JP7665311B2 - トナー - Google Patents
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Description
これらの要求を両立するためには、定着時にトナーを軟化させつつ高温保存における物性変化を抑えるという、トレードオフ関係を解消する必要がある。
このトレードオフを解消し、低温定着性と耐熱保存性を両立するために、従来種々の検討が行われている。
特許文献1には、低温定着性及び耐熱保存性を両立するために、ビニルモノマーと、不飽和二重結合及びアルコキシシリル基を有するシランカップリング剤とが共重合されたビニル系樹脂を結着樹脂として含有するトナーが開示されている。
また、今後求められるトナーの性能に到達するには、より一層低温定着性を向上しながらも耐熱保存性も大きく向上させるという、相反するトナー性能を同時に満たす必要があるが、上記文献の方法ではまだ不十分である。
トナー中でアルコキシシリル基同士の架橋(シロキサン結合の生成)により、三次元的な結着樹脂のネットワーク構造によりトナーの変形を防ぐことで耐熱保存性を向上する効果があると記載されている。しかしながら、上記文献に記載の方法では、定着時の高温においてもトナーの溶融粘度の低下が不十分で低温定着性としては十分満足できるものではないことがわかった。
逆に低温定着性を向上するため、トナーの溶融粘度を十分に下げられるようにアルコキシシリル基同士の架橋密度を低くした場合、自ずと結着樹脂のネットワーク構造も減少してしまう。そのため保存時でもトナーが溶融しやすくなってしまい耐熱保存性が低下してしまう。
また、耐熱保存性を維持するために上記架橋密度を高めたままで、低温定着性を向上する方法として結着樹脂のTgを低下させても、上記架橋は熱分解せずトナーの溶融粘度は低下しにくいので、低温定着性の大幅な向上は確認できなかった。
本開示は、低温定着性及び耐熱保存性を高度に両立できるトナーを提供する。
該トナー粒子が、結着樹脂、樹脂A及び樹脂Bを含有し、
該樹脂Aが、分子内に置換又は無置換のシリル基を有し、かつ、下記式(1)で表される構造を有し、
(該式(1)中、P1はポリエステル樹脂部位を表し、L1は単結合又は二価の連結基を表し、R1~R3は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、炭素原子数6以上のアリール基又はヒドロキシ基を表し、R 1 ~R 3 のうち、少なくとも一つが炭素原子数1以上のアルコキシ基又はヒドロキシ基を表し、mは正の整数を表し、mが2以上である場合の、複数のL1、複数のR1、複数のR2及び複数のR3は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
該置換のシリル基の置換基が、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及び炭素原子数6以上のアリール基からなる群から選択される少なくとも一であり、
該樹脂Bが、分子内にアゾ基を有するトナーに関する。
数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
本開示は、トナー粒子を含有するトナーであって、
該トナー粒子が、結着樹脂、樹脂A及び樹脂Bを含有し、
該樹脂Aが、分子内に置換又は無置換のシリル基を有し、
該置換のシリル基の置換基が、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及び炭素原子数6以上のアリール基からなる群から選択される少なくとも一であり、
該樹脂Bが、分子内にアゾ基を有するトナーに関する。
トナーの保存時において、トナー粒子内部では、樹脂A中のシリル基は樹脂B中のアゾ基と水素結合を形成する。それにより樹脂Aと樹脂B間で強固な架橋構造を形成する。複数の分子間で水素結合が形成されネットワーク構造が形成されるため、トナーが変形しにくくなり、耐熱保存性が大幅に向上できる。
すなわち、トナーの保存時には、上記ネットワーク構造は崩れないので耐熱保存性に優れ、定着時には速やかに水素結合が切れ上記ネットワーク構造が解消されることによって低温定着性に優れることがわかった。
以下、上記トナーについて説明する。
トナー粒子は、樹脂Aを含有する。トナー粒子は、その内部(コア)に樹脂Aを含有することが好ましい。また、樹脂Aは、有機樹脂であることが好ましい。
該樹脂Aは、(a)分子内に置換又は無置換のシリル基を有し、(b)該置換のシリル基の置換基は、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子および炭素原子数6以上のアリール基からなる群から選択される少なくとも一である。
該アルキル基の炭素原子数は、好ましくは1~20であり、より好ましくは1~4であ
る。
該アルコキシ基の炭素原子数は、好ましくは1~20であり、より好ましくは1~4であり、さらに好ましくは1~3であり、特に好ましくは1又は2である。
該アリール基の炭素原子数は、好ましくは6~14であり、より好ましくは6~10である。
樹脂Aの好ましい例としては、上記(a)及び(b)を満足するものであれば限定されるものではないが、シランカップリング剤等を化学的に結合した有機樹脂及び有機ケイ素化合物の重合体、並びにそれらのハイブリッド樹脂等が挙げられる。より具体的には、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂またはスチレンアクリル樹脂を、シランカップリング剤及び/又はシリコーンオイルなどで変性した樹脂等が挙げられる。
上記置換基のうち、アルキル基の炭素原子数は、好ましくは1~20であり、より好ましくは1~4である。また、アルコキシ基の炭素原子数は、好ましくは1~20であり、より好ましくは1~4であり、さらに好ましくは1~3であり、特に好ましくは1又は2である。さらに、アリール基の炭素原子数は、好ましくは6~14であり、より好ましくは6~10である。
樹脂A中のケイ素原子の含有量は、より好ましくは0.10質量%~5.00質量%であり、さらに好ましくは0.20質量%~5.00質量%である。
樹脂A中のケイ素原子の含有量は、該樹脂Aの製造時に使用するケイ素化合物の量の調整により制御することができる。
また、トナー粒子中の樹脂Aの含有量は、0.1質量%~90.0質量%であることが好ましく、0.3質量%~30.0質量%であることがより好ましく、1.0質量%~10.0質量%であることがさらに好ましく、1.5質量%~5.0質量%であることがさ
らにより好ましい。
Si-O-結合は、樹脂B中のアゾ基と水素結合を形成しやすいので、効率的にトナー内部全体に広がる樹脂Aと樹脂Bとの水素結合によるネットワーク構造が形成でき、耐熱保存性を高度に向上させる。
加水分解の方法は、どのような方法でも構わないが、例えば以下の手法がある。
前記式(1)中のR1~R3の一つ以上がアルコキシ基である樹脂Aを適当な溶媒(重合性単量体でも構わない)に溶解又は懸濁し、酸やアルカリを用いてpHを酸性に調整し混合し、加水分解させる。
また、トナー粒子製造中に加水分解を起こさせても構わない。
これらの中でも、耐熱保存性と低温定着性の両立の観点から、P1がスチレンアクリル樹脂部位又はポリエステル樹脂部位を含むことが好ましい。例えば、P1がポリエステル樹脂とスチレンアクリル樹脂とのハイブリッド樹脂部位であってもよい。P1がスチレンアクリル樹脂部位であることがより好ましい。
また、広がりを持ったネットワークを形成することで、樹脂A中のシリル基と樹脂B中のアゾ基で形成される水素結合部位に関しても、トナー粒子中に均一分散している状態となりやすい。これにより、熱応答性が高まり、低温定着性も大幅に向上する。
特に、P1がスチレンアクリル樹脂部位の場合は、P1がポリエステル樹脂部位である場合に比べ高温高湿環境下でのトナーの帯電安定性が高いのでより幅広い使用環境に適応したトナーとなるので好ましい。
樹脂A中のシリル基と樹脂B中のアゾ基間で水素結合が形成され、この時にアゾ基がδ-に、シリル基はδ+にと、分極が生じる。そして、トナー表面で発生したマイナス電荷は、樹脂A中のシリル基を介して樹脂A中のP1に伝播していくことで電荷がトナー内部に拡散していく。
P1を伝播して電荷が拡散する際、P1自体の絶縁性によっては、トナーの帯電安定性に影響する場合がある。P1の絶縁性が極端に低いとマイナス電荷はシリル基を介して素早くP1に拡散してしまうため、トナーが電荷減衰して十分な帯電安定性が見込めない場合がある。
P1の絶縁性をある程度高めることで、過剰な電荷減衰を抑制することが可能となるため帯電安定性を向上することができる。
特に、P1がスチレンアクリル樹脂部位である場合は、P1がポリエステル樹脂部位である場合よりも絶縁性が高いので、高温高湿環境下でも帯電安定性が高いことが分かった
。
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、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレン、p-クロルスチレン、3,4-ジクロルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、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-ドデシルスチレンのようなスチレン及びその誘導体などのスチレン系モノマー。
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸-n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸-n-オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸-2-エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸-2-クロルエチル、アクリル酸フェニルのようなアクリル酸エステル。
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸-n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸-n-オクチル、メタクリル酸ドデシル、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、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルのようなメタクリル酸エステル。
マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸のような不飽和二塩基酸;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸のようなα,β-不飽和酸;及びこれらの酸無水物などのカルボキシ基を含むビニル系モノマー。
