く、溶融開始温度では急激な粘度低下(シャープメルト性)を起こし、定着することから、良好な耐熱保存性と低温定着性を兼ね備えたトナーを設計することができる。また、離型幅(定着下限温度とホットオフセット発生温度の差)についても、良好な結果を示すことが判った。
結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂は、加熱時に少なくとも一部が相溶することが好ましい。これにより、低温定着性及び耐ホットオフセット性を向上させることができる。このため、非結晶性ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分及びカルボン酸成分と、結晶性ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分及びカルボン酸成分とは、類似の組成であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、例として、アルコール成分として炭素数2〜12の飽和脂肪族ジオール化合物、例えば1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1、−8オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12ドデカンジオール及びこれらの誘導体と、少なくとも酸性分として二重結合(C=C結合)を有する炭素数2〜12のジカルボン酸、もしくは、炭素数2〜12の飽和ジカルボン酸、特にフマル酸、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,−8オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12ドデカン二酸及びこれらの誘導体を用いて合成される。
中でも、結晶性ポリエステルの結晶性が高く、融点付近で急激な粘度変化を示す観点から、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,−8オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12ドデカンジオールのいずれかの炭素数4〜12の飽和ジオール成分と、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1、−8オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸のいずれかの炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸成分のみで構成されることが好ましい。
また、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性及び軟化点を制御する方法として、ポリエステル合成時にアルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールや、酸成分に無水トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行った非線状ポリエステルなどを設計、使用するなどの方法が挙げられる。
本発明の結晶性ポリエステル樹脂の分子構造は、溶液や固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができるが、簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm−1もしくは990±10cm−1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有するものを例として挙げることができる。
本発明の結晶性ポリエステルの分子量については、上記の分子量分布がシャープで低分子量のものが低温定着性に優れ、分子量が低い成分が多いと耐熱保存性が悪化するという観点から、鋭意検討した結果、o−ジクロロベンゼンの可溶分のGPCによる分子量分布Mw/Mnで、重量平均分子量Mwが5,000以上20,000以下であり、かつ数平均分子量Mnの500以下の割合が0%以上2.5%以下であり、かつ前記結晶性ポリエステルMnの1000以下の割合が0%以上5.0%以下である場合、低温定着性、耐熱保存性の両立が達成されることを見い出した。さらに好ましくはかつ数平均分子量の500以下の割合が0%以上2.0%以下であり、かつ前記結晶性ポリエステルMnの1000以下の割合が0%以上4.0%以下であることが好ましい。
酸価が10mgKOH/g以下である場合、記録部材である紙との親和性が悪化し、耐熱保存性が悪化する場合がある。
また、酸価が40mgKOH/g以上、若しくは水酸基価が20mgKOH/g以下の場合、高温高湿下でのトナーの帯電能力が低下する恐れがある。
また、酸価と水酸基価の合計が20mgKOH/g以下の場合、非結晶性ポリエステルとの相溶性が低下し、低温定着性が充分得られない場合がある。また、酸価と水酸基価の合計が40mgKOH/g以上の場合、結晶性ポリエステルが非結晶性ポリステルとの相溶性が上がりすぎるため、耐熱保存性が悪化する場合がある。
結晶性ポリエステルの有機溶媒に対する70℃における溶解度は10質量部以上であることが好ましい。10質量部未満の場合、有機溶媒と結晶性ポリエステルの親和性が乏しいため、有機溶媒中で結晶性ポリエステルをサブミクロンサイズまで分散させることが困難であり、トナー中に存在する結晶性ポリエステルが不均一になり、帯電性の悪化、長期使用での画質の悪化を生じることがある。
結晶性ポリエステルの有機溶媒に対する20℃における溶解度は3.0質量部未満であることが好ましい。3.0質量部以上の場合、有機溶媒中に溶解している結晶性ポリエステルが、加熱前から非結晶性ポリエステルと相溶しやすくなり、耐熱保存性の悪化、現像器の汚染、画像の劣化を生じる恐れがある。
本発明において、前記結着樹脂成分として非結晶性ポリエステル樹脂を含む。この非結晶性ポリエステル樹脂としては、非結晶の未変性ポリエステル樹脂が好ましく用いられる。
なお、詳細を後述する変性ポリエステル系樹脂からなる結着樹脂前駆体を架橋及び/又は伸長反応させて得られる変性ポリエステル樹脂と、未変性のポリエステル樹脂とは、少なくとも一部が相溶していることが好ましい。これにより、低温定着性及び耐ホットオフセット性を向上させることができる。このため、変性ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分及びカルボン酸成分と、未変性のポリエステル樹脂を構成するアルコール成分及びカルボン酸成分とは、類似の組成であることが好ましい。
非結晶性ポリエステル樹脂に用いられるアルコール成分としては、2価のアルコール(ジオール)、具体的には、炭素数2〜36の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、1,4−ブチレングリコール及び1,6−ヘキサンジオールなど);炭素数4〜36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリブチレングリコールなど);炭素数6〜36の脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール及び水素添加ビスフェノールAなど);上記脂環式ジオールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド〔エチレンオキシド(以下EOと略記する)、プロピレンオキシド(以下POと略記する)及びブチレンオキシド(以下BOと略記する)など〕付加物(付加モル数1〜30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールSなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、PO及びBOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
前記結着樹脂成分は、結着樹脂前駆体を含有することが好ましい。
また、本発明のトナーとしては、有機溶媒中に、少なくとも着色剤、離型剤、結晶性ポリエステル樹脂、変性ポリエステル系樹脂から成る結着樹脂前駆体、及びこれら以外の結着樹脂成分を溶解・分散させて得られる油相に、前記結着樹脂前駆体と伸長又は架橋する化合物を溶解させた後、前記油相を微粒子分散剤の存在する水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、前記乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体を架橋反応及び/又は伸長反応させ、有機溶媒を除去して得られるトナーが好ましい。
前記未変性ポリエステルと結着樹脂前駆体の質量比は、70/30〜95/5、好ましくは75/25〜90/10、さらに好ましくは80/20〜88/12である。未変性ポリエステルの質量比が95%より多いと耐ホットオフセット性の悪化、耐熱保存性の悪化、高温高湿下でトナーを保存した場合に画像不良が見られる。また、未変性ポリエステルが70%未満では低温定着性の悪化が見られる。さらに未変性ポリエステル少ないと正接損失が小さく、未変性ポリエステルが多いと正接損失が大きくなる。
