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JP6541465B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真および静電印刷などの画像形成方法に用いられる静電荷像(静電潜像)を現像するためのトナーに関する。
近年、コンピュータおよびマルチメディアの発達により、オフィスから家庭まで幅広い分野で、高精細なフルカラー画像を出力する手段が要望されている。
また、複写またはプリントを多く行うようなオフィスでの使用においては、多数枚の複写またはプリントによっても画質低下のない高耐久性が求められている。一方で、スモールオフィスや家庭での使用においては、高画質な画像を得るとともに、省スペース・省エネルギー・軽量化の観点から装置の小型化が求められている。上記要求に対応するために、環境安定性、低温定着性、現像耐久性および保存安定性といったトナー性能をさらに向上させる必要がある。
特にフルカラーの場合は、カラートナーを重ね合わせて画像を形成しているため、各々の色のカラートナーが同じように現像されなければ色再現に劣り、色ムラが生じてしまう。例えば、トナーの着色剤として用いられている顔料や染料がトナー粒子の表面に析出した場合、現像性に影響が出てしまい、色ムラが生じてしまうことがある。
さらに、フルカラー画像においては定着時の定着性および混色性も重要である。例えば、要望されているプリントの高速化を達成するためには低温定着性に有効な結着樹脂が選択されるが、この結着樹脂による現像性および耐久性への影響も大きい。
さらに、様々な温度および湿度の下であっても、長期使用可能であり、かつ、高精細なフルカラー画像を出力することができるトナーが要望されている。このような要望に対応するためには、温度および湿度といった使用環境の違いによって生じるトナーの帯電量の変化やトナー表面性の変化といった課題を解決する必要がある。また、現像ローラー、帯電ローラー、規制ブレードおよび感光ドラムなどの部材への汚染といった課題を解決する必要がある。よって、様々な環境に長期保存しても安定した帯電性や部材汚染が生じない安定した現像耐久性を有するトナーの開発が求められている。
温度および湿度によるトナーの保存安定性や帯電量の変動の原因の一つとして、トナーの離型剤や樹脂成分が、トナーの内部から表面に染み出す現象(以下、この現象をブリード(bleed)ともいう)が生じ、トナーの表面性を変化させることが挙げられる。
このような課題を解決する手段の一つとしてトナー粒子の表面を樹脂で覆う方法がある。
特許文献1では、高温保存性および印刷時の常温常湿環境下や高温高湿環境下における印字耐久性に優れたトナーとして、無機微粒子を表面に強く固着させたトナーが開示されている。
しかしながら、無機微粒子をトナー粒子に強く固着させたとしても、無機微粒子同士の隙間から離型剤や樹脂成分が染み出すブリードの発生、および、耐久劣化による無機微粒子の遊離などにより、過酷環境における耐久性および部材汚染に対してはさらなる改善が必要となっている。
また、特許文献2では、着色剤や極性物質がトナー表面に露出することなく、狭い帯電量分布を有し、帯電量の湿度依存性が極めて少ないトナーを得るために、反応系にシランカップリング剤を添加することを特徴とする重合トナーの製造方法が開示されている。しかしながら、このような方法では、トナー表面へのシラン化合物の析出量や加水分解重縮合が不十分であり、環境安定性および現像耐久性に対してはさらなる改善が必要となっている。
さらに、特許文献3では、トナーの帯電量制御を行い、温度、湿度の環境に左右されず良質な印刷画像を形成する手段として、シラン化合物を用いてトナー表面を覆っている重合トナーが開示されている。しかしながら、シラン化合物の有機官能基の極性が大きく、トナー表面へのシラン化合物の析出量や加水分解重縮合が不十分である。その結果、高温高湿下における帯電性の変化による画像濃度変化やトナー融着による部材汚染の発生や保存安定性に対してはさらなる改善が必要となっている。
さらに、特許文献4では、流動性、流動化剤の遊離、低温定着性、ブロッキング性を改善するトナーとして、ケイ素化合物を含む粒状塊同士が固着されることによって形成された被覆層を有する重合トナーが開示されている。しかしながら、ケイ素化合物を含む粒子塊の隙間から離型剤や樹脂成分が染み出すブリードの発生に対してさらなる改善が必要となっている。また、トナー表面へのシラン化合物の析出量や加水分解重縮合が不十分であることによって発生する高温高湿下における帯電性の変化による画像濃度変化、トナー融着による部材汚染の発生や保存安定性に対してさらなる改善が必要となっている。
特開2006−146056号公報 特開平03−089361号公報 特開平08−095284号公報 特開2001−75304号公報
本発明は、上記課題を解決したトナーを提供する。より詳しくは、環境安定性、低温定着性、現像耐久性および保存安定性に優れたトナーを提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、下記の構成にすることで上記課題を解決することが可能であることを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明は、
有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記有機ケイ素重合体が、下記式(T3)で表される部分構造を有し、
R−Si(O1/2 (T3)
(式(T3)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基を表す。)
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた前記トナー粒子の断面の観察によって測定される前記表層の平均厚みDav.が、5.0nm以上150.0nm以下であり、
集束イオンビームをプローブとして搭載した飛行時間型二次イオン質量分析(FIB−TOF−SIMS)を用いたマッピング測定において、前記トナー粒子の表面に一次イオンを照射した際に前記トナー粒子から放出されるケイ素イオンおよび炭素イオンに関し、
放出されるケイ素イオンの強度をISiとし、
放出される炭素イオンの強度をICとし、および、
照射した一次イオン量をIとしたとき、
ISi/Iで表されるASiと、IC/Iで表されるACとの比(ASi/AC)が、20.00以上であることを特徴とするトナーである。
TEMによって観測されたトナー粒子の断面画像の一例を示す図である。 本発明のトナーの示差走査熱量計(DSC)により測定されたリバーシングヒートフロー曲線を示す図である。 本発明で使用する画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のトナーは、
有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記有機ケイ素重合体が、下記式(T3)で表される部分構造を有し、
R−Si(O1/2 (T3)
(式(T3)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基を表す。)
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた前記トナー粒子の断面の観察において、
(i)測定される前記表層の平均厚みDav.が、5.0nm以上150.0nm以下であり、
(ii)前記トナー粒子の断面の最長径を与える弦を長軸Lとし、前記長軸Lをその中点で分割した際の一方の線分を線分aとし、前記線分aを基準として、11.25°ずつずらして前記長軸Lの前記中点から前記トナー粒子の表面まで引いた32本の線分をそれぞれAr (n=1〜32)とし、前記Ar (n=1〜32)上における前記表層の長さをFRA (n=1〜32)としたとき、前記FRA が5.0nm以下である線分Ar の割合が20.0%以下であり、
集束イオンビームをプローブとして搭載した飛行時間型二次イオン質量分析(FIB−TOF−SIMS)を用いたマッピング測定において、前記トナー粒子の表面に一次イオンを照射した際に前記トナー粒子から放出されるケイ素イオンおよび炭素イオンに関し、放出されるケイ素イオンの強度をISiとし、放出される炭素イオンの強度をICとし、および、照射した一次イオン量をIとしたとき、ISi/Iで表されるASiと、IC/Iで表されるACとの比(ASi/AC)が、20.00以上である
ことを特徴とする。
また、有機ケイ素重合体のT3構造による耐久性と、上記式(T3)中のRの疎水性および帯電性により、
表層よりも内部に存在する、染み出しやすい低分子量(Mw1000以下)樹脂、および、
低Tg(40℃以下)樹脂、ならびに、
場合によっては離型剤
のブリードが抑えられる。その結果、トナーの撹拌性が良化し、保存安定性、ならびに、印字率が30%以上の高印字率印刷耐久時の環境安定性および現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。
上記式(T3)で表される部分構造において、Rは、炭素数が1以上6以下のアルキル基、または、フェニル基である。Rの疎水性が大きいと広範な環境において帯電量変動が大きくなる傾向がある。特に環境安定性に優れている、炭素数が1以上5以下のアルキル基が好ましい。
本発明において、上記Rは炭素数が1以上3以下のアルキル基であることが、帯電性およびカブリ防止のさらなる向上のためにより好ましい態様であり、メチル基であることがもっとも好ましい。帯電性が良好であると、転写性が良く転写残トナーが少ないため感光ドラム、帯電部材および転写部材の汚染が良化する。
[ASi/AC]
また、本発明において、トナー粒子の表層を、集束イオンビームをプローブとして搭載した飛行時間型二次イオン質量分析(以下、FIB−TOF−SIMSとも称する)を用いたマッピング測定において、トナー粒子の表面に一次イオンを照射した際にトナー粒子から放出されるケイ素イオン(m/z=27.50〜28.50)および炭素イオン(m/z=11.50〜12.50)に関し、
放出されるケイ素イオンの強度(SIMS検出器の電流値)をISiとし、
放出される炭素イオンの強度をIC(SIMS検出器の電流値)とし、
照射した一次イオン量(個)をIとしたとき、
ISi/Iで表されるASiと、IC/Iで表されるACとの比(ASi/AC)が、20.00以上であることが重要である。有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナー粒子においてASi/ACが20.00以上であることは、有機ケイ素重合体が表層に多く存在していることを意味する。これによりトナー粒子の表面の表面自由エネルギーが下がるため、部材汚染を抑制することができ、その結果、現像耐久性を向上させることができる。尚、本発明における比(ASi/AC)は、集束イオンビームを用いたエッチングによってトナー粒子が受けた一次イオンの総量を意味するトナー粒子の累積ドーズレート(dose rate)が1.66×1019(個/m)のときの値である。
また、ASi/ACは40.00以上であることが好ましく、より好ましくは60.00以上である。
有機ケイ素重合体は、例えば、以下の式(1)で表される構造を有する有機ケイ素化合物を重合させて得ることができる。
Figure 0006541465
(式(1)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基を表し、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、またはアルコキシ基を表す。)
ASi/ACは、上記式(T3)のRの構造における炭素数、式(1)のRの構造における炭素数、加水分解の条件、付加重合および縮合重合の反応温度、反応時間、反応溶媒およびpHによって制御することができる。例えば、Rの炭素数は5以下にすることが好ましく、より好ましくは3以下であり、さらに好ましくは2以下である。また、式(1)で表される構造を有する化合物を反応温度85℃以上、反応時間5時間以上で重合させることが好ましく、より好ましくは反応温度100℃以上、反応時間5時間以上である。また、式(1)で表される構造を有する化合物を反応させる際の反応溶媒のpHは4.0以上12.0以下であることが好ましく、より好ましくは8.5以上11.0以下である。上記のような反応条件において式(1)で表される構造を有する化合物を含有する単量体組成物を重合させることによって、より有機ケイ素重合体をトナー粒子の表面に存在させやすくなる。
また、有機ケイ素重合体はトナー粒子の表面だけに存在するものではなく、トナー粒子の表層に含有されていることは、集束イオンビームを用いたエッチングによってトナー粒子の表層を一部削り、その際のASi/ACを測定することによっても確認することができる。
このように、トナー粒子が有機ケイ素重合体を含有する表層を有することによって、樹脂成分や離型剤によるブリードの発生が抑えられ、現像耐久性、保存安定性および環境安定性に優れたトナーを得ることができる。なお、トナー粒子の累積ドーズレートは、トナー粒子の表面の硬さや材料の組成により、削れる度合いが異なってくる。
[トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.および有機ケイ素重合体を含有する表層の厚みが5.0nm以下である割合]
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたトナー粒子の断面の観察によって測定される前記トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.が5.0nm以上150.0nm以下である必要がある。本発明において、有機ケイ素重合体を含有する表層とトナー粒子表層以外の部分(いわゆる芯部分)は、隙間なく接していることが好ましい。換言すれば、粒塊状の被覆層でないことが好ましい。これにより、離型剤や樹脂成分によるブリードの発生が抑えられ、低温定着性を阻害することなく、保存安定性、環境安定性および現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。保存安定性の観点から、トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.は10.0nm以上150.0nm以下であることが好ましい。より好ましくは、10.0nm以上125.0nm以下であり、さらに好ましくは、15.0nm以上100.0nm以下である。
トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.は、式(T3)のRの炭素数、式(1)のRの炭素数や、加水分解、付加重合および縮合重合の反応温度、反応時間、反応溶媒およびpHによって制御することができる。また、有機ケイ素重合体の含有量によっても制御することができる。
トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.を大きくするには、Rの炭素数を5以下にすることが好ましく、より好ましくは3以下であり、さらに好ましくは2以下である。これは、Rの炭素数を5以下にすることで、より有機ケイ素重合体をトナー粒子の表層側に存在させやすくなるためである。
トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.は以下の方法で求めた。
1つのトナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みD(n)を以下の方法で求めた。
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたトナー粒子の断面の観察において、
i)前記トナー粒子断面の最長径を与える弦を長軸Lとし、
ii長軸Lをその中点で分割した際の一方の線分を線分aとし、
iii)該線分aを基準として、11.25°ずつずらして長軸Lの中点からトナー粒子表面まで引いた32本の線分をそれぞれAr(n=1〜32)とする。
更に、Ar(n=1〜32)上における表層の長さをFRA(n=1〜32)とする。
(n)=(FRA(n=1〜32)の合計)/32
この計算をトナー粒子10個に対して行った。得られたトナー粒子の表層の厚みD(n)(nは1から10の整数)から、トナー粒子1つあたりの平均値を下記式に従って計算し、トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.を求めた。
Dav.={D(1)+D(2)+D(3)+D(4)+D(5)+D(6)+D(7)+D(8)+D(9)+D(10)}/10
本発明における有機ケイ素重合体はトナー粒子の最表層にASi/ACの最大値があることが好ましい。トナー粒子がこのような構成であることによって、樹脂成分や離型剤のブリードがより抑えられ、保存安定性、環境安定性および現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。なお、本発明においてトナー粒子の最表層とは、トナー粒子の表面からトナー粒子の中心に向かって0.0nm以上10.0nm以下のことである。
また、FRAが5.0nm以下である線分Arの割合K(=表層の厚みが5.0nm以下である割合)が20.0%以下であることが好ましい。より好ましくは10.0%以下、さらに好ましくは5.0%以下である(図1参照)。
前記FRAが5.0nm以下である線分Arの割合Kが20.0%以下であることで、環境の変化に対する帯電特性の安定性に関し、更に優れたトナーとなる。
トナー粒子の有機ケイ素重合体を含有する表層の平均厚みDav.および割合Kは、式(T3)のRの炭素数、式(1)のRの炭素数、温度、反応時間、反応溶媒、pHを制御することで制御できる。また、有機ケイ素重合体の含有量によっても制御することができる。
割合Kは、以下の方法で求めた。
まず、1つのトナー粒子に対して、以下の式に基づいて、割合K’を求めた。
(FRAnが5.0nm以下であるArの割合K’)=((FRAnが5.0nm以下である線分の数)/32)×100
この計算をトナー粒子10個に対して行い、10個のトナー粒子における割合の相加平均を計算し、その値を割合Kとした。
[トナー粒子の表面のケイ素元素の濃度について]
本発明のトナーは、トナー粒子の表面のX線光電子分光分析(ESCA:Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)を用いた測定において、ケイ素元素の濃度が2.5atomic%以上であることが好ましく、より好ましくは5.0atomic%以上であり、さらに好ましくは10.0atomic%以上である。ESCAは数nmの最表面の元素分析を行うものであり、トナー粒子の最表層にケイ素元素の濃度が2.5atomic%以上あることで最表層の表面自由エネルギーを小さくすることができる。ケイ素元素の濃度を2.5atomic%以上に調整することによって、流動性がさらに向上し、部材汚染やカブリの発生をより抑制することができる。トナー粒子の最表層にケイ素元素の濃度は前記式(T3)のRの炭素数、式(1)のRの構造、反応温度、反応時間、反応溶媒およびpHによって制御することができる。また、有機ケイ素重合体の含有量によっても制御することができる。
[有機ケイ素重合体を得るために用いられる化合物]
有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有する化合物を含む重合性単量体を重合させることによって得られることが好ましい。
Figure 0006541465
(式(1)中、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基またはフェニル基を表し、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、またはアルコキシ基である。)
トナー粒子がこの有機ケイ素重合体を表層に有することにより、トナー粒子の表面の疎水性を向上させることができ、その結果、トナーの環境安定性を向上させることが可能となった。Rのアルキル基により疎水性を向上することができ、環境安定性に優れたトナー粒子を得ることができる。Rとしては、炭素数1以上6以下のアルキル基またはフェニル基であることが好ましい。Rの疎水性が大きい場合、広範な環境において帯電量変動が大きくなる傾向を示すことから、環境安定性を鑑みて、Rは炭素数1以上3以下のアルキル基であることがより好ましい。
炭素数が1以上3以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基、またはプロピル基が好ましく例示できる。この場合、帯電性およびカブリ防止が良好となる。さらに好ましくは、環境安定性と保存安定性の観点から、Rはメチル基である。上記式(1)中のRの疎水性および帯電性により、表層よりも内部に存在する、トナー表面に染み出しやすい低分子量(Mw1000以下)樹脂、および低Tg(40℃以下)樹脂、ならびに、場合によっては離型剤のブリードが抑えられる。その結果、トナーの撹拌性が良化し、保存安定性、ならびに、印字率が30%以上の高印字率印刷耐久時の環境安定性および現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。
この有機ケイ素重合体を表層に含有させるために、Rの炭素数は5以下であることが好ましく、より好ましくは3以下であり、さらに好ましくは2以下である。
、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基またはアルコキシ基である(以下、R、RおよびRを反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合または縮合重合することにより架橋構造を形成する。トナー粒子の表面がこのような架橋構造を有することによって、現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。その中でも、加水分解がゆっくりと進み、有機ケイ素重合体のトナー粒子の表面への析出性とトナー粒子の表面に対する被覆性の観点から、R、RおよびRとしては、それぞれ独立してアルコキシ基であることが好ましい。より好ましくはメトキシ基またはエトキシ基である。なお、R、RおよびRの加水分解、付加重合または縮合重合は、反応温度、反応時間、反応溶媒およびpHによって制御することができる。
[有機ケイ素重合体の製造方法]
本発明の有機ケイ素重合体の代表的な製造例としては、ゾルゲル法と呼ばれる製造方法が挙げられる。ゾルゲル法は、金属アルコキシドM(OR)(M:金属、O:酸素、R:炭化水素、n:金属の価数)を出発原料に用いて、溶媒中で加水分解および縮合重合させ、ゾル状態を経て、ゲル化する方法である。この方法は、ガラス、セラミックス、有機−無機ハイブリット、ナノコンポジットの合成に用いられる。この製造方法によれば、表層、繊維、バルク体、微粒子といった種々の形状の機能性材料を液相から低温で作製することができる。
トナー粒子の表層は、具体的には、アルコキシシランに代表されるケイ素化合物の加水分解重縮合によって生成される。この表層をトナーの粒子の表面に均一に設けることによって、従来のトナーで行われているような無機微粒子の固着や付着を行わなくても、環境安定性が向上し、かつ、長期使用時におけるトナーの性能低下が生じにくく、保存安定性に優れたトナーが得られる。
さらに、ゾルゲル法は、溶液から出発し、その溶液をゲル化することによって材料を形成しているため、様々な微細構造および形状をつくることができる。特に、トナー粒子が水系媒体中で製造される場合には、有機ケイ素化合物のシラノール基などの親水基による親水性によってトナー粒子の表面に存在させやすい。しかし、有機ケイ素化合物の疎水性が大きい場合(例えば、有機ケイ素化合物が疎水性の高い官能基を有する場合)、トナー粒子の表層に有機ケイ素化合物を析出させにくくなるため、その結果、トナー粒子は有機ケイ素重合体を含有する表層を形成しにくくなる。一方で、有機ケイ素化合物の式(1)Rの構造の炭素数が0の場合には疎水性が弱くなりすぎるため、トナーの帯電安定性が低下する傾向がある。微細構造および形状は反応温度、反応時間、反応溶媒、pHや有機ケイ素化合物の種類および添加量などによって調整することができる。
そのため、前記有機ケイ素重合体を得るには、前記式(1)中のRを除いた一分子中に3つの反応基(R、RおよびR)を有する有機ケイ素化合物(以下、三官能性シランともいう)を1種以上用いる必要がある。
前記式(1)で表される構造を有する化合物としては以下のものが挙げられる。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシランなどの三官能性のメチルシラン。
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシランなどの三官能性のシラン。
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシランなどの三官能性のフェニルシラン。
本発明に用いられる有機ケイ素重合体において、式(T3)で表されるT単位構造は、有機ケイ素重合体中に50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは60モル%以上である。式(T3)で表されるT単位構造の含有量を50モル%以上とすることによって、さらにトナーの環境安定性を向上させることができる。
また、本発明において、本発明の効果を損なわない程度に、式(T3)で表されるT単位構造を有する有機ケイ素化合物とともに、
一分子中に4つの反応基を有する有機ケイ素化合物(四官能性シラン)、
一分子中に2つの反応基を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)または
一分子中に1つの反応基を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)
を併用して得られた有機ケイ素重合体を用いてもよい。併用してもよい有機ケイ素化合物としては以下のようなものが挙げられる。
ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、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エトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−アニリノプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、テトライソシアネートシラン、メチルトリイソシアネートシラン、t−ブチルジメチルクロロシラン、t−ブチルジメチルメトキシシラン、t−ブチルジメチルエトキシシラン、t−ブチルジフェニルクロロシラン、t−ブチルジフェニルメトキシシラン、t−ブチルジフェニルエトキシシラン、クロロ(デシル)ジメチルシラン、メトキシ(デシル)ジメチルシラン、エトキシ(デシル)ジメチルシラン、クロロジメチルフェニルシラン、メトキシジメチルフェニルシラン、エトキシジメチルフェニルシラン、クロロトリメチルシラン、メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、トリフェニルクロロシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、クロロメチル(ジクロロ)メチルシラン、クロロメチル(ジメトキシ)メチルシラン、クロロメチル(ジエトキシ)メチルシラン、ジ−tert−ブチルジクロロシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジエトキシシラン、ジブチルジクロロシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジクロロデシルメチルシラン、ジメトキシデシルメチルシラン、ジエトキシデシルメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジクロロ(メチル)−n−オクチルシラン、ジメトキシ(メチル)−n−オクチルシラン、ジエトキシ(メチル)−n−オクチルシラン。
一般的に、ゾルゲル反応では、反応媒体の酸性度によって生成するシロキサン結合の結合状態が異なることが知られている。具体的には、反応媒体が酸性である場合には、水素イオンが一つの反応基(例えばアルコキシ基(−OR基))の酸素に親電子的に付加する。次に、水分子中の酸素原子がケイ素原子に配位して、置換反応によってヒドロシリル基になる。水が十分に存在している場合には、Hひとつで反応基(例えばアルコキシ基(−OR基))の酸素をひとつ攻撃するため、反応媒体中のHの含有率が少ないときには、ヒドロキシ基への置換反応が遅くなる。よって、シランに付いた反応基のすべてが加水分解する前に重縮合反応が生じ、比較的容易に、一次元的な線状高分子や二次元的な高分子が生成しやすい。
一方、反応媒体がアルカリ性の場合には、水酸化物イオンがケイ素に付加して5配位中間体を経由する。そのため全ての反応基(例えばアルコキシ基(−OR基))が脱離しやすくなり、容易にシラノール基に置換される。特に、同一シランに3個以上の反応基を有するケイ素化合物を用いた場合には、加水分解および重縮合が3次元的に生じて、3次元の架橋結合の多い有機ケイ素重合体が形成される。また、反応も短時間で終了する。
したがって、有機ケイ素重合体を形成するには、反応媒体がアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進めることが好ましく、水系媒体中で製造する場合には、具体的には、pH8.0以上であることが好ましい。これによって、より強度の高い、耐久性に優れた有機ケイ素重合体を形成することができる。また、ゾルゲル反応は、反応温度85℃以上、かつ、反応時間5時間以上で行うことが好ましい。このゾルゲル反応を上記反応温度および反応時間で行うことによって、トナー粒子の表面のゾルやゲルの状態のシラン化合物同士が結合した合一粒子の形成を抑制することができる。