スチレンアクリル樹脂やビニル樹脂にカルボキシ基を含有させる方法は特に制限されず公知の方法を用いることができる。例えば、アクリル酸、メタクリル酸などカルボキシ基を含むビニル系モノマーを用いることが好ましい。
スチレンアクリル樹脂部位におけるスチレンアクリル樹脂は、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルからなる群から選択される少なくとも一つ、スチレン系モノマー並びにカルボキシ基を含むビニル系モノマーの重合体であることが好ましい。
スチレンアクリル樹脂部位中、スチレン系モノマー系の比率は、0.0モル%~100.0モル%の範囲で設定することが可能であり、50.0モル%~85.0モル%の範囲であることが好ましい。
上記式(6)中のR9における(好ましくは炭素数2~4の)アルケニレン基としては、例えば、ビニレン基、プロペニレン基、2-ブテニレン基が挙げられる。
上記式(6)中のR9における(好ましくは炭素数6~12の)アリーレン基としては、例えば、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,2-フェニレン基、2,6-ナフチレン基、2,7-ナフチレン基、4,4’-ビフェニレン基が挙げられる。
上記式(6)中のR9は、置換基により置換されていてもよい。この場合、置換基としては、例えば、メチル基、ハロゲン原子、カルボキシ基、トリフルオロメチル基及びそれらの組合せが挙げられる。
は、例えば以下のものが挙げられる。メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、ネオペンチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、1,3-シクロペンチレン、1,3-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレン基。
上記式(7)中のR10におけるフェニレン基としては、例えば、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,2-フェニレン基が挙げられる。
上記式(7)中のR10は置換基により置換されていてもよい。この場合、置換基としては、例えば、メチル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。
上記式(10)中のR11における(好ましくは炭素数2~40の)アルケニレン基としては、例えば以下のものが挙げられる。ビニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基、ヘキサジエニレン基、ヘプテニレン基、オクタニレン基、デセニレン基、オクタデセニレン基、エイコセニレン基、トリアコンテニレン基。これらのアルケニレン基は直鎖状、分岐状、及び環状のいずれの構造であってもよい。また、二重結合の位置はいずれの箇所でもよく、少なくとも一つ以上の二重結合を有していればよい。
上記式(10)中のR11は置換基により置換されていてもよい。この場合、置換しても良い置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。
)中のP1への結合部位を表し、(**)は前記式(1)中のケイ素原子への結合部位を表す。
式(3)中のR6は、単結合、アルキレン基又はアリーレン基を表す。(*)は式(1)中のP1への結合部位を表し、(**)は前記式(1)中のケイ素原子への結合部位を表す。
式(4)及び(5)中のR7及びR8は、各々独立して、アルキレン基、アリーレン基、又はオキシアルキレン基を表す。(*)は前記式(1)中のP1への結合部位を表し、(**)は式(1)中のケイ素原子への結合部位を表す。)
脆性が向上する理由は、式(2)中のアミド結合が、樹脂B中のアゾ基と双極子間相互作用を発現することと推測している。
トナーの脆性が向上すると、トナーに現像プロセスにおける部材接触による応力がかかっても、トナーの割れや欠けといった不具合を起こさず、部材汚染などが減少し、安定的な現像プロセスの実現が可能である。
該連結基は、例えば、樹脂中のカルボキシ基とアミノシランとの反応によって形成することができる。
前記アミノシランとしては、特に限定されるものではないが、例えば、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニルγ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニルγ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-6-(アミノヘキシル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメチルシラン、3-アミノプロピルシリコン等が挙げられる。
R5における(好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数2~4の)アルキレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、-NH-基を含有するアルキレン基であってもよい。
R5における(好ましくは炭素数6~12、より好ましくは炭素数6~10の)アリーレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、ヘテロ原子を含有するアリーレン基であってもよい。
該連結基は、例えば、樹脂中のヒドロキシ基とイソシアネートシランとの反応によって形成することができる。
前記イソシアネートシランとしては、特に限定されるものではないが、例えば3-イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルジメチルメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルメチルジエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルジメチルエトキシシラン等が挙げられる。
R6における(好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数2~4の)アルキレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、-NH-基を含有するアルキレン基であってもよい。
R6における(好ましくは炭素数6~12、より好ましくは炭素数6~10の)アリーレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、ヘテロ原子を含有するアリーレン基であってもよい。
該連結基は、例えば、エポキシシランの挿入反応によって形成される。
エポキシシランの挿入反応とは、樹脂中の主鎖に含まれるエステル結合に、エポキシシランのエポキシ基を挿入反応させる工程を包含する反応をいう。また、ここでいう挿入反応とは、例えば、有機合成化学、第49巻、第3号、第218頁、1991年に「ポリマー鎖中のエステル結合へのエポキシ化合物の挿入反応」として説明されている反応をいう。
エポキシシランの挿入反応の反応機構は、下記モデル図で表すことができる。
図中のエポキシ基の開環にはα開裂とβ開裂があることから2種類の化合物が形成されるが、いずれも樹脂中のエステル結合へエポキシ基が挿入された化合物、言い換えればエポキシ化合物のエポキシ部位を除く構成部が樹脂にグラフトした化合物となる。
エポキシシランとしては、特に限定されるものではないが、例えば、β-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
R7及びR8における(好ましくは炭素数6~12、より好ましくは炭素数6~10の)アリーレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、ヘテロ原子を含有するアリーレン基であってもよい。
R7及びR8における(好ましくは炭素数1~12、より好ましくは炭素数2~4の)オキシアルキレン基は、特に限定されるものではないが、例えば、-NH-基を含有するオキシアルキレン基であってもよい。
樹脂Aは高分子であることが耐熱保存性をより向上させるために好ましい。樹脂Aの重量平均分子量(Mw)は、好ましくは2000以上である。上記範囲であると、樹脂Aと樹脂B中のアゾ基とが水素結合を形成し、三次元的に広がるネットワークを形成しやすいため耐熱保存性がより向上する。
また、低温定着性をより良好にする観点から、樹脂Aの重量平均分子量(Mw)は100000以下であることが好ましい。
トナー粒子は樹脂Bを含有する。該樹脂Bは分子内にアゾ基を有する樹脂である。
アゾ基を有する樹脂とは、具体的には、「アゾ基を含有する化合物」が「有機樹脂」と連結した樹脂が挙げられる。樹脂B中における「アゾ基を含有する化合物」としては、脂肪族アゾ化合物、芳香族アゾ化合物、β-ジケトンアゾ化合物等が挙げられ、いずれのタイプのアゾ化合物も樹脂A中のシリル基と水素結合を形成するため好適に用いられる。
Ar1-N=N-Ar2 ・・・(11)
式(11)中、Ar1、Ar2はそれぞれ独立して、置換又は無置換の芳香族基を表す。置換基としては炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。ただし、Ar1、Ar2の少なくとも一つは、「連結基」として樹脂B中の有機樹脂との結合部位を形成する置換基を有する。
例えば、アミノ基又はカルボキシ基により、連結基として樹脂B中の有機樹脂とのアミド結合を形成することができる。
また、例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基により、連結基として樹脂B中の有機樹脂とのエステル結合を形成することができる。
アミノフェニル基により、連結基として樹脂B中の有機樹脂のカルボキシ基とのアミド結合を形成することができる。
Ar11-N=N-Ar21 ・・・(11A)
式(11A)中、Ar11、Ar21はそれぞれ独立して、置換又は無置換の芳香族基を表す。Ar1、Ar2が有する置換基としては、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、メチル基、ジメチルアミノ基、アミノカルボニル基、アミノカルボニルアミノ基、炭
素数1~4のアルキルオキシカルボニル基、イミダゾリジノン構造、又はそれらの組合せなどが挙げられる。ただし、Ar11、Ar21の少なくとも一つは、置換基を有し該置換基により「連結基」として樹脂B中の有機樹脂との結合部位を形成している。
より好ましくは、Ar11、Ar21はそれぞれ独立して、下記式(A)~(F)で示される構造を有し、Ar11、Ar21の少なくとも一つは、下記式(A)又は(B)で示される構造を有する。式(A)又は(B)の***は、樹脂Bとの結合部位を示す。式(B)中のXは、単結合又は炭素数1~6のアルキレン基を示す。式(A)~(F)で示される構造は置換又は無置換であり、置換基としては炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。