このポリエステルプレポリマー中のイソシアネート化剤の含有量は、通常0.5〜40質量%、好ましくは1〜30質量%、さらに好ましくは2〜20質量%である。0.5質量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40質量%を超えると低温定着性が悪化する。
また、このポリエステルプレポリマー中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、伸長反応後のウレア変性ポリエステル樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
前記結着樹脂前駆体は、重量平均分子量が1×104以上3×105以下であることが好ましい。
結着樹脂前駆体と伸長又は架橋する化合物としては、活性水素基を有する化合物が挙げられ、その代表として、アミン類を挙げることができる。アミン類としては、ジアミン化合物、3価以上のポリアミン化合物、アミノアルコール化合物、アミノメルカプタン化合物、アミノ酸化合物、及びこれらのアミノ基をブロックした化合物などが挙げられる。ジアミン化合物としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);及び脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上のポリアミン化合物としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール化合物としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン化合物としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。
アミノ酸化合物としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。これらのアミノ基をブロックした化合物としては、前記アミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。これらアミン類のうち好ましいものは、ジアミン化合物及びジアミン化合物と少量のポリアミン化合物の混合物である。
本発明の着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15質量%、好ましくは3〜10質量%である。
本マスターバッチはマスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練してマスターバッチを得ることができる。この際着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶媒を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶媒とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶媒成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
離型剤は、融点が50〜120℃のワックスであることが好ましい。
このようなワックスは、定着ローラとトナー界面の間で離型剤として効果的に作用することができるため、定着ローラにオイル等の離型剤を塗布しなくても高温耐オフセット性を向上させることができる。
なお、ワックスの融点は、示差走査熱量計であるTG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて、最大吸熱ピークを測定することにより求められる。
離型剤としては、以下に示す材料を用いることができる。
ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。
また、これらの天然ワックス以外の離型剤としては、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。
さらに、1、2−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド;低分子量の結晶性高分子である、ポリメタクリル酸n−ステアリル、ポリメタクリル酸n−ラウリル等のポリアクリレートのホモポリマー又はコポリマー(例えば、アクリル酸n−ステアリルーメタクリル酸エチル共重合体等)等の側鎖に長鎖アルキル基を有する結晶性高分子も離型剤として用いることができる。
本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、四級アンモニウム塩(フッ素変性四級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY
VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明において、前記結着樹脂成分として非結晶性の未変性ポリエステル樹脂を用いる。変性ポリエステル系樹脂からなる結着樹脂前駆体を架橋及び/又は伸長反応させて得られる変性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂は、少なくとも一部が相溶していることが好ましい。これにより、低温定着性及び耐ホットオフセット性を向上させることができる。このため、変性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂のポリオールとポリカルボン酸は、類似の組成であることが好ましい。また、未変性ポリエステル樹脂として、結晶性ポリエステル分散液に用いた非結晶性ポリエステル樹脂も未変性であれば、用いることができる。
結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルと酸価と水酸基価の差が10以上である場合、結晶性ポリエステルと非結晶性ポリエステルの相溶性、親和性が乏しく、低温定着性に劣る場合がある。また結晶性ポリエステルがトナー表面に露出しやすくなり、現像部への汚染、フィルミングが生じやすくなる場合がある。
なお、ウレア変性ポリエステル樹脂は、未変性のポリエステル樹脂以外に、ウレア結合以外の化学結合で変性されているポリエステル樹脂、例えば、ウレタン結合で変性されているポリエステル樹脂と併用することができる。
トナー組成物がウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂を含有する場合、変性ポリエステル樹脂は、ワンショット法等により製造することができる。
まず、ポリオールとポリカルボン酸を、テトラブトキシチタネート、ジブチルスズオキサイド等の触媒の存在下で、150〜280℃に加熱し、必要に応じて、減圧しながら生成する水を除去して、水酸基を有するポリエステル樹脂を得る。次に、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを40〜140℃で反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを得る。さらに、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を0〜140℃で反応させ、ウレア変性ポリエステル樹脂を得る。
ウレア変性ポリエステル樹脂の数平均分子量は、通常、1000〜10000であり、1500〜6000が好ましい。
なお、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させる場合及びイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させる場合には、必要に応じて、溶媒を用いることもできる。
なお、未変性のポリエステル樹脂を併用する場合は、水酸基を有するポリエステル樹脂と同様に製造したものを、ウレア変性ポリエステル樹脂の反応後の溶液に混合してもよい。
結着樹脂成分としては、ポリエステル樹脂を含有することが好ましく、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有することがさらに好ましい。ポリエステル樹脂の含有量が50質量%未満であると、低温定着性が低下することがある。結着樹脂成分のいずれもがポリエステル樹脂であることが特に好ましい。
また、さらにこれらの樹脂以外の結着樹脂成分を含有してもよい。
なお、ポリエステル樹脂以外の結着樹脂成分としては、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等のスチレン又はスチレン置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられる。
本発明に用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶媒を併用することもできる。混和可能な溶媒としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