さらに、有機ケイ素化合物とともに、有機チタン化合物や有機アルミ化合物を用いてもよい。
有機チタン化合物としては、以下のものが挙げられる。
o−アリルオキシ(ポリエチレンオキシド)トリイソプロポキシチタネート、チタンアリルアセトアセテートトリイソプロポキシド、チタンビス(トリエタノールアミン)ジイソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンテトラノルマルプロポキシド、チタンクロライドトリイソプロポキシド、チタンジn−ブトキシド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、チタンクロライドジエトキシド、チタンジイソプロポキシド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、チタンジイソプロポキシドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、チタンジイソプロポキシドビス(エチルアセトアセテート)、チタンテトラエトキシド、チタン2−エチルヘキシオキシド、チタンテトライソブトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンラクテート、チタンメタクリレートイソプロポキシド、チタンメタクリルオキシエチルアセトアセテートトリイソプロポキシド、(2−メタクリルオキシエトキシ)トリイソプロポキシチタネート、チタンテトラメトキシド、チタンメトキシプロポキシド、チタンメチルフェノキシド、チタンn−ノニルオキシド、チタンオキシドビス(ペンタンジオネート)、チタンn−プロポキシド、チタンステアリルオキシド、チタンテトラキス(ビス2,2−(アリルオキシメチル)ブトキシド)、チタントリイソステアロイルイソプロポキシド、チタンメタクリレートメトキシエトキシド、テトラキス(トリメチルシロキシ)チタン、チタントリス(ドデシルベンゼンスルフォネート)イソプロポキシド、チタノセンジフェノキシド。
有機アルミ化合物としては、以下のものが挙げられる。
アルミニウム(III)トリノルマルブトキシド、アルミニウム(III)トリs−ブトキシド、アルミニウム(III)ジs−ブトキシドビス(エチルアセトアセテート)、アルミニウム(III)トリt−ブトキシド、アルミニウム(III)ジ−s−ブトキシドエチルアセトアセテート、アルミニウム(III)ジイソプロポキシドエチルアセトアセテート、アルミニウム(III)トリエトキシド、アルミニウムヘキサフルオロペンタンジオネート、アルミニウム(III)3−ヒドロキシ−2−メチル−4−ピロネート、アルミニウム(III)トリイソプロポキシド、アルミニウム−9−オクタデセニルアセトアセテートジイソプロポキシド、アルミニウム(III)2,4−ペンタンジオネート、アルミニウムトリフェノキシド、アルミニウム(III)2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート。
なお、これらの有機チタン化合物や有機アルミ化合物は単独で用いても、複数種用いてもよい。これらを適宜に組み合わせたり、添加量を変えたりすることで、帯電量を調節することができる。
[トナー粒子の製造方法]
次に、トナー粒子の製造方法について説明する。
以下、有機ケイ素重合体をトナー粒子の表層に含有させる具体的態様について説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
第一製法としては、重合性単量体、着色剤および有機ケイ素化合物を含有する重合性単量体組成物の粒子を水系媒体中で形成し、前記重合性単量体を重合させることによってトナー粒子を得る態様(以下、懸濁重合法とも称する)である。
第二製法としては、先にトナー母体を得た後、前記トナー母体を水系媒体中に投入して、水系媒体中で前記トナー母体に有機ケイ素重合体の表層を形成する態様である。
トナー母体は、結着樹脂、および着色剤を溶融混練し、粉砕することによって得られたものであってもよい。また、トナー母体は、結着樹脂粒子、および着色剤粒子を、水系媒体中で凝集し、会合することによって得られたものであってもよい。また、トナー母体は、結着樹脂、シラン化合物および着色剤を、有機溶媒に溶解させ、製造された有機相分散液を、水系媒体中で懸濁、造粒(粒子形成)、重合させた後に有機溶媒を除去することによって得られたものであってもよい。
第三製法としては、結着樹脂、シラン化合物および着色剤を、有機溶媒に溶解させ、製造された有機相分散液を、水系媒体中で懸濁、造粒(粒子形成)、重合させた後に有機溶媒を除去してトナー粒子を得る態様である。
第四製法としては、結着樹脂粒子、および着色剤粒子、ゾルまたはゲル状態の有機ケイ素化合物含有粒子を、水系媒体中で凝集し、会合してトナー粒子を形成する態様である。
第五製法としては、トナー母体の表面に有機ケイ素化合物を有する溶媒をスプレードライ法によりトナー母体表面に噴射し、有機ケイ素化合物含有の表層を形成する態様である。トナー母体は、結着樹脂、および着色剤を溶融混練し、粉砕して得てもよい。また、トナー母体は、結着樹脂粒子、および着色剤粒子を、水系媒体中で凝集し、会合して得てもよい。また、トナー母体は、結着樹脂、シラン化合物および着色剤を、有機溶媒に溶解させ、製造された有機相分散液を、水系媒体中で懸濁、造粒(粒子形成)、重合させた後に有機溶媒を除去して得てもよい。
これらの製造方法によって製造されたトナー粒子は、有機ケイ素重合体を含有する表層が形成されるため、環境安定性(特に、過酷環境下での帯電性)が良好となる。また、過酷環境下においてもトナー内部の離型剤や樹脂のブリードによるトナー粒子の表面状態の変化が抑制される。
また、さらに得られたトナー粒子またはトナーを熱風を用いて表面処理してもよい。熱風を用いてトナー粒子またはトナーの表面処理を行うことによって、トナー粒子の表面近傍の有機ケイ素化合物の縮重合を促進して、環境安定性と現像耐久性が向上させることができる。
上記熱風を用いた表面処理としては、熱風でトナー粒子またはトナーの表面を処理することができ、かつ、熱風で処理されたトナー粒子またはトナーを冷風で冷却できる方式を採用できる手段であればどのようなものであってもよい。熱風を用いた表面処理を行う装置としては、ハイブリタイゼーションシステム(奈良機械製作所製)、メカノフージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)、メテオレインボー MR Type(日本ニューマチック社製)が挙げられる。
上記の製造方法において水系媒体とは、以下のものが挙げられる。
水、メタノール、エタノールおよびプロパノールなどのアルコール類、ならびに、これらの混合溶媒。
トナー粒子の製造方法として、上述した製造方法の中でも、第一製法である懸濁重合法が好ましい。懸濁重合法では有機ケイ素重合体がトナー粒子の表面に均一に析出しやすく、トナー粒子の表層と内部との接着性に優れ、保存安定性、環境安定性および現像耐久性が良好になる。以下、懸濁重合法についてさらに説明する。
重合性単量体組成物には、必要に応じて離型剤、極性樹脂、低分子量樹脂等を添加してもよい。また、重合工程終了後は、生成した粒子を洗浄、濾過により回収し、乾燥させてトナー粒子を得る。なお、上記重合工程の後半に昇温してもよい。さらに未反応の重合性単量体または副生成物を除去するために、重合工程後半または重合工程終了後に一部分散媒体を反応系から留去することも可能である。
[低分子量樹脂]
上記低分子量樹脂として、本発明の効果に影響を与えない範囲で、以下の樹脂を用いることができる。
ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体、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−ビニルナフタリン共重合体、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、ポリエステル樹脂、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、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂。
上記樹脂は単独または混合して使用することができる。
本発明のトナーにおいては、高温時におけるトナーの粘度変化の改良を目的として、結着樹脂が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、ビニル基、イソシアナート基、エポキシ基、アミノ基、カルボン酸基、ヒドロキシ基が挙げられる。
なお、GPCにより求められる低分子量樹脂のTHF可溶分の重量平均分子量(Mw)は、2000以上6000以下であることが好ましい。
[極性樹脂]
上記極性樹脂としては、飽和または不飽和のポリエステル樹脂が好ましい。
ポリエステル樹脂としては、下記に挙げる酸成分単量体とアルコール成分単量体とを縮合重合させたものを用いることができる。酸成分単量体としては、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、および、トリメリット酸が挙げられる。
アルコール成分単量体としては、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、および、ペンタエリスリトールが挙げられる。
[離型剤]
上記離型剤としては、以下のものが挙げられる。
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およびその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックスおよびその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンワックスおよびその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスなどの天然ワックスおよびその誘導体、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、またはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトン、硬化ヒマシ油およびその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、シリコ−ン樹脂。なお、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。
[重合性単量体]
上記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。
スチレン、α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、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、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンなどのスチレン系単量体、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートなどのアクリル系単量体、
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、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。
ビニル系重合体の中でも、スチレン重合体、スチレン−アクリル共重合体またはスチレン−メタクリル共重合体が好ましい。また、有機ケイ素重合体との接着性が良好になり、保存安定性と現像耐久性が良化する。
[重合開始剤]
重合性単量体の重合に際して、重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。
2,2’−アゾビス−(2,4−ジバレロニトリル)、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などのアゾ系、またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシドなどの過酸化物系重合開始剤。これらの重合開始剤は、重合性単量体に対して0.5質量%以上30.0質量%以下の添加が好ましく、単独でもまたは併用してもよい。
また、トナー粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールするために、重合性単量体の重合に際して、連鎖移動剤を添加してもよい。連鎖移動剤の添加量としては、重合性単量体の0.001質量%以上15.000質量%以下であることが好ましい。
一方、トナー粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールするために、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、以下のものが挙げられる。
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、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA 日本化薬)、および以上のアクリレートをメタクリレートに変えたもの。
多官能の架橋剤としては以下のものが挙げられる。
ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレートおよびそのメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロキシ・ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアクリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート。架橋剤の添加量としては、重合性単量体に対して0.001質量%以上15.000質量%以下であることが好ましい。
[結着樹脂]
トナー粒子を構成する結着樹脂はビニル系樹脂であることが好ましい。ビニル系樹脂は前述したビニル系重合性単量体の重合により生成される。ビニル系樹脂は、環境安定性に優れている。 また、ビニル系樹脂は、前記式(T3)で表されるT単位構造を有する有機ケイ素重合体または前記式(1)で表される構造を有する化合物を含む重合性単量体を重合させて得られる有機ケイ素重合体を、トナー粒子の表面に均一に析出させやすいという点で優れており、好ましい。
上記重合性単量体の重合の際に用いられる媒体が水系媒体の場合には、重合性単量体組成物の粒子の分散安定剤として以下のものを使用することができる。
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、メタ珪酸カルシウム、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。また、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。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。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。このような界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。
