JP7301560B2 - トナー - Google Patents
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Description
また、商業印刷までの適用も考えた高品位な画質が求められるようになっている。
従来、低温定着性を達成するために、トナーの結着樹脂に融点で急激に軟化する「シャープメルト性」を有した結晶性樹脂を用いたものが開示されている。
例えば、特許文献1では結晶性樹脂として結晶性ポリエステルを用いたトナーを例示している。
一方、特許文献2では、フィラー効果による結晶性樹脂の脆性改善を目的に、結晶性樹脂の中に炭酸塩のフィラーを用いた例が開示されている。しかしながら、結晶状態の改善までには至らず、定着ムラを改善するには十分ではないことがわかった。
すなわち、結晶性樹脂を用いたトナーにおいて、低温定着性の良化と定着ムラの改善という課題を両立するには結晶性樹脂の強度を向上させかつ結晶状態を均一にする必要がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、結晶性樹脂を含有するトナーにおいて、低温定着性を向上させつつ、高速印刷時においても定着ムラを抑制し高品位な画像を得ることのできるトナーを提供することを目的とする。
該結着樹脂は、結晶性樹脂を含有し、
該結晶性樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂を含み、
該トナーの示差走査熱量測定DSCにて得られる温度-吸熱量曲線において、該結晶性樹脂由来の吸熱ピークが存在し、
該結晶性樹脂由来の吸熱ピークのピーク温度をTpとしたときの該トナーの粘弾性測定において、
温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、0.01Hz)とし、温度Tp-5℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、10Hz)とし、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-30、10Hz)としたときに、下式を満たし、
G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦1.30
G’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦2.20
該トナーは、フィラーを含有し、
該フィラーは、セルロース構造を有し、
該フィラーの粘弾性測定において、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をGF’(Tp-30、10Hz)とし、温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をGF’(Tp-5、0.01Hz)としたときに、下式を満たすことを特徴とするトナーに関する。
0.70≦GF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)≦1.30
本発明は、結着樹脂を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該結着樹脂は、結晶性樹脂を含有し、
該トナーの示差走査熱量測定DSCにて得られる温度-吸熱量曲線において、該結晶性樹脂由来の吸熱ピークが存在し、
該結晶性樹脂由来の吸熱ピークのピーク温度をTpとしたときの該トナーの粘弾性測定において、
温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、0.01Hz)とし、温度Tp-5℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、10Hz)とし、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-30、10Hz)としたときに、下式を満たすことを特徴とするトナーである。
G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦1.40
G’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦2.20
先述の通り、結晶性樹脂はそのシャープメルト性から温度への感度が高いだけでなく、その脆性から圧力への感度も高い。さらに融点直前ではこれらが相まって圧力への感度は更に向上する。そのため、紙などへ定着する際、表面の凹凸の影響により紙の凸部に存在するトナーには熱、圧力ともに大きくかかってしまうため、凸部に存在するトナーは過剰に溶融してしまう。そのため、トナーの粒状感が消失し平滑になってしまうため、該凸部が高グロス部となってしまう。
一方、凹部に存在するトナーは定着時の圧力を受けにくくトナー粒子が完全に溶融せず粒状感を維持する。その影響で該凹部は低グロス部となってしまい、定着ムラが発生する。低速印刷時には定着器から十分な熱量を受けられるため、このような定着ムラはあまり見られないが、高速印刷時には完全に溶融するまでの熱量が十分に得られないため定着ムラが発生しやすい。
貯蔵弾性率をある一定範囲に制御することで、融点直前での圧力依存性を低下させ過剰に溶融するトナーの発生を防ぎ、定着ムラを抑制することができる。
具体的には、トナーの示差走査熱量測定DSCにて得られる温度-吸熱量曲線において、結晶性樹脂由来の吸熱ピークを有し
結晶性樹脂由来の吸熱ピークのピーク温度をTpとしたときの該トナーの粘弾性測定において、
温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、0.01Hz)とし、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-30、10Hz)としたときにG’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦1.40であることが重要である。
これらの比率であるG’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)の値が小さいということは低温・小変形時と高温・大変形時の変形量の差が小さいことを意味している。これは融点直前までトナーの変形がみられず、熱・圧力のムラに対して影響を受けにくいことを表している。G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)が1.40を超えてしまうと紙上で熱、圧力ムラの影響を受けやすくなり定着後の画像に定着ムラが発生してしまう。