Ar3は置換若しくは無置換のアリール基を表す。R5、R6及びAr3はおける置換基としては、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、メチル基、ジメチルアミノ基、アミノカルボニル基、アミノカルボニルアミノ基、炭素数1~4のアルキルオキシカルボニ
ル基、イミダゾリジノン構造、又はそれらの組合せが挙げられる。
ただし、R5、R6、及びAr3の少なくとも一つは「連結基」として樹脂B中の有機樹脂との結合部位を形成する置換基を有する。
アミノフェニル基により、例えば、連結基として樹脂B中の有機樹脂のカルボキシ基とのアミド結合を形成することができる。
Ar3は、下記式(I)~(IV)で示される基であることが好ましい。式(I)のR21,R22は、それぞれ独立して、炭素数1~4のアルキル基である。式(I)~(IV)で示される構造は置換又は無置換であり、置換基としては炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。
式(12A)中、R51、R61はそれぞれ独立して、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基、OR7基、又はNR8R9基を表す。R7~R9はそれぞれ独立して水素原子、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基、又はアラルキル基を表す。
Ar31 は置換若しくは無置換のアリール基を表す。R51、R61、Ar31 が有する置換基としては、アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、メチル基、ジメチルアミノ基、アミノカルボニル基、アミノカルボニルアミノ基、炭素数1~4のアルキルオキシカルボニル基、イミダゾリジノン構造又はそれらの組合せなどが挙げられる。ただし、R51、R61、Ar31 の少なくとも一つは、置換基を有し該置換基により「連結基」として樹脂B中の有機樹脂との結合部位を形成している。)
Ar31は、上記式(I)~(IV)で示される基であることが好ましい。式(I)のR21,R22は、それぞれ独立して、炭素数1~4のアルキル基である。式(I)~(IV)及び式(X)で示される構造は置換又は無置換であり、置換基としては炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及びそれらの組合せが挙げられる。
連結基は、好ましくはアミド基、エステル基である。
前記R20におけるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基及びフェネチル基が挙げられる。
前記「有機樹脂」がスチレンアクリル樹脂部位又はポリエステル樹脂部位であることがより好ましい。有機樹脂がスチレンアクリル部位であることが低温低湿環境下でのチャージアップ抑制の観点からさらに好ましい。
スチレンアクリル樹脂部位及びポリエステル樹脂部位における、スチレンアクリル樹脂及びポリエステル樹脂は、樹脂Aで前述したものと同様である。
耐熱保存性を向上する観点から、樹脂Bの重量平均分子量(Mw)は2000以上であることが好ましい。当該範囲であることで、三次元的に広がるネットワークを形成しやすくなる。
また、低温定着性の観点から、樹脂Bの重量平均分子量(Mw)は100000以下であることが好ましい。
トナー粒子は、結着樹脂を含有する。
トナー粒子中の樹脂Aのガラス転移温度TgをTg(A)、樹脂BのTgをTg(B)、結着樹脂のTgをTg(C)とした時、以下の(i)及び(ii)の関係式を満たすことが、トナーの耐熱保存性と低温定着性を両立する観点で好ましい。
Tg(A)>Tg(C) ・・・(i)
Tg(B)>Tg(C) ・・・(ii)
特に、上記(i)及び(ii)を満たすことが耐熱保存性と低温定着性の両立に有効である。
Tg(A)-Tg(C)は、5℃~50℃であることが好ましく、10℃~45℃であることがより好ましい。
Tg(B)-Tg(C)は、2℃~25℃であることが好ましく、5℃~20℃であることがより好ましい。
Tg(B)は、52℃~75℃であることが好ましく、55℃~70℃であることがよ
り好ましい。
Tg(C)は、40℃~60℃であることが好ましく、45℃~55℃であることがより好ましい。
また、トナー粒子中で、結着樹脂100.0質量部に対する樹脂Bの含有量は、0.1質量部~20.0質量部であることが好ましく、0.3質量部~5.0質量部であることがより好ましく、1.5質量部~4.5質量部であることがさらに好ましい。
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-アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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-メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、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-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などのスチレン系共重合体;
ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂および芳香族系石油樹脂。
これら結着樹脂は一種単独で、又は二種以上を混合して使用できる。
α-エチルアクリル酸、クロトン酸などの(メタ)アクリル酸、およびα-アルキル誘導体あるいはβ-アルキル誘導体;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸;コハク酸モノアクリロイルオキシエチルエステル、コハク酸モノアクリロイルオキシエチレンエステル、フタル酸モノアクリロイルオキシエチルエステル、フタル酸モノメタクリロイルオキシエチルエステルなどの不飽和ジカルボン酸モノエステル誘導体など。
カルボン酸成分としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、及び、トリメリット酸が挙げられる。
アルコール成分としては、例えば、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付
加物、グリセリン、トリメチロールプロパン、及び、ペンタエリスリトールが挙げられる。
高温時におけるトナーの粘度変化の改良を目的として、結着樹脂は重合性官能基を有していてもよい。重合性官能基としては、例えば、ビニル基、イソシアナート基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシ基、ヒドロキシ基が挙げられる。
好ましくは、結着樹脂はスチレン及びアルキル基の炭素数1~8(好ましくは2~6)の(メタ)アクリル酸アルキルエステルの共重合体であり、より好ましくはスチレン-アクリル酸ブチル共重合体である。共重合比率(スチレン:(メタ)アクリル酸アルキルエステル(質量比))は、好ましくは55:45~80:20であり、より好ましくは60:40~70:30である。
結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、架橋剤を添加してもよい。
架橋剤としては、例えば、以下のような化合物を使用することができるが、これらに限定されるものではない。
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、ジビニルベンゼン、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、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アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレートおよびポリエステル型ジアクリレート(MANDA 日本化薬)、並びに、上記のアクリレートをメタクリレートに変えたもの。
架橋剤の添加量としては、重合性単量体100質量部に対して0.001質量部~15.0質量部であることが好ましい。
トナー粒子は、ワックスを含有してもよい。
ワックスとしては、例えば以下のようなワックスを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
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価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸エステル、又は、1価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールのエステル;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価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸エステル、又は、2価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールのエステル;グリセリントリベヘネートなどの3価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸エステル、又は、3価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールのエステル;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価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸エステル、又は、4価のカルボン酸と脂肪族モノアル
コールのエステル;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価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸エステル、又は、6価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールのエステル;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エステル、又は、多価カルボン酸と脂肪族モノアルコールのエステル;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。
トナー粒子中のワックスの含有量は、0.5質量%~20.0質量%であることが好ましい。
トナー粒子は、着色剤を含有してもよい。着色剤は特に限定されず、例えば以下に示す公知のものを使用することができる。