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、オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム。
また、本発明において、難水溶性無機分散安定剤を用い、水系媒体を調製する場合に、これらの分散安定剤の添加量は重合性単量体100質量部に対して、0.2質量部以上2.0質量部以下であることが好ましい。また、重合性単量体組成物100質量部に対して300質量部以上3,000質量部以下の水を用いて水系媒体を調製することが好ましい。
本発明において、上記のような難水溶性無機分散剤が分散された水系媒体を調製する場合には、市販の分散安定剤をそのまま用いてもよい。また、細かい均一な粒度を有する分散安定剤を得るためには、水などの液媒体中で、高速撹拌下、難水溶性無機分散剤を生成させてもよい。具体的には、リン酸三カルシウムを分散安定剤として使用する場合、高速撹拌下でリン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合してリン酸三カルシウムの微粒子を形成することで、好ましい分散安定剤を得ることができる。
[着色剤]
本発明のトナーに用いられる着色剤としては、特に限定されず、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、黄色酸化鉄、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、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。具体的には以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー62、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー95、C.I.ピグメントイエロー109、C.I.ピグメントイエロー110、C.I.ピグメントイエロー111、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー129、C.I.ピグメントイエロー147、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー168、C.I.ピグメントイエロー180。
橙色顔料としては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、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、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。具体的には以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド48:2、C.I.ピグメントレッド48:3、C.I.ピグメントレッド48:4、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド81:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド146、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド169、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、C.I.ピグメントレッド254。
青色顔料としては、銅フタロシアニン化合物およびその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が挙げられる。具体的には以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントブルー1、C.I.ピグメントブルー7、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、C.I.ピグメントブルー66。
紫色顔料としては、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、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、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、カーボンブラック、アニリンブラック、非磁性フェライト、マグネタイト、上記黄色系着色剤、赤色系着色剤およ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、単独または混合して、さらには固溶体の状態で用いることが出来る。
また、トナーの製造方法によっては、着色剤の持つ重合阻害性や分散媒体移行性に注意を払う必要がある。必要により、重合阻害のない物質による着色剤の表面処理を施して表面改質を行ってもよい。特に、染料やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。
染料を処理する好ましい方法として、あらかじめ染料の存在下に重合性単量体を重合させ、得られた着色重合体を重合性単量体組成物に添加する方法が挙げられる。また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質(例えば、オルガノシロキサン等)で処理を行ってもよい。
なお、着色剤の含有量は、結着樹脂または重合性単量体100質量部に対して3.0質量部以上15.0質量部以下であることが好ましい。
[荷電制御剤]
本発明のトナーは、荷電制御剤を有していてもよい。前記荷電制御剤としては、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、トナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、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、オキシカルボン酸およ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、芳香族モノおよびポリカルボン酸およびその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールなどの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。また、トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。ニグロシンおよび脂肪酸金属塩など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などの4級アンモニウム塩、およびこれらの類似体であるホスホニウム塩などのオニウム塩およびこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料およ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単独でまたは2種類以上組み合わせて含有することができる。これら荷電制御剤の中でも、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウムもしくはジルコニウムが好ましい。特に好ましい荷電制御剤としては、3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物である。
本発明に用いることできる荷電制御樹脂としては、スルホン酸系官能基を有する重合体が好ましい。スルホン酸系官能基を有する重合体とはスルホン酸基、スルホン酸塩基またはスルホン酸エステル基を有する重合体または共重合体である。
スルホン酸基、スルホン酸塩基またはスルホン酸エステル基を有する重合体または共重合体としては、側鎖にスルホン酸基を有する高分子型化合物等が挙げられる。特にスルホン酸基含有アクリルアミド系モノマー或いはスルホン酸基含有メタクリルアミド系モノマーを2質量%以上、好ましくは5質量%以上用いて重合させた、スチレン系共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体が好ましい。また、ガラス転移温度(Tg)が40℃以上90℃以下であるものが好ましい。
上記のスルホン酸基含有アクリルアミド系モノマー、スルホン酸基含有メタクリルアミド系モノマーとしては、下記一般式(X)で表せるものが好ましく、具体的には、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン酸や2−メタクリルアミド−2−メチルプロパン酸等が挙げられる。
Figure 0006541465
[上記一般式(X)中、Rは水素原子またはメチル基を示し、RとRは、それぞれ水素原子、炭素数が1以上10以下のアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアルコキシ基を示し、nは1以上10以下の整数を示す。]
スルホン酸基を有する重合体は、トナー粒子中に結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下含有させることにより、水溶性開始剤との併用によって、トナーの帯電状態を一層良好なものとすることができる。
これらの荷電制御剤の添加量としては、結着樹脂または重合性単量体100質量部に対して、0.01質量部以上10.00質量部以下であることが好ましい。
[有機微粒子、無機微粒子]
本発明のトナーは、各種特性付与を目的として、トナー粒子に各種有機微粒子または無機微粒子を外添し、トナーとすることができる。前記有機微粒子または無機微粒子は、トナー粒子に添加したときの耐久性から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
有機微粒子または無機微粒子としては、以下のようなものが用いられる。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラックおよびフッ化カーボン。
(2)研磨剤:チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロムなどの金属酸化物、窒化ケイ素などの窒化物、炭化ケイ素などの炭化物、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの金属塩。
(3)滑剤:フッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂粉末、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。
(4)荷電制御性粒子:酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナなどの金属酸化物、カーボンブラック。
有機微粒子または無機微粒子は、トナーの流動性の改良およびトナーの帯電均一化のためにトナー粒子の表面を処理する。有機微粒子または無機微粒子を疎水化処理することによって、トナーの帯電性の調整、高湿環境下での帯電特性の向上を達成することができるので、疎水化処理された有機微粒子または無機微粒子を用いることが好ましい。トナーに添加された有機微粒子または無機微粒子が吸湿すると、トナーとしての帯電性が低下し、現像性や転写性の低下が生じやすくなる。
有機微粒子または無機微粒子の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独でまたは併用して用いられてもよい。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粒子が好ましい。より好ましくは、無機微粒子をカップリング剤で疎水化処理すると同時にまたは処理した後に、シリコーンオイルより処理されたものである。シリコーンオイルで処理された疎水化処理無機微粒子が高湿環境下でもトナーの帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する上で好ましい。
これら有機微粒子または無機微粒子の添加量は、トナー粒子100質量部に対し、0.01質量部以上10.00質量部以下であることが好ましい。より好ましくは0.02質量部以上1.00質量部以下、さらに好ましくは0.03質量部以上1.00質量部以下である。有機微粒子または無機微粒子のトナー粒子への埋め込みや遊離による部材汚染が良化する。これら有機微粒子または無機微粒子は、単独で用いても、また、複数併用してもよい。
ここで、有機微粒子または無機微粒子のBET比表面積は、10m/g以上450m/g以下であることが好ましい。
有機微粒子または無機微粒子の比表面積BETは、BET法(好ましくはBET多点法)に従って、動的定圧法による低温ガス吸着法により求めることができる。例えば、比表面積測定装置「ジェミニ2375 Ver.5.0」(島津製作所社製)を用いて、試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて測定することにより、BET比表面積(m/g)を算出することができる。
有機微粒子または無機微粒子はトナー粒子の表面に強固に固着や付着させてもよい。本発明のトナー粒子の表面に強固に固着または付着させるには、ヘンシェルミキサー、メカノフュージョン、サイクロミックス、タービュライザ、フレキソミックス、ハイブリタイゼーション、メカノハイブリット、ノビルタが挙げられる。
また、回転周速を早めたり、処理時間を長めにしたりすることで有機微粒子または無機微粒子を強く固着や付着することができる。
[トナーの物性]
以下に、トナーの物性について説明する。
<トナーの80℃粘度>
トナーは、定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された80℃粘度が、1,000Pa・s以上40,000Pa・s以下であることが好ましい。この80℃粘度が1,000Pa・s以上40,000Pa・s以下であることで、トナーは低温定着性に優れる。80℃粘度は、より好ましくは2,000Pa・s以上20,000Pa・s以下である。なお、本発明において、上記80℃粘度は、低分子量樹脂の添加量や結着樹脂製造時の単量体種、開始剤量、反応温度および反応時間により調整することができる。
トナーの定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された80℃粘度の値は以下の方法により求めることができる。
装置としては、例えばフローテスターCFT−500D(株式会社島津製作所製)を用い、下記の条件で測定を行う。