該比は、より好ましくは1.30以下である。一方、下限は特に制限されないが、好ましくは1.00以上であり、より好ましくは1.10以上である。
Tpは、50℃以上150℃以下が好ましく、55℃以上90℃以下がより好ましい。
本発明者らが検討を重ねた結果、G’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)はトナー粒子中の結晶性樹脂の量や結晶化度が高いほど値が小さくなることが分かった。一方で、該比は、非晶性樹脂の割合が増えるほど値が高くなることが分かった。特に、Tp-5℃が、トナー粒子に含有される非晶性樹脂及び結晶性樹脂中の非晶性部分のガラス転移温度Tgを上回っている場合はより値が大きくなる。
これは、ある程度過熱された状態であるTp-5℃において非晶性樹脂がガラス状態や加熱されて粘度が低下した状態であるため圧力依存性が大きくなったためであると考える。上記の理由からG’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)は定着性と相関し、値が大きくなるほど定着性は低下する。
G’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)は、好ましくは2.00以下であり、より好ましくは1.90以下である。一方、下限は特に制限されないが、好ましくは1.00以上であり、より好ましくは1.30以上である。
このときG’(Tp-5、0.01Hz)は1.0×107Pa以上1.0×108Pa以下が好ましい。この範囲であるとトナーの強度と低温定着性を両立させやすくなる。
例えば、有機フィラーと無機フィラーなどがあげられる。有機フィラーとしては例えばセルロースフィラー、ポリ乳酸フィラー、リグニンフィラー、などがあげられる。無機フィラーとしてはシリカフィラーや磁性フィラーなどがあげられる。
また、G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)は、フィラーの種類などにより制御することもできる。
0.70≦GF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)≦1.30であることが好ましい。
より好ましくは、
0.90≦GF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)≦1.
20である。
上記式を満たすことは、Tp-30℃からTp-5℃の範囲でフィラーの貯蔵弾性率の変化が少ないことを示している。結晶性樹脂以外にこのような材料を共存させることで結晶性樹脂の貯蔵弾性率の変化が少なくなる。すなわち、G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)が小さくなる。
GF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)の値は、フィラーの含有量を制御することにより制御することができる。
フィラーが結晶性を有するか否かは、X線回折測定により判断できる。
結晶性樹脂の含有量に対するフィラーの含有量の質量比(フィラー/結晶性樹脂)は、好ましくは1/200~1/1であり、より好ましくは1/100~1/3である。
リグニン/セルロース複合体は、FT-IR分析において1240cm-1~1220cm-1付近にリグニン及びセルロースの結合を示すエーテル結合の吸収帯が確認されることが好ましい。
リグニン/セルロース複合体は例えば、特開2014-172955号公報に記載の方法で得ることができる。具体的には、竹などの木材を、好ましくは170~250℃の過熱水蒸気を用いて加熱処理した後、目的の長軸径分布になるまで粉砕することで、リグニン/セルロース複合体を含む過熱水蒸気処理竹粉を得ることができる。例えば、バンブーテクノ社製の過熱水蒸気処理竹粉など市販のものを用いることもできる。
トナーの重量平均粒径(D4)は、4.0μm以上12.0μm以下が好ましく、5.0μm以上10.0μm以下がより好ましい。
フィラーの平均長軸径は、5nm以上10μm以下が好ましく、0.5μm以上4μm
以下がより好ましい。
本発明において、結晶性樹脂としては、結晶性を有し、貯蔵弾性率が上記条件を満たしうる樹脂であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。樹脂とは、例えば、ピーク分子量(Mp)が、1000以上のものが挙げられる。
結晶性樹脂は、示差走査熱量計(DSC)を用いた示差走査熱量測定において、融解吸熱ピーク(融点)を有する。
用いられる結晶性樹脂としては、例えば、結晶性ポリエステル樹脂、結晶性エステル化合物、結晶性ポリウレタン樹脂、結晶性ポリウレア樹脂、結晶性ポリアミド樹脂、結晶性ポリエーテル樹脂、結晶性ビニル樹脂、及びこれらの変性結晶性樹脂などが挙げられる。好ましくは、結晶性ポリエステル樹脂、ウレタン変性された結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂とビニル樹脂とのハイブリッド樹脂が好ましい。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。
2種以上併用した際は最も低温側に観測される吸熱ピークの融点をTpとする。これらの中でも、融点及び機械的強度の観点から、結晶性樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。結晶性樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、20質量%~100質量%が好ましい。
上記ジオール成分としては、具体的には以下のものが挙げられる。
エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,20-イコサンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、シクロヘキサンジオール、及びシクロヘキサンジメタノール、並びに、これらの誘導体。誘導体としては、上記縮重合により同様の樹脂構造が得られるものであれば特に限定されない。例えば、上記ジオールをエステル化した誘導体が挙げられる。
これらのうち、エステル基濃度及び融点の観点から、炭素数4以上12以下の直鎖脂肪族ジオールが好ましい。また、グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、及びヘキサエチロールメラミンなどの3価以上のアルコールを用いてもよい。
シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,11-ウンデカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,13-トリデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,16-ヘキサデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸;1,1-シクロペンテンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-アダマンタンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、p
-フェニレン二酢酸、m-フェニレン二酢酸、p-フェニレンジプロピオニック酸、m-フェニレンジプロピオニック酸、ナフタレン-1,4-ジカルボン酸、ナフタレン-1,5-ジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸;並びに、これらの誘導体。誘導体としては、上記縮重合により同様の樹脂構造が得られるものであれば特に限定されない。例えば、上記ジカルボン酸成分をメチルエステル化、エチルエステル化、又は酸クロライド化した誘導体が挙げられる。
また、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、及びピレンテトラカルボン酸などの3価以上の多価カルボン酸を用いることも可能である。
また、結晶性樹脂の分子量はピーク分子量(Mp)で1000以上100000以下が好ましい。1000以上であると上記物性を達成しやすくなり、100000以下であるとトナーが製造しやすい。
結晶性樹脂のTp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は1.00×107Pa以上1.00×109Pa以下が好ましい。1.00×107Pa以上であると定着ムラを抑制でき、1.00×109Pa以下であれば低温定着性が良好になる。
結着樹脂としては、ポリエステル系樹脂、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられるが、特に限定されず従来公知の樹脂を用いることができる。好ましくは、ポリエステル系樹脂、ビニル系樹脂及びこれらのハイブリッド樹脂である。
結着樹脂中の結晶性樹脂の含有量は、20質量%以上100質量%以下が好ましく、25質量%以上100質量%以下がより好ましく、35質量%以上100質量%以下がさらに好ましい。
磁性体としては以下のものを例示できる。
マグネタイト、ヘマタイト、フェライトのような酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ビスマス、カルシウム、マンガン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金及びその混合物が挙げられる。
磁性体の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、10質量部以上200質量部以下が好ましく、20質量部以上150質量部以下がより好ましい。
黒色着色剤としては、例えば、カーボンブラック,グラフト化カーボンや以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用可能である。
イエロー着色剤としては、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に代表される化合物が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、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、ペリレン化合物等が挙げられる。
シアン着色剤としては、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。これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。
着色剤の含有量は、結着樹脂100.0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。
、ワックスには次のようなものがあげられる。
例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスのような脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスのような脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;又は、それらのブロック共重合物;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろうのような植物系ワックス;みつろう、ラノリン、鯨ろうのような動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラクタムのような鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス、カスターワックスのような脂肪族エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスのような脂肪族エステルを一部又は全部を脱酸化したものが挙げられる。
ワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対して、3.0質量部以上15.0質量部以下が好ましい。
例えば、粉砕法は例えば以下の工程を有する。
i)トナー粒子を構成する結晶性樹脂などの結着樹脂並びに必要に応じて着色剤、ワックス、及びその他の添加剤等を、ヘンシェルミキサー、ボールミルのような混合機により充分に混合する工程、
ii)得られた混合物を二軸混練押出機、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーのような熱混練機を用いて溶融混練して樹脂類を互いに相溶せしめた中に、必要に応じて添加した着色剤などの材料を分散又は溶解させる工程、
iii)冷却固化後、粉砕機により粉砕する工程、及び