黄色顔料としては、例えば、黄色酸化鉄、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキなどの縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物が用いられる。具体的には、例えば以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147、155、168、180。
橙色顔料としては、例えば以下のものが挙げられる。
パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジRK、インダスレンブリリアントオレンジGK。
赤色顔料としては、例えば、ベンガラ、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドC、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、ブリラントカーミン3B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキなどの縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、例えば以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254。
青色顔料としては、例えばアルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBGなどの銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が挙げられる。具体的には、例えば以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66。
紫色顔料としては、例えば、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
緑色顔料としては、例えば、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンGが挙げられる。
白色顔料としては、例えば、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛が挙げられる。
黒色顔料としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、非磁性フェライトおよびマグネタイト、並びに、上記黄色系着色剤、赤色系着色剤及び青色系着色剤を用い黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、一種単独で使用してもよく、又は二種以上を混合して使用してもよい。また、これらの着色剤は、固溶体の状態で用いることができる。
必要により、重合阻害のない物質により着色剤の表面処理を施してもよい。
トナー粒子中の着色剤の含有量は、3.0質量%~15.0質量%であることが好ましい。
トナー粒子は荷電制御剤を含有してもよい。荷電制御剤としては特に制限されず、公知のものが使用できる。特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を直接重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。
荷電制御剤として、トナー粒子を負荷電性に制御するものとしては、例えば以下のものが挙げられる。
有機金属化合物及びキレート化合物として、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、又はエステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類なども含まれる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーンが挙げられる。
ニグロシン及び脂肪酸金属塩のようなによるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム-1-ヒドロキシ-4-ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのような4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩のようなオニウム塩及びこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物など);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
これら荷電制御剤は一種単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。トナー粒子中のこれらの荷電制御剤の含有量は、0.01質量%~10.0質量%であることが好ましい。
トナー粒子は、外添せずにトナーとすることもできるが、流動性、帯電性、クリーニング性などを改良するために、いわゆる外添剤である流動化剤、クリーニング助剤などを外添してトナーとしてもよい。
外添剤としては、例えば、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、酸化チタン微粒子などよりなる無機酸化物微粒子や、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子などの無機ステアリン酸化合物微粒子、あるいは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛などの無機チタン酸化合物微粒子などが挙げられる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
これら無機微粒子は、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、高級脂肪酸およびシリコーンオイルなどによって、耐熱保管性の向上、環境安定性の向上のために、光沢
処理が行われていることが好ましい。外添剤のBET比表面積は、10m2/g~450m2/gであることが好ましい。
これらの種々の外添剤の添加量は、その合計が、トナー粒子100.00質量部に対して、好ましくは0.05質量部~10.00質量部、より好ましくは0.10質量部~5.00質量部である。また、外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
トナーは、磁性又は非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。
キャリアとしては、例えば鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金など、公知の材料からなる磁性粒子を用いることができる。これらの中ではフェライト粒子を用いることが好ましい。また、キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂などの被覆剤で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体微粉末を分散してなる樹脂分散型キャリアなどを用いてもよい。
キャリアとしては、体積平均粒径が15μm~100μmのものが好ましく、25μm~80μmのものがより好ましい。
トナー粒子の製造方法は公知の手段を用いることができ、混練粉砕法や湿式製造法を用いることができる。粒子径の均一化や形状制御性の観点からは湿式製造法を好ましく用いることができる。さらに、湿式製造法としては懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化重合凝集法、乳化凝集法などを挙げることができる。
懸濁重合法における重合性単量体として、以下に示すビニル系重合性単量体が好適に例示できる。
n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートなどのメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル、蟻酸ビニルなどのビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン。
造粒工程における水系媒体は分散安定剤を含有していることが、トナー粒子の粒径制御、粒度分布のシャープ化、製造過程におけるトナー粒子の合一を抑制するために好ましい。分散安定剤としては、一般的に立体障害による反発力を発現させる高分子と、静電気的な反発力で分散安定化を図る難水溶性無機化合物とに大別される。難水溶性無機化合物の微粒子は、酸やアルカリにより溶解するため、重合後に酸やアルカリで洗浄することにより溶解させて容易に除去することができるため、好適に用いられる。
リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、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、塩化カルシウム、ヒドロキシアパタイド。
上記分散安定剤に有機系化合物、例えばポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、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、デンプンを併用してもよい。
これら分散安定剤は、重合性単量体100.00質量部に対して、0.01質量部~2.00質量部使用することが好ましい。
重合工程では、容器内の温度分布が均一になるように攪拌操作を行うことが好ましい。重合開始剤を添加する場合、任意のタイミングと所要時間で行うことができる。また、所望の分子量分布を得る目的で重合反応後半に昇温してもよく、さらに、未反応の重合性単量体、副生成物などを系外に除去するために反応後半、または反応終了後に、一部水系媒体を蒸留操作により留去してもよい。蒸留操作は常圧又は減圧下で行うことができる。
2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、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のようなアゾ化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、デカノニルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシイソブチレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、tert-ブチルヒドロパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシピバレート、クメンヒドロパーオキサイドのようなパーオキサイド系開始剤。
過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、2,2’-アゾビス(N,N’-ジメチレンイソブチロアミジン)塩酸塩、2,2’-アゾビス(2-アミノジノプロパン)塩酸塩、アゾビス(イソブチルアミジン)塩酸塩、2,2’-アゾビスイソブチロニトリルスルホン酸ナトリウム、硫酸第一鉄又は過酸化水素。