・サンプル:1.0gのトナーを秤量し、これを100kg/cmの荷重で1分間加圧成型器を用いて成型してサンプルとする。
・ダイ穴径:1.0mm
・ダイ長さ:1.0mm
・シリンダ圧力:9.807×10(Pa)
・測定モード:昇温法
・昇温速度:4.0℃/分
上記の方法により、30℃以上200℃以下におけるトナーの粘度(Pa・s)を測定し、80℃の粘度(Pa・s)を求める。当該値をトナーの定荷重押し出し方式の細管式レオメータにより測定された80℃粘度とする。
<重量平均粒径(D4)>
トナーの重量平均粒径(D4)は、4.0μm以上9.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは5.0μm以上8.0μm以下であり、さらに好ましくは5.0μm以上7.0μm以下である。
<ガラス転移温度>
本発明のトナーのガラス転移温度(Tg)は35℃以上100℃以下であることが好ましく、より好ましくは40℃以上80℃以下であり、さらに好ましくは45℃以上70℃以下である。ガラス転移温度が上記範囲であることによって、耐ブロッキング性、耐低温オフセット性、オーバーヘッドプロジェクター用フィルムの透過画像の透明性をさらに向上させることができる。
<THF不溶分の含有量>
トナーのテトラヒドロフラン(THF)不溶分の含有量は、トナーの着色剤および無機微粒子以外のトナー成分に対して50.0質量%未満であることが好ましい。より好ましくは45.0質量%未満であり、さらに好ましくは5.0質量%以上40.0質量%未満である。THF不溶分の含有量を50.0質量%未満とすることによって、低温定着性を向上させることができる。
上記トナーのTHF不溶分の含有量とは、THF溶媒に対して不溶性となった超高分子ポリマー成分(実質的に架橋ポリマー)の質量割合を意味する。本発明において、トナーのTHF不溶分の含有量とは、以下のように測定された値である。
トナー1.0gを秤量し(W1g)、円筒濾紙(例えば東洋濾紙製No.86R)に入れてソックスレー抽出器にかけ、溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出する。そして、溶媒によって抽出された可溶成分を濃縮した後、40℃で数時間真空乾燥を行い、THF可溶樹脂成分量を秤量する(W2g)。トナー中の顔料などの樹脂成分以外の成分の重量を(W3g)とする。THF不溶分の含有量は、下記式から求められる。
THF不溶分の含有量(質量%)={(W1−(W3+W2))/(W1−W3)}×100
トナーのTHF不溶分の含有量は、結着樹脂の重合度、架橋度によって調整することが可能である。
<重量平均分子量(Mw)、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)>
本発明において、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定された重量平均分子量(Mw)(以下、トナーの重量平均分子量ともいう)は、5,000以上50,000以下であることが好ましい。トナーの重量平均分子量(Mw)が上記範囲内であることによって、耐ブロッキング性および現像耐久性と、低温定着性および画像のグロスとの両立をさせることができる。なお、本発明において、トナーの重量平均分子量(Mw)は、低分子樹脂の添加量および重量平均分子量(Mw)やトナー製造時の反応温度、反応時間、開始剤量、連鎖移動剤量および架橋剤量により調整することができる。
また、本発明において、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定された重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比[Mw/Mn]は、5.0以上100.0以下であることが好ましく、より好ましくは5以上30以下である。[Mw/Mn]が上記範囲内であることによって、定着可能温度領域を広くすることができる。
<飛行時間型二次イオン質量分析(FIB−TOF−SIMS)を用いたマッピング測定>
FIB−TOF−SIMSによる測定は、株式会社トヤマ社製 FIB加工機能付きの二次イオン質量分析装置「FIB−TOF−SIMS」(単一微粒子履歴解析装置の市販機バージョン)を使用した。
分析条件は以下の通り行った。
サンプル調製:サンプルホルダにインジウム板をのせて、その上にトナー粒子を付着させた。トナー粒子がサンプルホルダ上で動いてしまう場合には、サンプルホルダにインジウム板をのせて、カーボンペーストを塗った上にトナー粒子を固定してもよい。カーボンペーストなどの固定補助剤やシリコンウエハーを用いる場合にはトナー粒子がない状態でバックグラウンドを同条件で測定し換算する。
サンプルの前処理:なし
測定方法:FIBエッチングによりトナー粒子の表面を掘り、以下の分析条件で等比間隔ごとにSIMSを測定する。
分析条件:二次イオン質量分析(SIMS、1ステップ)
一次イオン源情報:イオン種(自然同位体比)Ga
加速電圧(keV):30
ビーム電流(pA):180
マッピング時間(分):12
ピクセル数(pixel):65536
電荷中和モード:ON
測定モード:positive
分析面積:10.0μm×14.1μm
パルス数(sweep/pix):5
ピクセル数(pixel/map):65536
繰り返し数(/map):10
イオン照射回数(パルス数×繰り返し数=sweep):50
パルス幅(秒):2.00×10−7
照射イオン量(個):7.37×10
ドーズレート(個/m):5.2×1018
周波数(Hz):16000
〔1マッピングで視野全体に照射される一次イオン量Iaの計算〕
1マッピングで視野全体に照射される一次イオン量をIaとする。
Ia=(ビーム電流(A)×パルス幅(秒)×ピクセル数×イオン照射回数)/素電荷(C)
上記分析条件の場合、一次イオン量Iaは以下のようになる。なお、素電荷は1.6×10−19(C)とした。
(180×1.0×10−12×2.00×10−7×65536×50)/1.6×10−19)=7.37×10
〔1マッピングで粒子に照射される一次イオン量(個)Impの計算〕
Ap:粒子投影面積(m)または粒子像のピクセル数
粒子投影面積は、SEMによりマッピングする面積中に存在する粒子の平均粒子径Dmp(μm)を求めて計算する。
Am:マッピングの面積(m)またはマッピング視野のピクセル数
Ap/Am:マッピング面積における粒子投影面積の割合
Ap/Amは面積換算で計算してもよく、ピクセル換算Ap/Am=(粒子像があるPixel数/(マッピング視野のPixel数)で求めてもよい。
1マッピングで粒子に照射される一次イオン量(個)Impは以下のようにして求められる。
Imp=Ia×(Ap/Am)
〔1マッピングで粒子に照射される一次イオン量Impに対するケイ素原子の強度ISiの計算〕
上記条件で測定されたマススペクトルにおいてM/Z=27.5〜28.5の検出値(Intensity counts)の合計ISiを、1マッピングで粒子に照射される一次イオン量(Imp)で割る。
ASi=ISi/Imp
本発明のようにサンプルホルダのバックグラウンドを測定した場合、マススペクトルにおいてM/Z=27.5〜28.5の検出値(Intensity counts)の合計をISiBとした場合、ISiBを1マッピングで視野全体に照射される一次イオン量Iaで割って、以下のように補正する。
ASi=(ISi/Imp)−(ISiB/Ia)
〔1マッピングで粒子に照射される一次イオン量Impに対する炭素原子の強度ICの計算〕
上記条件で測定されたマススペクトルにおいてM/Z=11.5〜12.5の検出値(Intensity counts)の合計ICを、1マッピングで粒子に照射される一次イオン量(Imp)で割る。
AC=IC/Imp
本発明のようにサンプルホルダのバックグラウンドを測定した場合、マススペクトルにおいてM/Z=11.5〜12.5の検出値(Intensity counts)の合計をICBとした場合、ICBを1マッピングで視野全体に照射される一次イオン量Iaで割って、以下のように補正する。
AC=(IC/Imp)−(ICB/Ia)
〔エッチング視野における粒子の割合〕
Ae:エッチング面積(m
Ap/Ae:エッチング面積当たりのトナー粒子投影面積の割合
〔前述の分析条件における計算例〕
前述の計算からIa=7.37×10、および、分析結果からAp/Am=0.3、ISi=20000、IC=15000、ISiB=0、ICB=0が求められたとする。
Imp=7.37×10×0.3=2.21×10
ASi=(ISi/Imp)−(ISiB/Ia)=20000/2.21×10=9.04×10−5
AC=(ISi/Imp)−(ISiB/Ia)=15000/2.21×10=1.05×10−6
ASi/AC=86.10
〔照射経過時間Tにおけるエッチング面積あたりの累積ドーズレートEDRtの計算〕
照射経過時間T(秒)におけるエッチング面積あたりの累積ドーズレートEDRt、すなわち照射経過時間T(秒)におけるエッチング時に単位面積あたりに受けた一次イオンの総量は以下のように求める。
{エッチング条件}
ビーム電流(pA):180
エッチング面積:10.0(μm)×14.0(μm)
ステップ数:照射経過時間T(秒)=0.00、2.07、4.13、8.27、16.53、33.07、66.13、529.07の8回
EDRt={ビーム電流(A)×照射経過時間(秒)}/{素電荷(C)(1.6×10−19)×エッチング面積(m)}
=180(pA)×1.0×10−12×T(秒)/{1.6×10−19×10.0×1.0×10−6×14.0×1.0×10−6
本発明におけるエッチングは以下の通り8段階で行う。
T:照射経過時間(秒)、EDRt:累積ドーズレート(個/m
0段目:T=0.00(秒)、EDRt=0.00(個/m
1段目:T=2.07(秒)、EDRt=1.66×1019(個/m
2段目:T=4.13(秒)、EDRt=3.11×1019(個/m
3段目:T=8.27(秒)、EDRt=6.64×1019(個/m
4段目:T=16.53(秒)、EDRt=1.33×1020(個/m
5段目:T=33.07(秒)、EDRt=2.65×1020(個/m
6段目:T=66.13(秒)、EDRt=5.31×1020(個/m
7段目:T=529.07(秒)、EDRt=4.25×1021(個/m
〔照射経過時間Tにおけるトナー投影面積あたりの累積ドーズレートPDRtの計算〕
照射経過時間Tにおけるトナーの投影面積あたりの累積ドーズレートPDRtは以下のようにして求める。
PDRt=(照射経過時間T(秒)におけるエッチング面積あたりの累積ドーズレート)×Ap/Ae
<透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたトナー粒子の断面の観察>
本発明のトナー粒子の断面の観察は以下の方法により行うことができる。
トナー粒子の断面を観察する具体的な方法としては、常温硬化性のエポキシ樹脂中にトナー粒子を分散させた後、40℃の雰囲気下で2日間置き、エポキシ樹脂を硬化させる。得られた硬化物からダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用い、薄片状のサンプルを切り出す。このサンプルを透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて1万倍〜10万倍の倍率で拡大し、トナー粒子の断面を観察する。本発明においては、用いる結着樹脂と有機ケイ素重合体の中の原子の原子量の違いを利用し、原子量が大きいとコントラストが明るくなることを利用して確認を行っている。さらに、材料間のコントラストを付けるためには四酸化ルテニウム染色法および四酸化オスミウム染色法を用いてもよい。トナー粒子中の各種元素の存在状態は、透過型電子顕微鏡を用いて各種元素のマッピングによって確認できる。
TEMにてトナー粒子の表層の平均厚みのDav.および割合Kの測定の対象となる粒子は、TEMの顕微鏡写真より得られるトナー粒子の断面積から求めた円相当径Dtemが、コールターカウンターを用いる後述の方法により求めたトナーの重量平均粒径の±10%の幅に含まれるものとする。
<TEMの顕微鏡写真より得られるトナーの断面積から求めた円相当径Dtemav.>
TEMの顕微鏡写真より得られるトナーの断面積から求めた円相当径Dtemav.は後述する方法で求めた。
まず、1つのトナー粒子に対して、TEMの顕微鏡写真より得られるトナーの断面積から求めた円相当径Dtemを下記式に従って求める。
Dtem=(RA1+RA2+RA3+RA4+RA5+RA6+RA7+RA8+RA9+RA10+RA11+RA12+RA13+RA14+RA15+RA16+RA17+RA18+RA19+RA20+RA21+RA22+RA23+RA24+RA25+RA26+RA27+RA28+RA29+RA30+RA31+RA32)/16
この測定および計算をトナー粒子10個に対して行う。得られた円相当径のトナー粒子1個あたりの平均値を計算したものを、トナー粒子の断面積から求めた円相当径Dtemav.とする。
<トナー粒子の表面に存在するケイ素元素の濃度(atomic%)>
本発明におけるトナー粒子の表面に存在するケイ素元素の含有量(atomic%)は、ESCA(X線光電子分光分析)により表面組成分析を行い算出した。
本発明では、ESCAの装置および測定条件は、下記の通りである。
使用装置:ULVAC−PHI社製 Quantum2000
X線光電子分光装置測定条件:X線源 Al Kα
X線:100μm 25W 15kV
ラスター:300μm×200μm
PassEnergy:58.70eV StepSize:0.125eV
中和電子銃:20μA、1V Arイオン銃:7mA、10V
Sweep数:Si 15回、C 10回、O 5回
本発明では、測定された各元素のピーク強度から、PHI社提供の相対感度因子を用いて表面原子濃度(原子%)を算出した。
<トナーおよび各種樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)およびメインピーク分子量(Mp)の測定方法>
トナーおよび各種樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)およびメインピーク分子量(Mp)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、下記条件により測定される。
[測定条件]
・カラム(昭和電工株式会社製):Shodex GPC KF−801、KF−802、KF−803、KF−804、KF−805、KF−806、KF−807(直径8.0mm、長さ30cm)の7連
・溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
・温度:40℃
・流速:0.6mL/分
・検出器:RI
・試料濃度および量:0.1質量%の試料を10μL
[試料調製]
測定対象(トナー、各種樹脂)0.04gをテトラヒドロフラン20mLに分散、溶解後、24時間静置し、0.2μmフィルター[マイショリディスクH−25−2(東ソー社製)]で濾過し、その濾液を試料として用いる。