トナー粒子を形成する、結着樹脂前駆体、着色剤、離型剤、結晶性ポリエステル分散液、帯電制御剤、未変性ポリエステル樹脂などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめ、これらのトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させた方がより好ましい。
また、本発明においては、着色剤、離型剤、帯電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。例えば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜60分である。分散時の温度としては、通常、0〜80℃(加圧下)、好ましくは10〜40℃である。
トナー組成物100質量部に対する水系媒体の使用量は、通常100〜1000質量部である。100質量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。1000質量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いた方が、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
トナー組成物が分散された油相を水が含まれる液体に乳化、分散するための分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102、(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また高分子系保護コロイドもしくは、水に不溶な有機微粒子により分散液滴を安定化させてもよい。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸又は無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコール又はビニルアルコールとのエ一テル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、又はビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、又はその複素環を有するものなどのホモポリマー又は共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、反応後、洗浄除去する方がトナーの帯電面から好ましい。
特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒及び塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。ポリエステルプレポリマー100部に対する溶媒の使用量は、通常0〜300部、好ましくは0〜100部、さらに好ましくは25〜70部である。溶媒を使用した場合は、伸長及び/又は架橋反応後、常圧又は減圧下にて加温し除去する。
伸長及び/又は架橋反応時間は、ポリエステルプレポリマーと活性水素基を有する化合物の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは30分〜24時間である。反応温度は、通常、0〜100℃、好ましくは10〜50℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することもできる。具体的にはトリエチルアミンなどの3級アミンやイミダゾールなどを挙げることができる。
乳化分散時の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行われた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。
用いた分散剤は得られた分散液からできるだけ取り除くことが好ましいが、先に述べた分級操作と同時に行なうのが好ましい。
具体的手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士又は複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢などが挙げられる。
本発明のトナーは、流動性や現像性、帯電性を補助するために外添剤を含有してもよい。
外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、特に5nm〜500nmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5質量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0質量%であることが好ましい.無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
この他高分子系微粒子例えばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような流動化剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。
感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造された、ポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好ましい。
結晶性ポリエステルの有機溶媒中での溶解、再結晶化方法は以下のとおりである。
結晶性ポリエステル10gと有機溶媒90gを70℃で1時間攪拌する。
攪拌した後の溶液を、20℃で12時間冷却して、結晶性ポリエステルを再結晶化させる。
再結晶化させた後の結晶性ポリエステルの有機溶媒分散体を桐山ロート(桐山製作所社製)に、桐山ロート用ろ紙No.4(桐山製作所社製)をセットし、アスピレーターで吸引ろ過し、有機溶媒と結晶性ポリエステルを分離する。分離して得られた結晶性ポリエステルを35℃で48時間乾燥させ、結晶性ポリエステルの再結晶化物を得る。
結晶性ポリエステルの有機溶媒に対する溶解度は以下の方法で求められる。
結晶性ポリエステル20gと有機溶媒80gを所定の温度下で、1時間攪拌する。
攪拌した後の溶液を、所定の温度下で、桐山ロート(桐山作所社製)に、桐山ロート用ろ紙No.4(桐山製作所社製)をセットし、アスピレーターで吸引ろ過し、有機溶媒と結晶性ポリエステルを分離する。分離して得られた有機溶媒を有機溶媒の沸点+50℃の温度で1時間加熱して有機溶媒を蒸発させ、加熱前後の質量変化から、有機溶媒中に溶解していた結晶性ポリエステルの溶解量を算出する。
本発明において、酸価は、JIS K0070−1992に準拠した方法を用いて測定される。
具体的には、まず、試料0.5g(酢酸エチル可溶分では0.3g)をトルエン120mLに添加して、23℃で約10時間撹拌することにより溶解させる。次に、エタノール30mLを添加して試料溶液とする。なお、試料が溶解しない場合は、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の溶媒を用いる。さらに、電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)及び電極DG113−SC(メトラー・トレド社製)を用いて、23℃で酸価を測定し、解析ソフトLabX Light Version 1.00.000を用いて解析する。
なお、装置の校正には、トルエン120mLとエタノール30mLの混合溶媒を用いる。
このとき、測定条件は、水酸基価の場合と同様である。
酸価は、以上のようにして測定することができるが、具体的には、予め標定された0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液で滴定し、滴定量から、式酸価[KOHmg/g]=滴定量[mL]×N×56.1[mg/mL]/試料質量[g](ただし、Nは、0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液のファクター)により酸価を算出する。
DSCシステム(示差走査熱量計)(「Q−200」、TAインスツルメンツ社製)を用いて以下の方法で測定した。
まず、樹脂約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に精秤して入れ、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次いで、窒素雰囲気下(流量50mL/min)、昇温速度1℃/min、温度変調周期60秒、温度変調振幅0.159℃で−20℃から150℃まで加熱した。その後、150℃から降温速度10℃/minにて0℃まで冷却させ、示差走査熱量計(「Q−200」、TAインスツルメンツ社製)によりDSC曲線を計測した。得られたDSC曲線から、1回目の昇温時におけるDSC曲線の吸熱ピークを融点とする。
本発明における分子量分布は例えば以下の方法で測定できる。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定装置:GPC−8220GPC(東ソー社製)
カラム:TSKgel SuperHZM−H 15cm 3連(東ソー社製)
温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.35mL/min