これらの重合開始剤は一種単独で又は複数を併用して使用でき、重合性単量体の重合度を制御するために、連鎖移動剤、重合禁止剤等をさらに併用することも可能である。
<トナーから樹脂A及び樹脂Bを取り出す方法>
トナーからの樹脂A及び樹脂Bの取り出しはテトラヒドロフラン(THF)を用いた抽出物を溶媒グラジエント溶出法により分離することで行う。調製方法を以下に示す。
トナー粒子10.0gを秤量し、円筒濾紙(東洋濾紙製No.84)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出し、抽出液を脱溶剤して得られた固体がTHF可溶分である。THF可溶分には樹脂A及び樹脂Bが含まれる。これを複数回行い、必要な量のTHF可溶分を得る。
溶媒グラジエント溶出法には、グラジエント分取HPLC(島津製作所製LC-20AP高圧グラジエント分取システム、Waters社製SunFire分取カラム50mmφ250mm)を用いる。カラム温度は30℃、流量は50mL/分、移動相には貧溶媒としてアセトニトリル、良溶媒としてTHFを用いる。
抽出により得られたTHF可溶分0.02gをTHF1.5mLに溶解させたものを分離のための試料とする。移動相はアセトニトリル100%の組成から開始し、試料注入後5分経過した時点で毎分4%ずつTHFの比率を増加させ、25分かけて移動相の組成をTHF100%とする。得られた分画を乾固させることで成分を分離することができる。
これにより樹脂A及び樹脂Bを別々に単離して得ることができる。どの分画成分が樹脂A又は樹脂Bであるかは後述するケイ素原子の含有量の測定及び13C-NMR測定により判別することができる。
樹脂A中のケイ素の含有量の測定は、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)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「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は27mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO2粒子添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
そのペレットのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線から樹脂A中のケイ素原子の含有量を求める。
樹脂A及び樹脂Bの構造決定は、以下の装置を用いて行う。
1H NMR: 日本電子(株)製ECA-400(使用溶媒 重クロロホルム)
13C NMR: ブルカー・バイオスピン(株)製FT-NMR AVANCE-600(使用溶媒 重クロロホルム)
なお、13C NMRは、クロム(III)アセチルアセトナートを緩和試薬として用いた逆ゲートデカップリング法により定量化し組成分析を行う。
樹脂A及び樹脂Bの構造、例えば、式(1)で表される構造中の高分子部位P1、L1部位、R1~R3部位などは、1H-NMR分析、13C-NMR分析、29Si-NMR分析及びFT-IR分析を用いて同定する。
L1が前記式(2)で表されるようなアミド結合を含有する場合は、1H-NMR分析により同定できる。具体的には、アミド基のNH部位のプロトンのケミカルシフト値によって同定が可能であり、積分値の算出によってアミド基の定量が可能である。
また、式(1)で表される構造中のR1~R3がアルコキシ基、又はヒドロキシ基を含有する場合には、29Si-NMRによりアルコキシ基、又はヒドロキシ基のケイ素原子に対する価数を決定することが可能である。
樹脂の重量平均分子量(Mw)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、試料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。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調製する。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、80
7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:0.1mL
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。樹脂の酸価はJIS K 0070-1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1gをエチルアルコール(95体積%)90mLに溶かし、イオン交換水を加えて100mLとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mLの水に溶かし、エチルアルコール(95体積%)を加えて1Lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。
前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/L塩酸25mLを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/L塩酸は、JIS K 8001-1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(2:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C-B)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料の質量(g)である。
水酸基価とは、試料1gをアセチル化するとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。樹脂の水酸基価はJIS K 0070-1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)試薬の準備
特級無水酢酸25gをメスフラスコ100mLに入れ、ピリジンを加えて全量を100mLにし、十分に振りまぜてアセチル化試薬を得る。得られたアセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス等に触れないように、褐色びんにて保存する。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95体積%)90mLに溶かし、イオン交換水を加えて100mLとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム35gを20mLの水に溶かし、エチルアルコール(95体積%)を加えて1Lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。
水酸化カリウム溶液のファクターは、0.5モル/L塩酸25mLを三角フラスコに取り、該フェノールフタレイン溶液を数滴加え、水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した該水酸化カリウム溶液の量から求める。0.5モル/L塩酸は、JIS K 8001-1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した試料1.0gを200mL丸底フラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5.0mLを、ホールピペットを用いて正確に加える。この際、試料がアセチル化試薬に溶解しにくいときは、特級トルエンを少量加えて溶解する。
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、約97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部約1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首の温度が浴の熱を受けて上昇するのを防ぐため、丸い穴をあけた厚紙をフラスコの首の付根にかぶせることが好ましい。
1時間後、グリセリン浴からフラスコを取り出して放冷する。放冷後、漏斗から水1mLを加えて振り動かして無水酢酸を加水分解する。さらに完全に加水分解するため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱する。放冷後、エチルアルコール5mLで漏斗およびフラスコの壁を洗う。
指示薬として該フェノールフタレイン溶液を数滴加え、該水酸化カリウム溶液で滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、水酸基価を算出する。
A=[{(B-C)×28.05×f}/S]+D
ここで、A:水酸基価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料の質量(g)、D:試料の酸価(mgKOH/g)である。
樹脂A、樹脂Bまたは結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、示差走査型熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いて、ASTM D3418-82に準じて測定される。
測定試料として、樹脂A、樹脂B又は結着樹脂を約2mg精密に秤量したものを用いる。これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用いる。
測定温度範囲を30℃以上200℃以下とし、一旦、昇温速度10℃/minで30℃から200℃まで昇温した後、降温速度10℃/minで200℃から30℃まで降温し、再度、昇温速度10℃/minで200℃まで昇温させる。2回目の昇温過程で得られるDSC曲線において、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、ガラス転移温度Tgとする。
以下のようにして、スチレンアクリル樹脂(R-1)を合成した。
プロピレングリコールモノメチルエーテル100.0部を窒素置換しながら加熱し、液温120℃以上で還流させた。そこへ、スチレン80.2部、アクリル酸ブチル20.1部、アクリル酸5.0部、及びtert-ブチルパーオキシベンゾエート[有機過酸化物系重合開始剤、日油(株)製、商品名:パーブチルZ]1.0部を混合したものを3時間かけて滴下した。
滴下終了後、溶液を3時間撹拌した後、液温を170℃まで昇温しながら常圧蒸留した。液温が170℃に到達した後、1hPaに減圧し、1時間蒸留して脱溶剤し、樹脂固形物を得た。該樹脂固形物をテトラヒドロフランに溶解し、n-ヘキサンで再沈殿させて析出した固体を濾別することでスチレンアクリル樹脂(R-1)を得た。