検量線は、単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料として、東ソー社製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を用いる、このとき、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いる。
GPCの分子量分布の作成において、高分子量側はベースラインからクロマトグラムが立ち上がり開始点から測定を始め、低分子量側は分子量約400まで測定する。
<トナーおよび各種樹脂のガラス転移温度(Tg)の測定方法>
トナーおよび各種樹脂のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(DSC)M−DSC(商品名:Q1000、TA−インストルメンツ社製)を用いて、下記手順にて測定する。測定する試料(トナー、各種樹脂)6mgを精秤する。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、測定温度範囲20℃以上200℃以下の間で、昇温速度1℃/分、常温常湿下で測定を行う。このときのモジュレーション振幅±0.5℃、周波数1/分で測定する。得られるリバーシングヒートフロー曲線からガラス転移温度(Tg:℃)を計算する。Tgは、吸熱前後のベースラインと吸熱による曲線の接線との交点の中心値をTg(℃)として求めたものである。
DSCによって測定される昇温時の吸熱チャートにおいて、吸熱メインピークのピーク面積で表されるトナー1g当たりの熱量積分値(J/g)を測定した。トナーのDSC測定によって得られたリバーシングヒートフロー曲線の一例を図2に示した。
熱量積分値(J/g)は、上記の測定から得られたリバーシングヒートフロー曲線を用いて求める。計算には解析ソフト Universal Analysis 2000 for Windows(登録商標) 2000/XP Version4.3A(TAインスツルメンツ社製)を用い、Integral Peak Linearの機能を用いて、35℃と135℃での測定点を結ぶ直線と吸熱曲線とで囲まれた領域から熱量積分値(J/g)を求める。
<トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールターカウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定および測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解させて濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散させた前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
<トナーの平均円形度およびモード円形度の測定方法>
トナーの平均円形度の測定には、フロー式粒子像分析装置である「FPIA−3000型」(シスメックス社製)を用い、校正作業時の測定・解析条件で測定する。
イオン交換水20mLに、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を適量加えた後、測定試料0.02gを加える。そして、発振周波数50kHz、電気的出力150ワットの卓上型の超音波洗浄器分散機(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製など)を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
測定には、標準対物レンズ(10倍)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用する。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナーを計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.98μm以上19.92μm以下に限定し、トナーの平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えばDuke Scientific社製5100Aをイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間ごとに焦点調整を実施することが好ましい。
また、トナーの円形度分布において、モード円形度が0.98以上1.00以下であると、トナーの多くが真球に近い形状を有することを意味している。鏡像力やファンデルワールス力等に起因するトナーの感光体への付着力の低下がより一層顕著になり、転写効率は非常に高いものとなり好ましい。
ここで、モード円形度とは、0.40から1.00までの円形度を、0.40以上0.41未満、0.41以上0.42未満、・・・0.99以上1.00未満および1.00のように0.01ごとに61分割する。そして、測定した各粒子の円形度をそれぞれ各分割範囲に割り振り、円形度頻度分布において頻度値が最大となる分割範囲の円形度をいう。
以下に、実施例を持って本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例によって制限されるものではない。なお、以下の配合における部数は、特に説明がない限り、質量部を示す。また、実施例3〜5、13、16、17、22および26は参考例である。
本発明で用いる荷電制御樹脂の製造例について述べる。
<荷電制御樹脂1の製造例>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管、滴下装置および減圧装置を備えた反応容器に、溶媒としてメタノール255質量部、2−ブタノン145質量部および2−プロパノール100質量部、単量体としてスチレン88質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル6.2質量部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸6.6質量部を添加して撹拌しながら常圧の還流下で加熱した。重合開始剤である2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.8質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下して5時間撹拌を継続した。さらに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.2質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下して、さらに常圧の還流下で5時間撹拌して重合を終了した。
次に、重合溶媒を減圧留去した後に得られた重合体を150メッシュのスクリーンを装着したカッターミルにて100μm以下に粗粉砕し、さらにジェットミルにより微粉砕した。その微粒子を250メッシュの篩により分級し、60μm以下の粒子を分別して得た。次に前記粒子を10%の濃度になるようにメチルエチルケトンを加え溶解させ、得られた溶液をメチルエチルケトンの20倍量のメタノール中に徐々に投じ再沈殿した。得られた沈殿物を再沈殿に使用した量の2分の1のメタノールで洗浄し、濾過した粒子を35℃にて48時間真空乾燥を行った。
さらに前述の真空乾燥後の粒子を10%の濃度になるようにメチルエチルケトンを加え再溶解させ、得られた溶液をメチルエチルケトンの20倍量のn−ヘキサン中に徐々に投じ再沈殿した。得られた沈殿物を再沈殿に使用した量の2分の1のn−ヘキサンで洗浄し、濾過した粒子を35℃にて48時間真空乾燥を行った。こうして得られた荷電制御樹脂はTgが約82℃であり、メインピーク分子量(Mp)が19,300、数平均分子量(Mn)が12,700、重量平均分子量(Mw)が21,100であり、酸価は20.4mgKOH/gであった。得られた樹脂を荷電制御樹脂1とする。
<ポリエステル樹脂(1)の製造例>
・テレフタル酸:11.1mol
・ビスフェノールA−プロピレンオキシド2モル付加物(PO−BPA):10.8mol
上記単量体をエステル化触媒とともにオートクレーブに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置および撹拌装置をオートクレーブに装着する。そして、窒素雰囲気下、減圧しながら、常法に従って220℃でTgが70℃になるまで反応を行い、ポリエステル樹脂(1)を得た。重量平均分子量(Mw)は8,200、数平均分子量(Mn)は3,220であった。
<ポリエステル樹脂(2)の製造例>
(イソシアネート基含有プレポリマーの合成)
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物:720質量部
・フタル酸:280質量部
・ジブチルチンオキサイド:2.5質量部
220℃にて攪拌して7時間反応し、さらに減圧下で5時間反応させた後、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソホロンジイソシアネート190質量部と2時間反応し、イソシアネート基含有ポリエステル樹脂を得た。イソシアネート基含有ポリエステル樹脂を26質量部とイソホロンジアミン1質量部を50℃で2時間反応させ、ウレア基を含有するポリエステルを主成分とするポリエステル樹脂(2)を得た。得られたポリエステル樹脂(2)の重量平均分子量(Mw)は25000、数平均分子量(Mn)は3200、ピーク分子量は6200であった。
<トナー粒子1の製造例>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管を備えた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1mol/LのNaPO水溶液1000質量部と1.0mol/LのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置TK−ホモミキサーを用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0mol/LのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
・スチレン:70.0質量部
・n−ブチルアクリレート:30.0質量部
・ジビニルベンゼン:0.10質量部
・メチルトリエトキシシラン:15.0質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3):6.5質量部
・ポリエステル樹脂(1):5.0質量部
・荷電制御剤(3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物):0.5質量部
・荷電制御樹脂1:0.5質量部
・離型剤(ベヘン酸ベヘニル、吸熱メインピーク温度72.1℃):10.0質量部
上記材料をアトライターで3時間分散させて得られた重合性単量体組成物1を60℃で20分保持した。その後、重合性単量体組成物1に重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート14.0質量部(トルエン溶液50%)を添加した重合性単量体組成物1を水系媒体中に投入した。そして、高速撹拌装置の回転数を12,000rpmに維持しつつ10分間かけて重合性単量体組成物1の粒子を形成(造粒)した。その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内温を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら5時間反応させた。このとき水系媒体のpHは5.1であった。次に、1.0mol/LのNaOHを8.0質量部加えてpH7.0にし、容器内を温度85℃に昇温して5時間維持した。その後、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行って、重合体スラリーを得た。蒸留留分は310質量部であった。30℃に冷却後の重合体スラリーを含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、濾別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.6μmのトナー粒子が得られた。このトナー粒子をトナー粒子1とした。トナー粒子1の処方および条件を表1に示した。
(トナー粒子2〜7、9〜13、17〜21、23、28、29の製造例)
トナー粒子1の製造例において、製造条件、処方を表1〜6に記載したように変更する以外は同様にしてトナー粒子2〜7、9〜13、17〜21、23、28、29を得た。各トナー粒子の処方、重合条件および物性を表1〜6に示した。
<トナー粒子8の製造例>
トナー粒子1の製造例において、メチルトリエトキシシラン15.0質量部をメチルジエトキシクロロシラン15.0質量部に変更し、1.0mol/LのNaOH水溶液を2.0質量部を用いてpHを5.1に調整した以外は同様にして、トナー粒子8を得た。トナー粒子8の処方、条件および物性を表2に示した。
<トナー粒子14の製造例>
トナー粒子1の製造例において、1.0mol/LのNaOHの添加量を21.0質量部に変更し、pH10.2に変更した以外は同様にして、トナー粒子14を得た。トナー粒子14処方、条件および物性を表3に示した。
<トナー粒子15の製造例>
トナー粒子1の製造例において、1.0mol/LのNaOHを加えなかった以外はトナー粒子1の製造例と同様にしてトナー粒子15を得た。トナー粒子15の処方、条件および物性を表3に示した。
<トナー粒子16製造例>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管を備えた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1mol/LのNaPO水溶液1200質量部と1.0mol/LのHCl水溶液30.0質量部を添加し、高速撹拌装置TK−ホモミキサーを用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0mol/LのCaCl水溶液100質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
・スチレン:70.0質量部
・n−ブチルアクリレート:30.0質量部
・ジビニルベンゼン:0.10質量部
・メチルトリエトキシシラン:15.0質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3):6.5質量部
・ポリエステル樹脂(1):5.0質量部
・荷電制御剤(3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物):0.5質量部
・荷電制御樹脂1:0.5質量部