試料:0.15%の試料を0.4mL注入
試料の前処理:試料をテトラヒドロフランTHF(安定剤含有 和光純薬社製)に0.15質量%で溶解後0.2μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いる。前記THF試料溶液を100μL注入して測定する。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する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、昭和電工社製ShowdexSTANDARDのStd.No. S−7300、S−210、S−390、S−875、S−1980、S−10.9、S−629、S−3.0、S−0.580、トルエンを用いた。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
貯蔵弾性率G’、損失弾性率G” 及び損失正接tanδ(損失弾性率G”/貯蔵弾性率G’)は、ストレスレオメータ(ARES ティー・エイ・インスツルメント社製)にて、パラレルプレートを用いて以下のようにして測定した。
試料0.1gを、錠剤成形器により室温(25℃)、約40MPaにて1分間プレスし、直径8mmの測定用サンプルを作製した。
この測定用サンプルを、直径8mmのパラレルプレートに挟み、加熱して溶融させた後、角周波数6.28rad/sec、歪量0.3%の条件でパラレルプレートの周方向に正弦的に振動するひずみを与えることによって、測定用サンプルを正弦波振動させ、温度60℃から200℃まで昇温速度3℃/分で昇温させて、測定温度間隔1℃で各温度における貯蔵弾性率G’
及び損失弾性率G”を測定した。
本発明のトナーを2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いればよく、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100質量部に対してトナー1〜10質量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
またポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、及びシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が使用できる。
また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明のトナーはキャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
本発明においては、超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data
Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mLビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬社製)を0.1〜0.5mL添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mLを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μLが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。
本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μLにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことができないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μLに合わせることが可能となる。
酸価が40KOHmg/gを超えると、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が不十分となり、耐高温オフセット性が低下することがある。また、酸価が0.5KOHmg/g未満では、製造時の塩基による分散安定性を向上させる効果が得られなくなったり、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が進行しやすくなったりして、製造安定性が低下することがある。
本発明のトナーのTg1stは45〜65℃であることが好ましい。これにより、低温定着性、耐熱保存性及び高耐久性を得ることができる。Tg1stが45℃未満では、現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生することがあり、65℃を超えると、低温定着性が低下することがある。さらには50〜60℃であることがより好ましい。
本発明のトナーの吸熱ショルダー温度Tg2ndは20〜40℃であることが好ましい。Tg2ndが20℃未満では、現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生することがあり、40℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
本発明で用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶媒を併用することもできる。混和可能な溶媒としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
本発明では、水系媒体中でイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルをアミン(B)と反応させることにより、ウレア変性ポリエステル(UMPE)等を得ることができる。水系媒体中でウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなるトナー原料の組成分を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。プレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルと他のトナー組成分である(以下トナー原料と呼ぶ)着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、荷電制御剤、未変性ポリエステル樹脂などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させた方がより好ましい。また、本発明においては、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。例えば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。 分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。高温な方が、ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)等のポリエステルを含むトナー組成分100部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000質量部、好ましくは100〜1000質量部である。50質量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000質量部を超えると経済的でない。
トナー組成物が分散された油性相を水が含まれる液体には、乳化、分散するための各種の分散剤が用いられる。このような分散剤には、界面活性剤、無機微粒子分散剤、ポリマー微粒子分散剤等が包含される。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果を挙げることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102、(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級もしくは三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族四級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキン工業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
また、微粒子ポリマーも無機分散剤と同様な効果が確認された。例えばMMAポリマー微粒子1μm、及び3μm、スチレン微粒子0.5μm及び2μm、スチレン−アクリロニトリル微粒子ポリマー1μm、(PB−200H(花王社製)SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)ミクロパール(積水ファインケミカル社製))等がある。