得られたスチレンアクリル樹脂(R-1)の酸価は36.6mgKOH/g、Mw=22000であった。
以下のようにして、スチレンアクリル樹脂(R-2)を合成した。
プロピレングリコールモノメチルエーテル100.0部を窒素置換しながら加熱し、液温120℃以上で還流させた。そこへ、スチレン72.9部、アクリル酸21.6部、及びtert-ブチルパーオキシベンゾエート[有機過酸化物系重合開始剤、日油(株)製、商品名:パーブチルZ]1.0部を混合したものを3時間かけて滴下した。
滴下終了後、溶液を3時間撹拌した後、液温を170℃まで昇温しながら常圧蒸留した。液温が170℃に到達した後、1hPaに減圧し、1時間蒸留して脱溶剤し、樹脂固形物を得た。該樹脂固形物をテトラヒドロフランに溶解し、n-ヘキサンで再沈殿させて析出した固体を濾別することでスチレンアクリル樹脂(R-2)を得た。
得られたスチレンアクリル樹脂(R-2)の酸価は154.6mgKOH/g、Mw=22000であった。
以下のようにして、アクリル樹脂(R-3)を合成した。
プロピレングリコールモノメチルエーテル100.0部を窒素置換しながら加熱し、液温120℃以上で還流させた。そこへ、メチルメタクリレート30.0部、アクリル酸50.4部、及びtert-ブチルパーオキシベンゾエート[有機過酸化物系重合開始剤、日油(株)製、商品名:パーブチルZ]1.0部を混合したものを3時間かけて滴下した。
滴下終了後、溶液を3時間撹拌した後、液温を170℃まで昇温しながら常圧蒸留した。液温が170℃に到達した後、1hPaに減圧し、1時間蒸留して脱溶剤し、樹脂固形物を得た。該樹脂固形物をテトラヒドロフランに溶解し、n-ヘキサンで再沈殿させて析出した固体を濾別することでアクリル樹脂(R-3)を得た。
得られたアクリル樹脂(R-3)の酸価は351.8mgKOH/g、Mw=8700であった。
下記の手順によりポリエステル(R-4)を合成した。
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えたオートクレーブ中に下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、常圧、200℃で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2.1モル付加物:39.6部
・テレフタル酸:8.0部
・イソフタル酸:7.6部
・テトラブトキシチタネート:0.1部
その後、トリメリット酸0.01部及びテトラブトキシチタネート0.12部を追加し、220℃で3時間反応し、さらに10mmHg~20mmHgの減圧下で2時間反応し
てポリエステル(R-4)を得た。
得られたポリエステル(R-4)の酸価は6.1mgKOH/g、水酸基価は33.6mgKOH/g、Mw=10200であった。
下記の手順によりポリエステル(R-5)を合成した。
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えたオートクレーブ中に下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、常圧、200℃で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:21.0部
・エチレングリコール:2.1部
・イソソルビド:0.6部
・テレフタル酸:14.8部
・テトラブトキシチタネート:0.1部
その後、トリメリット酸1.1部及びテトラブトキシチタネート0.1部を追加し、220℃で3時間反応し、さらに10mmHg~20mmHgの減圧下で2時間反応してポリエステル(R-5)を得た。
得られたポリエステル(R-5)の酸価は6.0mgKOH/g、水酸基価は32.4mgKOH/g、Mw=10400であった。
下記の手順により、ポリ乳酸[(ポリエステル(R-6)]を合成した。
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えたオートクレープ中に下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、常圧、200℃で5時間反応を行った。
・乳酸:100.0部
・テトラブトキシチタネート:0.1部
その後、テトラブトキシチタネート0.1部を追加し、220℃で3時間反応し、さらに10mmHg~20mmHgの減圧下で2時間反応を行った。得られた樹脂をクロロホルムに溶解し、この溶液をエタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、ポリエステル(R-6)を得た。
得られたポリエステル(R-6)の酸価は3.5mgKOH/g、Mw=30000であった。
前記ポリエステル(R-4)の合成において、ビスフェノールA-プロピレンオキサイド2.1モル付加物39.6部を、ビスフェノールA-エチレンオキサイド2モル付加物33.2部に変更した以外は同様にしてポリエステル(R-7)を得た。
得られたポリエステル(R-7)の酸価は5.8mgKOH/g、水酸基価は34.3mgKOH/g、Mw=10800であった。
下記の手順により、カルボン酸末端がステアリルエステルであるポリε-カプロラクトン[(ポリエステル(A-8)]を合成した。
窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えた反応容器に、下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、100℃で5時間反応を行った。
・ステアリルアルコール:3.0部
・ε-カプロラクトン:38.2部
・チタン(IV)テトライソプロポキシド:0.5部
得られた樹脂をクロロホルムに溶解し、この溶液をメタノール中に滴下し再沈殿して濾
過することで、ポリエステル(R-8)を得た。
得られたポリエステル(R-8)の酸価は0.0mgKOH/g、水酸基価は30.3mgKOH/g、Mw=8300であった。
前記ポリエステル(R-4)の合成において、目的の分子量が得られるように、反応圧力、反応温度、反応時間を調整した以外は同様にして、ポリエステル(R-9)及び(R-10)を合成した。
得られたポリエステル(R-9)及び(R-10)の物性を表1中に示す。
<樹脂(A-1)の製造例>
下記の手順により式(1)で表される樹脂(A-1)を製造した。
N,N-ジメチルアセトアミド200.0部に、スチレンアクリル樹脂(R-1)50.0部を溶解し、シラン化合物として、3-アミノプロピルトリエトキシシラン7.1部、縮合剤としてDMT-MM〔4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリド〕を9.8部添加し、常温で5時間撹拌した。反応終了後、この溶液をメタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、樹脂(A-1)を得た。得られた樹脂の物性を表2に示す。
樹脂(A-1)の製造例において、ベースとなる原料樹脂の種類;修飾されたシラン化合物の種類及び添加量;DMT-MMの添加量を表1のように変更した以外は同様にして、樹脂(A-2)~(A-6)、(A-10)~(A-16)を得た。得られたこれらの樹脂の物性を表2に示す。
樹脂(A-4)10.0部をトルエン90.0部に溶解した溶液に、純水400.0部と混合撹拌し、希塩酸を用いてpHを4.0に調整し、常温で10.8時間撹拌させた後、撹拌を止め分液ロートに移し油相を抽出した。前記油相を濃縮し、メタノールで再沈殿することによって、式(1)で表される樹脂(A-9)を得た。
得られた樹脂(A-9)を29Si-NMR測定によって分析したところ、式(1)におけるR1~R3は、いずれもヒドロキシ基であった。
ポリエステル(R-7)中のエステル結合に対して、エポキシシラン中のエポキシ基による挿入反応により、式(4)又は式(5)で表される連結基を形成した樹脂A(A-7)を合成した。
アニソール100.0部に、ポリエステル(R-7)50.0部を溶解し、(3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン12.2部、テトラブチルホスホニウムブロマイド10.0部を投入し、窒素雰囲気下、約140℃で5時間加熱撹拌した。放冷後、反応混合物を、クロロホルム200mlに溶解し、メタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、樹脂A(A-7)を得た。得られた樹脂の物性を表2に示す。
ポリエステル(R-8)中のヒドロキシ基と、イソシアネートシラン中のイソシアネート基とを反応させウレタン結合を形成した樹脂A(A-8)を以下のように合成した。
クロロホルム500.0部に、ポリエステル(R-8)50.0部を溶解し、窒素雰囲気下、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン6.6部、チタン(IV)テトライソプロポキシド0.5部を添加し、常温で5時間撹拌した。反応終了後、この溶液をメ
タノール中に滴下し再沈殿して濾過することで樹脂A(A-8)を得た。得られた樹脂の物性を表2に示す。
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI) 41.3部
・ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(BPA-2EO) 33.8部
・テトラヒドロフラン(THF) 300.0部
攪拌装置及び温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。50℃まで加熱し、8時間かけてウレタン化反応を施した後、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン1.0部を加えてさらに8時間反応を行い、t-ブチルアルコールを3.0部加えて、イソシアネート末端を修飾した。溶媒であるTHFを留去して、樹脂(A-17)を得た。
<アゾ基を含有する化合物(16)の合成例>
下記スキームに従い、アゾ基を含有する化合物(16)を得た。
次に、2-アミノテレフタル酸ジエチル(メルク株式会社製)4.3部に、メタノール40.0部、濃塩酸5.3部を加えて10℃以下に氷冷した。この溶液に、亜硝酸ナトリウム2.1部を水6.0部に溶解させたもの加えて同温度で1時間反応させた。
次いでスルファミン酸1.0部を加えて更に20分間撹拌した(ジアゾニウム塩溶液)。メタノール70.0部に、式(14)の化合物を4.5部加えて、10℃以下に氷冷し
、前記ジアゾニウム塩溶液を加えた。その後、酢酸ナトリウム5.8部を水7.0部に溶解させたものを加えて、10℃以下で2時間反応させた。反応終了後、水300部を加えて30分間撹拌した後、固体を濾別し、N,N-ジメチルホルムアミドからの再結晶法により精製することで式(15)の化合物を得た。
次に、N,N-ジメチルホルムアミド150.0部に化合物(15)8.6部及びパラジウム-活性炭素(パラジウム5%)0.4部を加えて、水素ガス雰囲気下(反応圧力0.1~0.4MPa)、40℃で3時間撹拌した。反応終了後、溶液を濾別し、濃縮してアゾ基を含有する化合物(16)を得た。