・離型剤(ベヘン酸ベヘニル、吸熱メインピーク温度:72.1℃):10.0質量部
上記単量体混合物をアトライターで3時間分散させた単量体混合物1を60℃に20分保持した。単量体混合物1に重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート14.0質量部(トルエン溶液50%)を添加した単量体組成物を水系分散媒体中に投入した。そして、高速撹拌装置の回転数を12,000rpmに維持しつつ10分間かけて単量体組成物の粒子を形成(造粒)した。その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内温を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら5時間反応させた。pHは4.1であった。次に、容器内を温度85℃に昇温してpH4.1で5時間維持した。その後、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留をpH4.1で5時間行って、重合体スラリーを得た。蒸留留分は310質量部であった。重合体スラリーを含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、濾別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.6μmのトナー粒子が得られた。このトナー粒子をトナー粒子16とした。トナー粒子16の処方、条件および物性を表4に示した。
<トナー粒子22の製造例>
・ポリエステル樹脂(1):60.0質量部
・ポリエステル樹脂(2):40.0質量部
・銅フタロシアニン顔料:6.5質量部
・荷電性制御剤(3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物):0.5質量部
・荷電制御樹脂1:0.5質量部
・離型剤〔ベヘン酸ベヘニル、吸熱メインピーク温度72.1℃〕:10.0質量部
上記材料をヘンシェルミキサーで混合した後、135℃で二軸混練押出機によって溶融混練を行い、混練物を冷却後、カッターミルで粗粉砕、ジェット気流を用いた微粉砕機を用いて粉砕した。そして、さらに風力分級機を用いて分級することによって、重量平均粒径5.6μmのトナー母体22を得た。
リービッヒ還流管を備え付けた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1mol/LのNaPO水溶液1000質量部と1.0mol/LのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置TK−ホモミキサーを用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0mol/LのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
次に、
・トナー母体22:100質量部
・メチルトリエトキシシラン:15質量部
をヘンシェルミキサーで混合した。
その後、TK−ホモミキサーを用いて水系分散媒体を5,000rpmで攪拌しながら、トナー母体とメチルトリエトキシシランの混合物を水系分散媒体に投入し、5分間攪拌した。ついで、この混合液を70℃で5時間保持した。pHは5.1であった。つぎに、85℃まで昇温して5時間保持した。その後、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行って重合体スラリー22を得た。蒸留留分は320質量部であった。重合体スラリー22を含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、濾別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.6μmのトナー粒子が得られた。このトナー粒子をトナー粒子22とした。トナー粒子22の物性を表5に示した。
<トナー粒子24の製造例>
まず、リービッヒ還流管を備え付けた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1mol/LのNaPO水溶液1000質量部と1.0mol/LのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置TK−ホモミキサーを用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0mol/LのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
・ポリエステル樹脂(1):60.0質量部
・ポリエステル樹脂(2):40.0質量部
・銅フタロシアニン顔料:6.5質量部
・荷電性制御剤(3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物):0.5質量部
・荷電制御樹脂1:0.5質量部
・メチルトリエトキシシラン:15.0質量部
・離型剤〔ベヘン酸ベヘニル、吸熱メインピーク温度72.1℃〕:10.0質量部
上記材料を、トルエン400質量部に溶解させて、溶解液を得た。
次に、TK−ホモミキサーを用いて上記水系分散媒体を12,000rpmで攪拌しながら、上記溶解液100質量部を上記水系分散媒体に投入し、5分間攪拌した。ついでこの混合液を70℃ 5時間保持した。pHは5.1であった。つぎに、85℃まで昇温して5時間保持した。その後、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行って重合体スラリー24を得た。蒸留留分は320質量部であった。重合体スラリー24を含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、濾別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.5μmのトナー粒子が得られた。トナー粒子24の物性を表5に示した。
<トナー粒子25の製造例>
(ポリエステル樹脂(3)の合成)
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物:10mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物:90mol%
・テレフタル酸:50mol%
・フマル酸:30mol%
・ドデセニルコハク酸:20mol%
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えたフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間で195℃まで上げて、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した。
これらモノマーの総量に対してジステアリン酸スズを0.7質量%投入した。さらに生成する水を留去しながら195℃から5時間かけて250℃まで温度を上げ、250℃でさらに2時間脱水縮合反応を行った。その結果、ガラス転移温度が58.5℃、酸価が12.1mgKOH/g、水酸基価が28.3mgKOH/g、重量平均分子量が14,100、数平均分子量が4,100、軟化点112℃の非晶性のポリエステル樹脂(3)を得た。
(ポリエステル樹脂(4)の合成)
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物(両末端換算2モル付加物):50mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物(両末端換算2モル付加物):50mol%
・テレフタル酸:65mol%
・ドデセニルコハク酸:28mol%
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えたフラスコに上記のモノマーを投入し、1時間で195℃まで上げて、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した。
これらモノマーの総量に対してジステアリン酸スズを0.7質量%投入した。さらに生成する水を留去しながら195℃から5時間かけて250℃まで温度を上げ、250℃でさらに2時間脱水縮合反応を行った。次いで、温度を190℃まで下げ、無水トリメリット酸7mol%を徐々に投入し、190℃で1時間反応を継続した。その結果、ガラス転移温度が55.1℃、酸価が12.8mgKOH/g、水酸基価が27.2mgKOH/g、重量平均分子量が52,400、数平均分子量が6,400、軟化点112℃の非晶性のポリエステル樹脂(4)を得た。
(樹脂粒子分散液(1)の調製)
・ポリエステル樹脂(3):100.0質量部
・メチルエチルケトン:50.0質量部
・イソプロピルアルコール:20.0質量部
容器にメチルエチルケトン、イソプロピルアルコールを投入した。その後、上記樹脂を徐々に投入して、撹拌を行い、完全に溶解させてポリエステル樹脂(3)溶解液を得た。この非晶性ポリエステル溶解液を65℃に維持しつつ、撹拌しながら10%アンモニア水溶液を合計で5質量部となるように徐々に滴下し、さらにイオン交換水230質量部を10mL/分の速度で徐々に滴下して転相乳化させた。さらにエバポレータで減圧して脱溶剤を行い、ポリエステル樹脂(3)の樹脂粒子分散液(1)を得た。この樹脂粒子の体積平均粒径は、145nmであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。
(樹脂粒子分散液(2)の調製)
・ポリエステル樹脂(4):100.0質量部
・メチルエチルケトン:50.0質量部
・イソプロピルアルコール:20.0質量部
容器にメチルエチルケトン、イソプロピルアルコールを投入した。その後、上記材料を徐々に投入して、撹拌を行い、完全に溶解させてポリエステル樹脂(4)溶解液を得た。このポリエステル樹脂(4)溶解液を40℃に維持しつつ、撹拌しながら10%アンモニア水溶液を合計で3.5質量部となるように徐々に滴下し、さらにイオン交換水230質量部を10mL/分の速度で徐々に滴下して転相乳化させた。さらに減圧して脱溶剤を行い、ポリエステル樹脂(4)の樹脂粒子分散液(2)を得た。樹脂粒子の体積平均粒径は、165nmであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。
(樹脂粒子分散液(1)のゾルゲル溶液の調製)
樹脂粒子分散液(1)100質量部(固形分20.0質量部)にメチルトリエトキシシラン40.0質量部を加えて撹拌しながら70℃で、1時間保持した後、昇温速度20℃/1hで80℃まで昇温し、3時間保持をした。その後、冷却して樹脂微粒子がゾルゲルで被覆された樹脂粒子分散液(1)のゾルゲル溶液を得た。この樹脂粒子の体積平均粒径は、225nmであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。樹脂粒子分散液(1)のゾルゲル溶液は撹拌しながら10℃以下で保存し、調整後48時間以内に使用した。
(着色剤粒子分散液1の調製)
・シアン顔料(ECB−308):45.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製):5.0質量部
・イオン交換水:190.0質量部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分間分散させた。その後、アルティマイザー(対向衝突型湿式粉砕機:(株)スギノマシン製)を用い圧力250MPaで15分間分散処理を行い、着色剤粒子の体積平均粒径が135nmで、固形分量が20%の着色剤粒子分散液1を得た。
(離型剤粒子分散液の調製)
・オレフィンワックス(融点:84℃):60.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製):2.0質量部
・イオン交換水:240.0質量部
以上を100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで110℃に加温して分散処理を1時間行い、体積平均粒径170nm、固形分量20%の離型剤粒子分散液を得た。
(トナー粒子の作製)
・樹脂粒子分散液(1):100.0質量部
・樹脂粒子分散液(2):300.0質量部
・樹脂粒子分散液(1)のゾルゲル溶液:300.0質量部
・着色剤粒子分散液1:50.0質量部
・離型剤粒子分散液:50.0質量部
フラスコ中にイオン性界面活性剤ネオゲンRKを2.2質量部加えた後、以上の材料を撹拌した。次いで、1mol/Lの硝酸水溶液を滴下してpH3.8にした後、これにポリ硫酸アルミニウム0.35質量部を加え、ウルトラタラックスで分散を行った。加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら48℃まで加熱した。48℃で40分保持した後、ここに樹脂粒子分散液(1)のゾルゲル溶液300質量部の混合液を緩やかに追加した。
その後、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加して系内のpHを7.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌を継続しながら徐々に85℃まで加熱し、85℃で4時間保持した。その後、イオン性界面活性剤ネオゲンRKを2.0質量部加え、95℃で5時間反応を行った。反応終了後、冷却、濾過を行った。40℃のイオン交換水5Lに再分散させ、15分間撹拌翼(300rpm)で撹拌し、濾過を行った。
この再分散と濾過の洗浄を繰り返し、濾液の電気伝導度7.0μS/cm以下となったところで、洗浄を終了し、トナー粒子25を得た。トナー粒子25の処方、条件および物性を表5に示した。
<トナー粒子26の製造例>
トナー母体26 100.0質量部をヘンシェルミキサーで高速攪拌しながら、トルエン10.0質量部とエタノール5.0質量部と水5.0質量部とメチルトリエトキシシラン 15.0質量部を85℃で5時間反応させた有機ケイ素重合体溶解液を3.5質量部噴霧する。
そして、粒子を入口温度80℃、出口温度45℃の条件で流動層乾燥機内を30分循環させて、乾燥および重合を行った。得られた処理トナーを同様にして、処理トナー100質量部に対し前記有機ケイ素重合体溶解液3.5質量部をヘンシェルミキサー内で噴霧して、入口温度80℃、出口温度45℃の条件で流動層乾燥機内を30分循環させた。
同様に有機ケイ素重合体溶解液の噴霧と乾燥を合計10回繰り返してトナー粒子26を得た。トナー粒子26の処方、条件および物性を表6に示した。
<トナー粒子27の製造例>
トナー粒子1の製造例において、スチレンモノマー70.0質量部を62.0質量部に変更し、n−ブチルアクリレート30.0質量部を38.0質量部に変更し、チタンテトラノルマルブトキシド1.0質量部、ジメチルジエトキシシラン1.0質量部を加えた以外は、同様にしてトナー粒子27を得た。トナー粒子27の処方、条件および物性を表6に示した。
<比較トナー粒子1〜9の製造例>