また、上記の無機分散剤、微粒子ポリマーと併用して使用可能な分散剤としては、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させてもよい。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸又は無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコール又はビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、又はビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ピニル、プロピオン酸ピニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ピニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、又はその複素環を有するものなどのホモポリマー又は共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
得られた乳化分散体(反応物)を樹脂ガラス転移温度より低い一定の温度域、有機溶媒濃度域で攪拌収斂させることで合着粒子を作製し、有機溶媒を除去するために、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、脱溶媒を行うことで異形化トナー粒子が作製できる。なお、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、微粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできる。
溶媒を用いた方が粒度分布がシャープになる点で好ましい。
該溶媒は沸点が100℃未満の揮発性であることが、除去が容易である点から好ましい。該溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒及び塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。プレポリマー(A)100部に対する溶媒の使用量は、通常0〜300部、好ましくは0〜100部、さらに好ましくは25〜70部である。溶媒を使用した場合は、変性ポリエステル(プレポリマー)のアミンによる伸長及び/又は架橋反応後、得られた反応物から、溶媒(溶剤)を常圧又は減圧下で除去する。
伸長及び/又は架橋反応時間は、例えば、プレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。なお、伸長剤及び/又は架橋剤としては、前記したアミン類(B)が用いられる。
一方、トナーの体積平均粒径Dvと個数平均径(Dn)との比Dv/Dnは、主に、例えば、水層粘度、油層粘度、樹脂微粒子の特性、添加量等を調整することによりコントロールすることができる。また、Dv及びDnは例えば樹脂微粒子の特性、添加量、等を調整することによりコントロールすることができる。
乳化凝集融合法は、乳化分散を行って調製した樹脂粒子分散液と、別途用意した着色剤分散液と、必要に応じ離型剤分散液を混合し、凝集させて、凝集粒子を形成する凝集粒子分散液の調製工程(以下「凝集工程」と称することがある)、及び凝集粒子を加熱融合してトナー粒子を形成する工程(以下「融合工程」と称することがある)を含む。
凝集工程においては、凝集粒子はヘテロ凝集等により形成され、その際に凝集粒子の安定化、粒径/粒度分布制御を目的として、凝集粒子とは極性が異なるイオン性界面活性剤や、金属塩等の一価以上の電荷を有する化合物を添加することができる。融合工程においては、凝集粒子中の樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱して溶融する。
前記融合工程の前段で、凝集粒子分散液にその他の微粒子分散液を添加混合して凝集粒子の表面に微粒子を均一に付着して付着粒子を形成する付着工程を設けることができる。
融合工程で融合された融合粒子は、水系媒体中に着色融合粒子分散液として存在しており、これを洗浄工程において水系媒体から融合粒子を取り出すのと同時に、前記各工程において混入した不純物等を除去し、これを乾燥し、粉体としての静電荷像現像用トナーを得る。
洗浄工程においては、酸性、場合によっては塩基性の水を融合粒子に対して数倍の量で加えて攪拌した後、ろ過して固形分を得る。これに純水を固形分に対して数倍加えて攪拌した後、ろ過を行なう。これを数回繰り返し、ろ過後のろ液のpHが約7になるまで繰り返し、着色されたトナー粒子を得る。乾燥工程においては、洗浄工程で得たトナー粒子をガラス転移点未満の温度で乾燥する。この時必要に応じて乾燥空気を循環させたり、真空条件下で加熱する等の方法がとられる。
本発明では、樹脂粒子分散液、着色剤分散液、離型剤分散液の分散性の安定化のために、本発明の乳化剤である前記有機酸金属塩の脂環式化合物をそのまま用いることができる。しかし、着色剤分散液、離型剤分散液のpHによる安定性等により、必ずしも塩基性条件下で安定でない場合、また樹脂粒子分散液の経時安定性の理由により、若干量の界面活性剤を用いることができる。
これらの中でもイオン性界面活性剤が好ましく、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤がより好ましい。本発明のトナーにおいて、一般的にはアニオン性界面活性剤は分散力が強く、樹脂粒子、着色剤の分散性に優れているため、離型剤を分散させるための界面活性剤としてはカチオン性界面活性剤が有利である。非イオン性界面活性剤は、アニオン性界面活性剤又はカチオン性界面活性剤と併用されるのが好ましい。界面活性剤は、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。
アニオン性界面活性剤の具体例としては、ラウリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油ナトリウム等の脂肪酸セッケン類;オクチルサルフェート、ラウリルサルフェート、ラウリルエーテルサルフェート、ノニルフェニルエーテルサルフェート等の硫酸エステル類;ラウリルスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、トリイソプピルナフタレンスルホネート、ジブチルナフタレンスルホネートなどのアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホネートホルマリン縮合物、モノオクチルスルホサクシネート、ジオクチルスルホサクシネート、ラウリン酸アミドスルホネート、オレイン酸アミドスルホネート等のスルホン酸塩類;ラウリルホスフェート、イソプロピルホスフェート、ノニルフェニルエーテルホスフェート等のリン酸エステル類;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムなどのジアルキルスルホコハク酸塩類、スルホコハク酸ラウリル2ナトリウム等のスルホコハク酸塩類;などが挙げられる。
非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のアルキルフェニルエーテル類;ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンオレート等のアルキルエステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミノエーテル、ポリオキシエチレン大豆アミノエーテル、ポリオキシエチレン牛脂アミノエーテル等のアルキルアミン類;ポリオキシエチレンラウリン酸アミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミド等のアルキルアミド類;ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル、ポリオキシエチレンナタネ油エーテル等の植物油エーテル類;ラウリン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド等のアルカノールアミド類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等のソルビタンエステルエーテル類などが挙げられる。
界面活性剤の各分散液中における含有量は、本発明の特徴を阻害しない程度であればよく、一般的には少量であり、具体的には樹脂粒子分散液の場合0.01〜1質量%程度であり、好ましくは0.02〜0.5質量%であり、より好ましくは0.1〜0.2質量%である。含有量が0.01質量%未満の場合、特に樹脂粒子分散液のpHが十分に塩基性でない状態で凝集を生じる場合がある。着色剤分散液、離型剤分散液の場合の含有量は、0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜0.2質量%である。含有量が0.01質量%未満では、凝集時に各粒子間の安定性が異なるため、特定粒子の遊離が生じるなどの問題があり、また10質量%を超えると粒子の粒度分布が広くなったり、粒子径の制御が困難になるなどの問題があり好ましくない。
内添剤としては、トナー特性としての帯電性を阻害しない程度に使用され、例えば、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、マンガン、ニッケル等の金属、合金、又はこれら金属を含有する化合物などの磁性体などが使用される。