前記アゾ基を含有する化合物(16)の合成例において、2-アミノテレフタル酸ジエチル(メルク株式会社製)4.3部であったところ、3-アミノベンズアミド(東京化成工業株式会社製)2.8部にした。それ以外はアゾ基を含有する化合物(16)の合成例と同様にして、アゾ基を含有する化合物(17)を得た。
前記アゾ基を含有する化合物(16)の合成例において、2-アミノテレフタル酸ジエチル(メルク株式会社製)4.3部であったところ、5-アミノ-2-ベンズイミダゾリノン(東京化成工業株式会社製)3.1部にした。それ以外はアゾ基を含有する化合物(16)の合成例と同様にして、アゾ基を含有する化合物(18)を得た。
前記アゾ基を含有する化合物(16)の合成例において、2-アミノテレフタル酸ジエチル(メルク株式会社製)4.3部であったところ、(3-アミノフェニル)尿素(Waterstone Technology,LLC製)3.1部にした。それ以外は前記アゾ基を含有する化合物(16)の合成例と同様にして、アゾ基を含有する化合物(19)を得た。
下記の手順により樹脂(B-1)を製造した。
前記樹脂(B-1)の製造例において、有機樹脂の種類;アゾ基を含有する化合物の種類及び添加量;DMT-MMの添加量を下記表3のように変更した以外は同様にして、樹脂(B-2)~(B-6)、樹脂(B-8)~(B-12)を得た。得られた樹脂の物性を表3に示す。
なお、表3中の式(20)~(21)は下記式の化合物を示す。
N,N-ジメチルアセトアミド200.0部に、「有機樹脂」としてスチレンアクリル樹脂(R-1)50.0部を溶解し、「アゾ基を含有する化合物」として式(22)を9.3部、縮合剤としてDMT-MM〔4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリド〕を9.8部、NMM(N-メチルモルホリン)を3.9部添加し、常温で5時間撹拌した。反応終了後、この溶液をメタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、「連結基」がエステル結合(-COO-)である樹脂(B-7)を得た。得られた樹脂の物性を表3に示す。
以下のようにして、懸濁重合法によるトナー粒子1を製造した。
(水系媒体1の製造)
反応容器に、イオン交換水390.0部、及びリン酸ナトリウム(12水和物)〔ラサ工業(株)製〕14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12,000rpmにて攪拌しながら、イオン交換水10.0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一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。
さらに、該水系媒体に10%塩酸を投入し、pHを6.0に調整し、水系媒体1を得た。
・スチレン 65.0部
・着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3) 6.5部
前記材料をアトライタ(日本コークス工業(株)製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を投入して、220rpmで5.0時間分散させた後、ジルコニア粒子を取り除き、着色剤が分散された分散液1を調製した。
前記分散液1に下記材料を加えた。
・アクリル酸n-ブチル 35.0部
・樹脂(A-1) 3.0部
・樹脂(B-1) 3.0部
・ポリエステル樹脂(R-4) 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1を調製した。
水系媒体1の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12,000rpmに保ちながら、水
系媒体1中に重合性単量体組成物1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12,000rpm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を備えた撹拌機に変更し、150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、さらに85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行い、トナー母粒子分散液1を得た。
その後、1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながらろ過し、得られた濾過ケーキを乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩いトナー粒子1を得た。
前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(B-1)を、樹脂(B-2)~(B-12)に各々変更した以外は同様にして、トナー粒子2~12を得た。
前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(A-1)を、樹脂(A-2)~(A-17)に各々変更した以外は同様にして、トナー粒子13~28を得た。
前記トナー粒子1の製造例中の「重合性単量体組成物1の製造」において、スチレン65.0部を94.0部に、アクリル酸n-ブチル35.0部を6.0部に各々変更した以外は同様にして、トナー粒子32を得た。
以下のようにして混練粉砕法によるトナー粒子29を製造した。
下記の材料をオートクレーブに仕込み、系内を窒素に置換した後、昇温撹拌しながら180℃に保持した。
・低密度ポリエチレン(融点100℃) 20.0部
・スチレン 64.0部
・アクリル酸n-ブチル 13.5部
・アクリロニトリル 2.5部
続いて、系内に、2.0質量%のt-ブチルハイドロパーオキシドのキシレン溶液50.0部を4.5時間かけて連続的に滴下し、冷却後溶媒を分離除去し、ポリエチレンにスチレンアクリル共重合体がグラフトしたグラフト重合体を得た。
(共重合質量比:70モル/30モル、Mw=10万、Tg=50℃)
・樹脂(A-1) 3.0部
・樹脂(B-1) 3.0部
・パラフィンワックス(融点:75℃) 5.0部
・グラフト重合体 5.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.0部
上記材料をFMミキサ(FM-75型、日本コークス工業株式会社製)でよく混合した後、温度100℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、池貝鉄工(株)製)にて溶融混練した。
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。
次に、得られた粗砕物を、ターボ工業社製のターボ・ミル(T-250:RSSローター/SNBライナー)を用いて微粉砕物を得た。
その後、さらにコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粉及び粗粉をカットしてトナー粒子29を得た。
以下のようにして溶解懸濁法によるトナー粒子30を製造した。
イオン交換水660.0部、及び48.5%のドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム水溶液25.0部を混合し、T.K.ホモミクサーを用いて、10000rpmにて撹拌して水系媒体2を調製した。
下記材料を酢酸エチル500.0部へ投入し、プロペラ式撹拌装置にて100rpmで溶解して溶解液を調製した。
・スチレン/ブチルアクリレート共重合体 100.0部
(共重合質量比:70/30、Mw=10万、Tg=50℃)
・樹脂(A-1) 3.0部
・樹脂(B-1) 3.0部
・ポリエステル(R-4) 5.0部
・着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3) 6.5部
・フィッシャートロプシュワックス(融点:78℃) 9.0部
150.0部の水系媒体2を容器に入れ、T.K.ホモミクサーを用い、回転数12,000rpmで撹拌し、これに前記溶解液100.0部を添加し、10分間混合して乳化スラリーを調製した。
その後、脱気用配管、撹拌機及び温度計を備えたフラスコに、乳化スラリー100.0部を仕込み、500rpmで撹拌しながら30℃にて12時間減圧下、脱溶剤し45℃で4時間熟成させて、脱溶剤スラリーとした。
脱溶剤スラリーを減圧濾過した後、得られた濾過ケーキにイオン交換水300.0部を添加し、T.K.ホモミクサーで混合、再分散(回転数12,000rpmにて10分間)した後、濾過した。
得られた濾過ケーキを乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩いトナー粒子30を得た。
以下のようにして乳化凝集法によるトナー粒子31を製造した。
(樹脂粒子分散液の製造)
下記材料を秤量し、混合及び溶解させた。
・スチレン 65.0部
・アクリル酸n-ブチル 35.0部
・アクリル酸 1.3部
・樹脂(A-1) 3.0部
・樹脂(B-1) 3.0部
・ヘキサンジオールジアクリレート 0.4部
・n-ラウリルメルカプタン 3.2部
得られた溶液にネオゲンRK(第一工業製薬(株)製)の10%水溶液を添加して、分散させた。さらに10分間ゆっくりと撹拌しながら、過硫酸カリウム0.15部をイオン交換水10.0部に溶解させた水溶液を添加した。窒素置換をした後、温度70℃で6.0時間乳化重合を行った。重合終了後、反応液を室温まで冷却し、イオン交換水を添加することで固形分濃度が12.5%、体積基準のメジアン径が0.2μmの樹脂粒子分散液を得た。
以下の材料を秤量し混合した。
・エステルワックス(融点:70℃) 100.0部
・ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製) 15.0部
・イオン交換水 385.0部
前記材料を湿式ジェットミル JN100((株)常光製)を用いて1時間分散してワックス粒子分散液を得た。ワックス粒子分散液中のワックスの固形分濃度は20.0%であった。
以下の材料を秤量し混合した。
・着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3) 100.0部
・ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製) 15.0部
・イオン交換水 885.0部
前記材料を湿式ジェットミル JN100((株)常光製)を用いて1時間分散して着色剤粒子分散液を得た。
・ワックス粒子分散液 10.0部
・着色剤粒子分散液 10.0部
・硫酸マグネシウム 0.2部
前記材料をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散させた後、撹拌させながら、65℃まで加温した。そのまま1.0時間撹拌した。