トナー粒子1の製造例において、製造条件、処方を表7、8に記載したように変更する以外は同様にして、比較トナー粒子1〜9を得た。各比較トナー粒子の処方、重合条件および物性を表7、8に示した。
<比較トナー粒子10の製造例>
高速攪拌装置TK−ホモミキサーを備えた四つ口フラスコ中に、イオン交換水900質量部とポリビニルアルコール95質量部を添加し、回転数1300rpmにて攪拌しながら、55℃に加熱して水系分散媒とした。
(モノマー分散液の組成)
・スチレン:70.0質量部
・n−ブチルアクリレート:30.0質量部
・カーボンブラック:10.0質量部
・サリチル酸シラン化合物:1.0質量部
・離型剤(べヘン酸ベヘニル):10.0質量部
上記材料をアトライターで3時間分散させた後、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート14.0質量部を添加してモノマー分散液を調製した。
次に、得られたモノマー分散液を、上記の四つ口フラスコ内の分散媒中に投入し、上記の回転数を維持しつつ10分間かけてモノマー分散液の粒子の形成(造粒)を行った。続いて、50rpmの攪拌下において、55℃で1時間、次に、65℃で4時間、さらに、80℃で5時間の重合を行った。上記の重合の終了後、スラリーを冷却し、精製水で洗浄を繰り返すことにより分散剤を除去した。さらに洗浄、乾燥を行うことにより、母体となるブラックトナー粒子を得た。重量平均粒子径は5.7μmであった。
酢酸イソアミル2.0質量部とケイ素化合物としてテトラエトキシシラン3.5質量部、メチルトリエトキシシラン0.5質量部を混合した溶液に0.3質量%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム溶液を3質量部投入し、超音波ホモジナイザーを用いて撹拌することにより、酢酸イソアミル、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシランの混合溶液Aを調製した。
上記混合溶液Aと母体のブラックトナー粒子1.0質量部とを、0.3質量%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液30質量部に投入し、29質量%NHOH水溶液5質量部を混合し、室温(25℃)で12時間撹拌した。エタノールで洗浄後、精製水で洗浄し、粒子を濾別、乾燥させることにより、比較トナー粒子10を得た。比較トナー粒子10は、粒状塊同士が固着されることによって形成された被覆層を有していた。
得られたトナーの重量平均粒子径は5.8μmであった。比較トナー粒子10の物性を表8に示した。
<実施例1>
トナー粒子1 100質量部に対し、疎水性シリカ(BET比表面積200m/g、ヘキサメチルジシラザン2.5質量%と100cpsのシリコーンオイル2.5質量%とで表面を疎水化処理されたもの)0.5質量部と酸化アルミニウム(BET比表面積60m/g)0.2質量部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合してトナー1を得た。
<評価>
(トナーの摩擦帯電量の測定)
トナーの摩擦帯電量は、以下に示す方法によって求めることができる。まずトナーと負帯電性トナー用標準キャリア(商品名:N−01、日本画像学会製、但し、250メッシュを通過したもののみを使用)を以下の環境下でそれぞれ所定時間放置する。低温低湿(10℃/15%RH)、常温常湿(25℃/50%RH)、高温高湿(32.5℃/85%RH)での評価においては24時間、過酷環境の評価においては、過酷環境(40℃/95%)に168時間放置後に、超高温高湿(32.5℃/90%RH)環境に24時間放置する。放置後、各環境下でターブラミキサを用いて、トナーが5質量%となるようにトナーとキャリアとを120秒間混合する。次に、混合後1分以内に、常温常湿(25℃/50%RH)環境において、トナーの摩擦帯電量を測定する。具体的には、底部に目開き20μmの導電性スクリーンを装着した金属製の容器に混合された現像剤を入れ、吸引機で導電性スクリーンを介してトナーを吸引し、吸引前後の質量差と、容器に接続されたコンデンサに蓄積された電位とを測定する。この際、吸引圧を4.0kPaとする。前記質量差、蓄電された電位、およびコンデンサの容量から、トナーの摩擦帯電量は、下記式から算出される。
Q(mC/kg)=C×V/(W)
Q:荷電制御樹脂およびトナーの摩擦帯電量
C(μF):コンデンサの容量
V(volt):コンデンサに蓄積された電位
W(g):吸引前後の質量差
(画像濃度測定)
画像濃度の評価には、図3のような構成を有するタンデム方式のキヤノン製レーザービームプリンタLBP7700を用いた。
まず、該プリンターのトナーカートリッジにトナー1を150g装填した。
トナーが装填されたトナーカートリッジを、低温低湿(10℃/15%RH)、常温常湿(25℃/50%RH)、高温高湿(32.5℃/85%RH)の各環境下に24時間放置した。各環境下で24時間放置後に、ベタ画像部を含む30%の印字比率の画像を1,100枚までプリントアウトして、初期と1,100枚出力時の画像を用いて、ベタ画像部の画像濃度の測定を行った。
また、トナーカートリッジを過酷環境(40℃/95%)に168時間放置した後、高温高湿(32.5℃/90%RH)に24時間放置してから、同様の画像形成を行い、同様の測定を行った。
画像濃度の測定においては、SPI補助フィルターを装着した、マクベス濃度計(RD−914:マクベス社製)を用いた。画像濃度の評価基準を以下に示す。
A:1.45以上
B:1.40以上1.45未満
C:1.30以上1.40未満
D:1.25以上1.30未満
E:1.20以上1.25未満
F:1.20未満
(部材汚染評価)
画像濃度測定における1,100枚出力後に、1ページにおいて前半部分がハーフトーン画像(トナー載り量0.25mg/cm)であり、後半部分がベタ画像(トナー載り量0.40mg/cm)である画像をプリントアウトした。得られた画像を用い、下記基準に従い評価した。なお、転写紙は70g/mのA4サイズを用い、A4横方向に印字した。
A:現像ローラー上にも、ハーフトーン部、ベタ部の画像上にも排紙方向の縦スジや濃度の異なる点は見られない。
B:現像ローラーの両端に周方向の細いスジが1〜2本存在する、または感光ドラム上に1〜3個の融着物があるものの、ハーフトーン部、ベタ部の画像上に排紙方向の縦スジや濃度の異なる点は見られない。
C:現像ローラーの両端に周方向の細いスジが3〜5本存在する、または感光ドラム上に4〜5個の融着物ある。またはハーフトーン部、ベタ部の画像上に排紙方向の縦スジや濃度の異なる点がほんの少し見られるが、画像処理で消せるレベル。
D:現像ローラーの両端に周方向の細いスジが6〜20本存在する、または感光ドラム上に6〜20個の融着物がある。またはハーフトーン部、ベタ部の画像上に数本の細かいスジや濃度の異なる点が見られ、画像処理でも消せない。
E:現像ローラーの両端に周方向の細いスジが21本以上存在する、または感光ドラム上に21個以上の融着物がある、またはハーフトーン部、ベタ部の画像上にスジや濃度の異なる点が見られ、画像処理でも消せない。
(低温定着性の評価(低温オフセット終了温度))
キヤノン製レーザービームプリンタLBP7700の定着ユニットを定着温度が調整できるように改造した改造定着器を用意した。該定着器を用いて、プロセススピ−ド230mm/秒で、定着温度を5℃ずつ変化させて、トナー載り量が0.4mg/cmの未定着トナー画像を、記録紙に加熱加圧した。
定着性は、キムワイプ〔S−200(株式会社クレシア)〕用い、75g/cmの荷重をかけて定着画像を10回こすり、こすり前後の濃度低下率が5%未満になる温度のうち、最も低い温度を低温オフセット終了温度とした。評価は、常温常湿(25℃/50%RH)で実施した。
(カブリの評価)
「リフレクトメータ」(東京電色社製)により測定したプリントアウト画像の白地部分の白色度と、画像形成に供する前の転写紙の白色度の差から、カブリ濃度(%)を算出し、下記の基準で画像カブリを評価した。
A:1.0%未満
B:1.0%以上1.5%未満
C:1.5%以上2.0%未満
D:2.0%以上2.5%未満
E:2.5%以上3.0%未満
F:3.0%以上
(保存性試験)
約10gのトナーを100mLガラス瓶にいれ、温度55℃、湿度20%で15日間放置した後に目視で判定した。
A:変化なし
B:凝集体があるが、すぐにほぐれる
C:ほぐれにくい
D:流動性なし
E:明白なケーキング
(長期保存性試験)
約10gのトナーを100mLガラス瓶にいれ、温度45℃、湿度95%で3カ月間放置した後に目視で判定した。
A:変化なし
B:凝集体があるが、すぐにほぐれる
C:ほぐれにくい
D:流動性なし
E:明白なケーキング
<実施例2〜29>
実施例1においてトナー粒子1をトナー粒子2〜29に変更した以外は同様にしてトナー2〜29を得た。また、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表13、表14および表15に示した。
<比較例1〜10>
実施例1においてトナー粒子1を比較トナー粒子1〜10に変更した以外は同様にして比較トナー1〜10を得た。また、実施例1と同様の評価を行い、その結果を表16に示した。
<実施例30>
実施例1のトナー1をトナー粒子1に変更した(即ち、外添剤が添加されていないトナー粒子を用いた)以外は実施例1と同様の評価を行った。その結果を表15に示した。尚、実施例1と比べて、遜色ない結果が得られた。
<実施例31>
図3のような構成を有するタンデム方式のキヤノン製レーザービームプリンタLBP7700Cの各色トナーカートリッジに、トナー1(シアン)、トナー23(ブラック)、トナー28(マゼンタ)、トナー29(イエロー)をそれぞれ150gずつ充填した。前記4色のカートリッジをそれぞれ低温低湿L/L(10℃/15%RH)、常温常湿N/N(25℃/50%RH)、高温高湿H/H(32.5℃/85%RH)の各環境下に24時間放置した。各環境下で24時間放置後に、各色カートリッジをLBP7700にセットして、ベタ画像領域を含む30.0%の印字比率の画像を1,100枚までプリントアウトした。初期と1,100枚出力時のベタ画像濃度とカブリ、1,100枚出力時の部材汚染(フィルミング、現像スジ)の評価を行ったところ良好な結果であった。
また、各色トナーカートリッジを、過酷環境(40℃/95%)に168時間放置した後、高温高湿(32.5℃/90%RH)に24時間放置した。その後、同様の画像形成を行い、同様の測定を行った。その結果、実用上の問題がなく、良好な結果が得られた。
Figure 0006541465
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1 感光体
2 現像ローラー
3 トナー供給ローラー
4 トナー
5 規制ブレード
6 現像装置
7 レーザー光
8 帯電装置
9 クリーニング装置
10 クリーニング用帯電装置
11 撹拌羽根
12 駆動ローラー
13 転写ローラー
14 バイアス電源
15 テンションローラー
16 転写搬送ベルト
17 従動ローラー
18 紙
19 給紙ローラー
20 吸着ローラー
21 定着装置

Claims (12)

  1. 有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナー粒子を有するトナーであって、
    前記有機ケイ素重合体が、下記式(T3)で表される部分構造を有し、
    R−Si(O1/2 (T3)
    (式(T3)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基を表す。)
    透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた前記トナー粒子の断面の観察において、
    (i)測定される前記表層の平均厚みDav.が、5.0nm以上150.0nm以下であり、
    (ii)前記トナー粒子の断面の最長径を与える弦を長軸Lとし、前記長軸Lをその中点で分割した際の一方の線分を線分aとし、前記線分aを基準として、11.25°ずつずらして前記長軸Lの前記中点から前記トナー粒子の表面まで引いた32本の線分をそれぞれAr (n=1〜32)とし、前記Ar (n=1〜32)上における前記表層の長さをFRA (n=1〜32)としたとき、前記FRA が5.0nm以下である線分Ar の割合が20.0%以下であり、
    集束イオンビームをプローブとして搭載した飛行時間型二次イオン質量分析(FIB−TOF−SIMS)を用いたマッピング測定において、前記トナー粒子の表面に一次イオンを照射した際に前記トナー粒子から放出されるケイ素イオンおよび炭素イオンに関し、放出されるケイ素イオンの強度をISiとし、放出される炭素イオンの強度をICとし、および、照射した一次イオン量をIとしたとき、ISi/Iで表されるASiと、IC/Iで表されるACとの比(ASi/AC)が、20.00以上である
    ことを特徴とするトナー。
  2. 前記トナー粒子の表面のX線光電子分光分析(ESCA)を用いた測定において、ケイ素元素の濃度が2.5atomic%以上である請求項1に記載のトナー。
  3. 前記ケイ素元素の濃度が5.0atomic%以上である請求項2に記載のトナー。
  4. 前記ケイ素元素の濃度が10.0atomic%以上である請求項3に記載のトナー。
  5. 前記式(T3)中のRがメチル基である請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
  6. 前記有機ケイ素重合体が、下記式(1)で表される構造を有する有機ケイ素化合物を重合させて得られる有機ケイ素重合体である請求項1〜のいずれか1項に記載のトナー。
    Figure 0006541465

    (式(1)中、Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基を表し、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、またはアルコキシ基を表す。)
  7. 前記式(1)中のRが、メチル基、エチル基、プロピル基、または、フェニル基である請求項に記載のトナー。
  8. 前記式(1)中のRが、メチル基である請求項に記載のトナー。
  9. 前記式(1)中のR、RおよびRが、それぞれ独立して、アルコキシ基である請求項のいずれか1項に記載のトナー。
  10. 前記式(1)中のR、RおよびRが、それぞれ独立して、メトキシ基、または、エトキシ基である請求項に記載のトナー。
  11. 前記トナー粒子が、着色剤および重合性単量体を含有する重合性単量体組成物の粒子を水系媒体中で形成し、前記重合性単量体を重合させることによって製造されたものである請求項1〜10のいずれか項に記載のトナー。
  12. 前記重合性単量体組成物が、前記重合性単量体として、スチレン系単量体と、アクリル系単量体またはメタクリル系単量体を含有する請求項11に記載のトナー。
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