帯電制御剤には特に制限はないが、特にカラートナーにおいては、無色又は淡色のものが好ましく使用される。例えば、四級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミニウム、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料などが使用される。
無機粒体としては、例えば、シリカ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、酸化セリウム等の通常トナー表面の外添剤として使用される全ての粒子が挙げられる。有機粒体としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の通常トナー表面の外添剤として使用される全ての粒子が挙げられる。なお、これらの無機粒体や有機粒体、流動性助剤、クリーニング助剤等として使用することができる。滑剤としては、例えば、エチレンビスステアリル酸アミド、オレイン酸アミド等の脂肪酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩等が挙げられる。研磨剤としては、例えば、前述のシリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが挙げられる。
前記のように樹脂粒子分散液、少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物分散液、着色剤分散液、及び離型剤分散液を混合するときに、着色剤の含有量は50質量%以下であればよく、2〜40質量%の範囲が好ましい。少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物の含有量は0.05〜10質量%の範囲が好ましい。また、その他の成分の含有量は、本発明の目的を阻害しない程度であればよく、一般的には極少量であり、具体的には0.01〜5質量%範囲であり、0.5〜2質量%の範囲が好ましい。
本発明において、樹脂粒子分散液、少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物分散液、着色剤分散液、離型剤分散液及びその他の成分の分散液の分散媒として、例えば水系媒体などが使用される。水系媒体の具体例としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコールなどが挙げられる。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。
これらの凝集剤の添加量は、電荷の価数により異なるが、いずれも少量であり、一価の場合は3質量%以下、二価の場合は1質量%以下、三価の場合は0.5質量%以下程度である。凝集剤の添加量は少ない方が好ましく、価数の多い化合物の方が添加量を少なくすることができるので好適である。
前記混練・粉砕法は、例えば、少なくとも結着樹脂、離型剤、及び定着補助成分を含有するトナー材料を溶融混練し、得られた混練物を粉砕し、分級することにより、前記トナーの母体粒子を製造する方法である。
前記溶融混練では、前記トナー材料を混合し、該混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。該溶融混練機としては、例えば、一軸又は二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所社製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイシーケイ社製二軸押出機、池貝社製PCM型二軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行なうことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
前記粉砕では、前記混練で得られた混練物を粉砕する。この粉砕においては、まず、混練物を粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、ジェット気流中で粒子同士を衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
前記分級は、前記粉砕で得られた粉砕物を分級して所定粒径の粒子に調整する。前記分級は、例えば、サイクロン、デカンター、遠心分離器等により、微粒子部分を取り除くことにより行なうことができる。
前記粉砕及び分級が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中に分級し、所定の粒径のトナー母体粒子を製造することができる。
次いで、外添剤のトナー母体粒子への外添が行われる。トナー母体粒子と外添剤とをミキサーを用い、混合及び攪拌することにより外添剤が解砕されながらトナー母体粒子表面に被覆される。この時、無機微粒子や樹脂微粒子等の外添剤を均一かつ強固にトナー母体粒子に付着させることが耐久性の点で重要である。
(製造例1)
〜結晶性ポリエステル樹脂2の合成〜
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−ドデカンジオール2500g、1、8−オクタン二酸2330g、ハイドロキノン6.9gを入れ、180℃で10時間反応させた後、200℃に昇温して4時間反応させ、さらに8.3kPaにて5時間反応させて結晶性ポリエステル樹脂2を得た。DSCの熱特性、GPC測定での分子量を表1に示す。
〜結晶性ポリエステル樹脂1の合成〜
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−ドデカンジオール2500g、1、8−オクタン二酸2330g、ハイドロキノン2.9gを入れ、180℃で30時間反応させた後、200℃に昇温して10時間反応させ、さらに8.3kPaにて15時間反応させて結晶性ポリエステル樹脂1を得た。DSCの熱特性、GPC測定での分子量を表1に示す。
〜結晶性ポリエステル樹脂3の合成〜
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−ドデカンジオール2500g、1、8−オクタン二酸2330g、ハイドロキノン8.9gを入れ、180℃で6時間反応させた後、200℃に昇温して3時間反応させ、さらに8.3kPaにて4時間反応させて結晶性ポリエステル樹脂3を得た。DSCの熱特性、GPC測定での分子量を表1に示す。
〜結晶性ポリエステル樹脂4の合成〜
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコにフマル酸2160g、1、6−ヘキサンジオール2320g、ハイドロキノン4.9gを入れ、180℃で8時間反応させた後、200℃に昇温して1時間反応させ、さらに8.3kPaにて2時間反応させて結晶性ポリエステル樹脂4を得た。DSCの熱特性、GPC測定での分子量を表1に示す。
(製造例5)
〜非結晶性ポリエステル1(低分子ポリエステル)樹脂の合成〜
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイドサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529部、イソフタル酸100部、テレフタル酸108部、アジピン酸46部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で10時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、反応容器に無水トリメリット酸30部を入れ、180℃、常圧で3時間反応し、[非結晶性ポリエステル1]を得た。
[非結晶性ポリエステル1]は、数平均分子量1800、重量平均分子量5500、Tg50℃、酸価20であった。
〜ポリエステルプレポリマーの合成〜
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682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81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価51であった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート質量%は、1.53%であった。
〜ケチミンの合成〜
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行ない、[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418であった。
〜マスターバッチ(MB)の合成〜
水1200部、カーボンブラック(Printex35;デクサ社製)〔DBP吸油量=42mL/100mg、pH=9.5〕540部、ポリエステル樹脂1200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)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。