これにネオゲンRK(第一工業製薬(株)製)2.2部加えた後、80℃まで昇温して2.0時間撹拌して、融合した球形トナー母粒子を得た。
冷却後ろ過し、ろ別した固体を720.0部のイオン交換水で、1.0時間撹拌洗浄した。トナー粒子を含む溶液をろ過し、真空乾燥機を用いて乾燥させ、トナー粒子31を得た。
特許文献1に記載の技術を想定し、さらに低温定着性を向上させるため、結着樹脂のTgを低下させた。
具体的には、前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(B-1)を添加しなかったこと以外は同様にして、比較トナー粒子1を得た。
前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(A-1)を添加しなかったこと以外は同様にして、比較トナー粒子2を得た。
樹脂Bが「アゾ基を有する樹脂」ではなく、「アゾ基を有する低分子」である場合を検証するために、前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(B-1)を前記式(20)で示される化合物に変更した以外は同様にして、比較トナー粒子3を得た。
樹脂Aが「シリル基を有する樹脂」ではなく、「シリル基を有する低分子」である場合を検証するために、前記トナー粒子1の製造例において、樹脂(A-1)を「3-アミノプロピルトリエトキシシラン」に変更した以外は同様にして、比較トナー粒子4を得た。
樹脂A中のシリル基が無い場合を検証するために、前記トナー粒子1の製造例において
、樹脂(A-1)をスチレンアクリル樹脂(R-1)に変更した以外は同様にして、比較トナー粒子5を得た。
100部のトナー粒子1と、BET値が200m2/gであり、一次粒子の個数平均粒径が8nmの疎水性シリカ微粒子0.6部とをヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)で混合してトナー1を得た。
前記トナー1の製造例において、トナー粒子1を、トナー粒子2~32及び比較トナー粒子1~5に変更した以外は同様にして、トナー2~32及び比較トナー1~5を得た。
トナー1~32、及び比較用トナー1~5の各々について行った評価について、その方法を以下に述べる。実施例1~14、22、26及び28~32は参考例として評価を行った。なお、評価結果については表4に記載する。
5.0gのトナーを100mlの樹脂製カップに入れ、温度50℃/湿度10%RHで10日間放置した後に、トナーの凝集度を以下のようにして測定し、下記の基準にて評価を行った。
測定装置としては、「パウダーテスター」(ホソカワミクロン社製)の振動台側面部分に、デジタル表示式振動計「デジバイブロ MODEL 1332A」(昭和測器社製)を接続したものを用いた。そして、パウダーテスターの振動台上に下から、目開き38μm(400メッシュ)の篩、目開き75μm(200メッシュ)の篩、目開き150μm(100メッシュ)の篩の順に重ねてセットした。測定は、23℃、60%RH環境下で、以下の様にして行った。
(1)デジタル表示式振動計の変位の値を0.60mm(peak-to-peak)になるように振動台の振動幅を予め調整した。
(2)上記放置したトナー5gを精秤し、最上段の目開き150μmの篩上に静かにのせた。
(3)篩を15秒間振動させた後、各篩上に残ったトナーの質量を測定して、下式に基づき凝集度を算出した。
凝集度(%)={(目開き150μmの篩上の試料質量(g))/5(g)}×100+{(目開き75μmの篩上の試料質量(g))/5(g)}×100×0.6
+{(目開き38μmの篩上の試料質量(g))/5(g)}×100×0.2
評価基準は下記の通り。
A:凝集度が20%未満
B:凝集度が20%以上25%未満
C:凝集度が25%以上30%未満
D:凝集度が30%以上35%未満
E:凝集度が35%以上
定着ユニットを外したカラーレーザープリンター(HP Color LaserJet 3525dn、HP社製)を用意し、シアンカートリッジからトナーを取り出して、代わりに評価するトナーを充填した。次いで、受像紙(キヤノン製オフィスプランナー64g/m2)上に、充填したトナーを用いて、縦2.0cm横15.0cmの未定着のトナー画像(0.9mg/cm2)を、通紙方向に対し上端部から1.0cmの部分に形成した。次いで、取り外した定着ユニットを定着温度とプロセススピードを調節できるように改造し、これを用いて未定着画像の定着試験を行った。
まず、常温常湿環境下(23℃、60%RH)、プロセススピードを230mm/s、定着線圧27.4kgfに設定し、初期温度を85℃として設定温度を5℃ずつ順次昇温させながら、各温度で上記未定着画像の定着を行った。
低温定着性の評価基準は以下の通りである。低温側定着開始点とは、画像の表面を4.9kPa(50g/cm2)の荷重をかけたシルボン紙(ダスパー K-3)で0.2m/秒の速度で5回摺擦したときに、直径150μm以上の画像剥がれが3個以内である最低温度のことである。定着がしっかり行われない場合には、上記画像剥がれが増える傾向
にある。
評価基準は下記の通り。
A:低温側定着開始点が115℃以下
B:低温側定着開始点が120℃以上130℃未満
C:低温側定着開始点が130℃以上145℃未満
D:低温側定着開始点が145℃以上160℃未満
E:低温側定着開始点が160℃以上
高温高湿(温度30℃、湿度80%RH)の環境下にて、上記カートリッジを挿入した現像装置を24時間放置した後、シアン単色モードにてプロセススピードを200mm/sに設定した。“E”文字(画像印字率1%)を間欠印字(2枚プリントするごとに2秒停止)モードにて、5000枚プリントアウトした。1枚目印字直後(初期)と5000枚目印字後の翌日(5k後)に、下記方法でドラム上でのカブリ濃度を測定した。
ベタ白画像のプリントアウト操作を行い、転写時にカートリッジを引き抜き、転写前のドラムに無色透明なテープを接着し、そのテープを紙(転写紙と同種)に貼る。紙上に貼ったテープ部分の濃度D1を「白色光度計 TC-6DS」(東京電色社製)を用いて測定する。
一方、ドラムに接着させていないテープをそのまま紙に貼り付けて、同条件で濃度D0を測定した。濃度差(D1-D0)をカブリ濃度とし、初期と5k後とのカブリ濃度の増加率を評価した。フィルターは、アンバーフィルターを用いた。
カブリ濃度の増加率(%)は以下の式で算出する。
カブリ濃度の増加率(%)=(5k後のカブリ濃度-初期のカブリ濃度)/初期のカブリ濃度
本評価法において、耐久性(帯電安定性)に劣るトナーを評価した場合、ドラム上カブリ値が増加することが知られている。
評価基準は下記の通り。
A:カブリ濃度の増加率(%)が1.0未満
B:カブリ濃度の増加率(%)が1.0以上2.0未満
C:カブリ濃度の増加率(%)が2.0以上3.0未満
D:カブリ濃度の増加率(%)が3.0以上4.0未満
E:カブリ濃度の増加率(%)が4.0以上
トナーの割れや欠けに対する耐久性評価として下記評価を行った。
すなわち、低温低湿環境下(温度15℃、湿度10%RH)、印字率0.0%で上記と同様の耐久試験を実施し、1000枚ごとにベタ画像を出力した。続いて割れトナーや欠けトナーに起因して生じる現像不良に基づくスジ画像について、その発生枚数に応じて下記基準に従い評価した。
ここで、現像不良に基づくスジ画像とは、画像上スジが発生した時点のカートリッジ内のトナー及び現像ブレードを観察することで判定する。カートリッジ内に割れたトナー又は欠けたトナーが存在し、更にはその様なトナーが現像ブレードに融着していることが確認された場合が該当する。トナー及び現像ブレードの観察は走査型電子顕微鏡(SEM)
を用いて倍率1000倍で観察した。
評価基準は下記の通り。
A:発生枚数が20000枚以上
B:発生枚数が15000枚以上20000枚未満
C:発生枚数が10000枚以上15000枚未満
D:発生枚数が5000枚以上10000枚未満
E:発生枚数が5000枚未満
Claims (10)
- トナー粒子を含有するトナーであって、
該トナー粒子が、結着樹脂、樹脂A及び樹脂Bを含有し、
該樹脂Aが、分子内に置換又は無置換のシリル基を有し、かつ、下記式(1)で表される構造を有し、
(該式(1)中、P1はポリエステル樹脂部位を表し、L1は単結合又は二価の連結基を表し、R1~R3は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、炭素原子数6以上のアリール基又はヒドロキシ基を表し、R 1 ~R 3 のうち、少なくとも一つが炭素原子数1以上のアルコキシ基又はヒドロキシ基を表し、mは正の整数を表し、mが2以上である場合の、複数のL1、複数のR1、複数のR2及び複数のR3は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
該置換のシリル基の置換基が、炭素原子数1以上のアルキル基、炭素原子数1以上のアルコキシ基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子及び炭素原子数6以上のアリール基からなる群から選択される少なくとも一であり、
該樹脂Bが、分子内にアゾ基を有することを特徴とするトナー。 - 前記樹脂A中のケイ素原子の含有量が、0.02質量%~10.00質量%である請求項1に記載のトナー。
- 前記R1~R3が、各々独立して炭素原子数1以上のアルコキシ基又はヒドロキシ基を表す請求項1に記載のトナー。
- 前記樹脂Aの重量平均分子量が、3000~100000である請求項1~4のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記樹脂Bが、下記式(11A)で表される構造を含む請求項1~5のいずれか一項に記載のトナー。
Ar11-N=N-Ar21 ・・・(11A)
(式(11)中、Ar11、Ar21はそれぞれ独立して、置換又は無置換の芳香族基を表す。ただし、Ar11、Ar21の少なくとも一つは、置換基を有し該置換基により「連結基」として前記樹脂B中の有機樹脂との結合部位を形成している。) - 前記樹脂Bの重量平均分子量が、3000~100000である請求項1~7のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記樹脂Aのガラス転移温度TgをTg(A)とし、前記樹脂Bのガラス転移温度TgをTg(B)とし、前記結着樹脂のガラス転移温度TgをTg(C)としたとき、
以下の(i)及び(ii)の関係式を満たす請求項1~8のいずれか一項に記載のトナー。
Tg(A)>Tg(C) ・・・(i)
Tg(B)>Tg(C) ・・・(ii) - 前記結着樹脂が、スチレン及びアルキル基の炭素数1~8の(メタ)アクリル酸アルキルエステルの共重合体であり、
その共重合比率(スチレン:(メタ)アクリル酸アルキルエステル(質量比))が、55:45~80:20である請求項1~9のいずれか一項に記載のトナー。
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