〜油相の作製〜
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[非結晶性ポリエステル1]378部、ワックス(Hi−mic−1090;日本精鑞社製)110部、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、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[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[非結晶性ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1042.3部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
〜結晶性ポリエステルの分散液作製〜
金属製20L容器に[結晶性ポリエステル樹脂1]を1600g、酢酸エチル11200gを入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。その後[非結晶性ポリエステル樹脂1]を3200g入れ、5時間攪拌し[非結晶性ポリエステル樹脂1]を溶解させた。これをビーズミル(LMZ2;アシザワファインテック社製)を用いて、0.3mmジルコニアビーズを85体積%充填、20パス、ビーズミル軸シール液温18℃の条件で分散を行ない、[結晶性ポリエステル分散液1]を得た。
また同様にして、[結晶性ポリエステル樹脂1]を[結晶性ポリエステル樹脂2]に変更して、[結晶性ポリエステル分散液2]を得た。
また同様にして、[結晶性ポリエステル樹脂1]を[結晶性ポリエステル樹脂3]に変更して、[結晶性ポリエステル分散液3]を得た。
〜有機微粒子エマルションの合成〜
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683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−30:三洋化成工業社製)11部、スチレン138部、メタクリル酸138部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400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部加え、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−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[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、0.14μmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。
〜水相の調製〜
水990部、[微粒子分散液1]83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48.5%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業社製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
〜乳化・脱溶媒〜
[顔料・ワックス分散液1]664部、[プレポリマー1]を109.4部、[結晶性ポリエステル分散液1]を73.9部、[ケチミン化合物1]4.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化社製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200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。
撹拌機及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時間脱溶媒した後、45℃で4時間熟成を行ない、[分散スラリー1]を得た。
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行ない[濾過ケーキ1]を得た。[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い[トナー1−1]を得た。
実施例1−1の(製造例13)における[プレポリマー1]の109.4部を147.7部に変えた以外は同様にして、実施例1−2のトナー[トナー1−2]を得た。
(実施例1−3)
実施例1−1の(製造例13)における[プレポリマー1]の109.4部を164.1部に変えた以外は同様にして、実施例1−3のトナー[トナー1−3]を得た。
(実施例1−4)
実施例1−1における[結晶性ポリエステル分散液1]を[結晶性ポリエステル分散液2]に変えた以外は同様にして、実施例1−4のトナー[トナー1−4]を得た。
(実施例1−5)
実施例1−1における[結晶性ポリエステル分散液1]に使用した結晶性ポリエステル1を結晶性ポリエステル4に変えた以外は同様にして、実施例1−5のトナー[トナー1−5]を得た。
実施例1−1の(製造例13)における[プレポリマー1]の109.4部を54.7部に変えた以外は同様にして、比較例1−1のトナー[トナー1−5]を得た。
(比較例1−2)
実施例1−1における[結晶性ポリエステル分散液1]を[結晶性ポリエステル分散液3]に変えた以外は同様にして、比較例1−2のトナー[トナー1−6]を得た。
外添剤処理を施したトナー5質量%とシリコーン樹脂を被覆した平均粒子径が40μmの銅−亜鉛フェライトキャリア95質量%からなる現像剤を調製した。
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、タイプ6200紙(リコー社製)に複写テストを行なった。
具体的には、定着温度を変化させてコールドオフセット温度(定着下限温度)及びホットオフセット温度(定着上限温度)を求めた。
定着下限温度の評価条件は、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を118kPa(1.2kgf/cm2)、ニップ幅を3mmとした。
また、定着上限温度の評価条件は、紙送りの線速度を50mm/秒、面圧を196kPa(2.0kgf/cm2)、ニップ幅を4.5mmとした。
(耐熱保存性)
トナーを50℃で8時間保管した後、42メッシュの篩で2分間篩い、金網上の残存率を測定した。このとき、耐熱保存性が良好なトナー程、残存率は小さい。
なお、耐熱保存性は、残存率が10%未満である場合を◎、残存率が10%以上20%未満である場合を○、残存率が20%以上30%未満である場合を△、30%以上である場合を×として、判定した。
(画像評価)
また、トナーを補給用ボトルに充填し、30℃60%Rhで4週間保管した。前記現像剤とトナー補給用ボトルを毎分A4サイズの用紙を45枚印刷できるリコー社製imagio
Neo 450を用いて、ベタ100枚連続印刷して下記の基準で評価した。
◎:均一で良好な状態
○:0.3mm未満幅の白スジが若干見られるが画像には白スジがはっきり出ない状態。
△:0.3mm以上幅の白スジが発生し、ベタ100枚中20枚未満に白スジが見られる状態。
×:0.3mm以上幅の白スジが発生し、ベタ100枚中20枚以上に白スジが見られる状態。
(製造例14)
[非結晶性ポリエステル樹脂2の合成]
加熱乾燥した二口フラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン780モル部と、ポリオキシエチレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン18モル部、テレフタル酸47モル部と、フマル酸24モル部と、n−ドデセニルコハク酸24モル部を原料に、触媒としてジブチル錫オキサイドを入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、230℃で12時間共縮重合反応させ、その後、230℃で徐々に減圧して、[非結晶性ポリエステル樹脂2]を合成した。
[非結晶性ポリエステル2]は、数平均分子量6700、重量平均分子量17400、Tg61℃、酸価14であった。
結着樹脂:結晶性ポリエステル1 8部
結着樹脂:非結晶性ポリエステル2 86部
着色剤:カーボンブラックC−44 7部
(三菱化学社製、平均粒径;24nm、BET比表面積;125m2/g)
CCA:ボントロンE−84(オリエント化学工業社製) 1部
ワックス:Hi−mic−1090(日本精鑞社製) 6部
上記トナー粉体原料をスーパーミキサー(SMV−200、カワタ社製)にて十分に混合し、トナー粉体原料混合物を得た。このトナー粉体原料混合物を、ブッスコニーダー(TCS−100、ブッス社製)の原料供給ホッパーに供給し、供給量を120kg/hで混練を行った。
得られた混練物をダブルベルトクーラーで圧延冷却した後、ハンマーミルで粗粉砕し、ジェット気流式粉砕機(I−20ジェットミル、日本ニューマチック社製)により微粉砕を行ない、風力式分級機(DS−20・DS−10分級機、日本ニューマチック社製)にて微粉分級を行った。その後、50℃24時間放置しアニーリングを行った。
実施例2−1における結晶性ポリエステル1を結晶性ポリエステル2に変えた以外は同様にして、実施例2−2のトナー[トナー2−2]を得た。
実施例2−1における結晶性ポリエステル1を結晶性ポリエステル3に変えた以外は同様にして、比較例2−1のトナー[トナー2−3]を得た。
(比較例2−2)
アニーリングを行なわなかった以外は実施例2−1と同様にして、比較例2−2のトナー[トナー2−4]を得た。
このようにして得られたトナー100部に疎水性シリカ0.7部と、疎水化酸化チタン0.3部をヘンシェルミキサーにて混合した。得られたトナーの評価結果については表3に示した。
(結晶性ポリエステル分散液の調製)
前記の結晶性ポリエステル樹脂1 180部及び脱イオン水585部をステンレスビーカーに入れ、温浴につけ、95℃に加熱した。
結晶性ポリエステル樹脂1が溶融し透明になった時点で、T.K.ロボミックス(プライミクス社製)を用いて10000rpmで攪拌し、1%アンモニア水を添加しPHを7.0に調整した。次いでアニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンR−K)0.8部、ノニオン有価剤(第一工業製薬社製:エマルゲン950)0.2部を希釈した水溶液20部を滴下しながら、乳化分散を行ない、体積平均粒径が0.22μmの結晶性ポリエステル樹脂分散液1〔固形分:11.9質量%〕を調製した。
前記結晶性ポリエステル1を非結晶性ポリエステル2に変えた以外は結晶性ポリエステル分散液の調製と同様の操作で非結晶性ポリエステル樹脂分散液2[固形分:12.3質量%]を調製した。
カーボンブラック(MA100S;三菱化学社製)20部、イオン交換水80部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンR−K)4.0部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.3mmジルコニアビーズを80体積%充填、15パスの条件で、顔料の分散を行い体積平均粒径が0.07μmの顔料分散液1〔固形分:19.8質量%〕を調製した。
ワックス(Hi−mic−1090;日本精鑞社製)製20部、イオン交換水80部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンR−K)4部を混合し、攪拌しながら95℃に加熱し1時間保持した。その後冷却しビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.3mmジルコニアビーズを80体積%充填、25パスの条件で、顔料の分散を行ない体積平均粒径が0.15μmのワックス分散液1〔固形分:20.8質量%〕を調製した。
CCA(ボントロンE−84;オリエント化学社製)5部、イオン交換水95部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製):ネオゲンR−K)0.5部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.3mmジルコニアビーズを80体積%充填、5パスの条件で、顔料の分散を行いCCA分散液1〔固形分:4.8質量%〕を調製した。
下記の混合物をディスパーを用いて25℃を保ち2時間攪拌した。
顔料分散液1 35.4部
CCA分散液1 20.8部
結晶性ポリエステル分散液1 67.2部
非結晶性ポリエステル分散液1 634.1部
ワックス分散液1 28.8部
次いで、この分散液を60℃まで加熱し、これをアンモニアによってpH7.0に調整した。さらに、この分散液を90℃まで加熱し、6時間この温度を保ち、その後、50℃まで冷却し24時間保持しアニーリング処理を行ない、分散スラリー1を得た。
100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%塩酸を加えpH2.8に調製し、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行ない[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、重量平均粒径が5.9μmの[トナー3−1]を得た。
実施例3−1における結晶性ポリエステル1を結晶性ポリエステル2に変えた以外は同様にして、実施例3−2のトナー[トナー3−2]を得た。
実施例3−1における結晶性ポリエステル1を結晶性ポリエステル3に変えた以外は同様にして、比較例3−1のトナー[トナー3−3]を得た。
(比較例3−2)
アニーリングを行なわなかった以外は実施例3−1と同様にして、比較例3−2のトナー[トナー3−4]を得た。
このようにして得られたトナー100部に疎水性シリカ0.7部と、疎水化酸化チタン0.3部をヘンシェルミキサーにて混合した。得られたトナーの評価結果については表4に示した。
Claims (10)
- 少なくとも結着樹脂、着色剤、及びワックスを含んで構成される静電荷像現像用トナーであって、
前記結着樹脂成分としては、主成分である非結晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含んで構成され、
前記結晶性ポリエステル樹脂は、前記結着樹脂100質量部に対して1質量部以上8.5質量部以下で含有され、かつ、
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点Aと貯蔵弾性率G’が20000Paになる温度Bとが下記式(1)を満たし、かつ、80℃以上の正接損失が1以下である
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
(式1) B−A<20 - 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
有機溶媒中に前記結着樹脂成分として結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂とを少なくとも1種以上含んでなる油相を水系媒体中に分散させ、
得られたO/W型分散液から有機溶媒を除去する工程を含む製造法によって得られる
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項2に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記油相が結着樹脂として、さらに、結着樹脂前駆体を含有する
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
結晶性ポリエステル樹脂及び非結晶性ポリエステル樹脂を各々水系媒体中に分散して結晶性ポリエステル樹脂粒子及び非結晶性ポリエステル樹脂粒子として乳化する乳化工程、
前記樹脂粒子、ワックス分散液、及び着色剤分散液を混合して凝集粒子分散液を調製する工程、
前記樹脂粒子のガラス転移点以上の温度に加熱して凝集粒子を融合合一してトナー粒子を形成する工程、
前記トナー粒子を洗浄する工程を有する製造方法によって得られる
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記結晶性ポリエステルの融点が60℃〜80℃である
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記結晶性ポリエステルの酸価をXとし、前記結晶性ポリエステルの水酸基価をYとした際に、以下の関係式を満たす
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
10mgKOH/g<X<40mgKOH/g
0mgKOH/g<Y<20mgKOH/g
20mgKOH/g<X+Y<40mgKOH/g - 請求項1ないし6のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記結晶性ポリエステルの酸価をXとし、前記非結晶性ポリエステルの酸価をZとした際に以下の関係式を満たす
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
−10mgKOH/g<X−Z<10mgKOH/g - 請求項1ないし7のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記結晶性ポリエステルが、炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸と、炭素数4〜12の飽和ジオールから構成される
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
前記結晶性ポリエステルのGPC測定における数分子量Mnの500以下の割合が0%以上2.0%以下であり、かつ、前記結晶性ポリエステルMnの1000以下の割合が0%以上4.0%以下である
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 電子写真方式の画像形成に用いる現像剤であって、かつ、
請求項1ないし9のいずれかに記載のトナーを含む現像剤。
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