iv)必要に応じて分級を行う工程
によってトナー粒子を得ることができる。
またトナー粒子の形状及び表面性の制御のために、粉砕又は分級後に、連続的に機械的衝撃力を加える表面処理装置内を通過させる表面処理工程を設けてもよい。
この表面処理工程の処理時間を制御することによりトナー粒子の表面形状を制御し、トナーの付着力を制御することが可能である。
混合機としては、以下のものが挙げられる。FMミキサ(日本コークス工業社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサ
ー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)。
混練機としては、以下のものが挙げられる。KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)。
分級機としては、以下のものが挙げられる。クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチックエ業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)。
粗粒子をふるい分けるために用いられる篩い装置としては、以下のものが挙げられる。ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボエ業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い。
外添剤としては、例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフウルオロエチレン微粉末のようなフッ素系樹脂粉末;湿式製法シリカ、乾式製法シリカのような微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ、それらをシラン化合物、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ;酸化亜鉛、酸化スズのような酸化物;チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウムやジルコン酸カルシウムのような複酸化物;炭酸カルシウム及び、炭酸マグネシウムのような炭酸塩化合物が挙げられる。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタン等の他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、シリカとしてはそれらも包含する。
600、MOX170、MOX80、COK84(以上、日本アエロジル社)Ca-O-SiLM-5、MS-7、MS-75、HS-5、EH-5(以上、CABOT Co.社)Wacker HDK N 20、V15、N20E、T30、T40(以上、WACKER-CHEMIE GMBH社)D-C Fine Silica(ダウコーニングCo.社)、Fransol(Fransil社)などであり、本発明ではこれらも好適に用いることができる。
外添剤の含有量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上3.0質量部以下程度であることが好ましい。
測定装置としては、DMA8000(Perkin Elmer社製)を用いる。測定には圧縮固定具(品番:N533-0320)を用い、加熱炉は品番:N533-0267を使用して測定する。
まず、測定試料としては、25℃の環境下で、錠剤成型器(例えば、NT-100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて、トナー(約2.0g)を直径7.9mm、厚さ2.0±0.3mmの円板状に加圧成型(約10MPaで、約60秒間圧縮成型)した試料を用いる。ジオメトリディスクを幅狭に設定しクランプサポートをジオメトリディスクに取り付ける。曲げクランプ、圧縮インサートをドライブシャフトターミネーターに通し圧縮インサート上に試料をセットする。その上に固定具を静かに下げていきナットを締める。
測定は測定ウィザードを用いて以下の測定条件に設定する。
加熱炉:Standard Air Oven
測定タイプ:周波数スキャン
変形モード:圧縮
周波数スキャン条件:
開始:0.01Hz
中止:10Hz
ポイント/10:3(ログ)
変位:0.05mm
開始温度:Tp-30℃
終了温度:Tp-5℃
昇温速度:5℃/min
温度間隔:5℃
断面:円形
試験片の寸法:厚み×直径:ノギスによる試料の厚み測定値×7.9mm
等温データ遅延時間:15秒
これにより、G’(Tp-30、10Hz)、G’(Tp-5、0.01Hz)、G’(Tp-5、10Hz)を得ることができる。
フィラーをトナーから分離し測定を行う。分離する方法としては例えば円筒濾紙(例えば、商品名No.86R(サイズ28×100mm)、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。そして、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)200mlを用いて16時間抽出する。このとき、溶媒の抽出サイクルが約5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。
抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を取り出す。この抽出残分を再度テトラヒドロフラン(THF)に浸し、遠心分離により結着樹脂由来のゲル分を沈降させる。トナーに含有されている外添剤や着色剤や磁性体なども同様にして沈降させることができる。その後、上澄み液を乾燥させフィラーを得ることができる。
分離したフィラーを用いて、上記トナーの貯蔵弾性率の測定法と同じ方法で貯蔵弾性率を測定する事ができる。
これによりGF’(Tp-30、10Hz)、GF’(Tp-5、0.01Hz)を得ることができる。
Tp、吸熱量及びTgは、示差走査熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、サンプル(トナー又は樹脂)約5mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、昇温速度10℃/minで測定を行う。
(Tp及び吸熱量)
サンプルとしてトナーを用い、昇温過程でのアモルファス樹脂由来の緩和やTgのピークを除いてもっとも低融点にみられたDSC曲線の吸熱ピーク温度を、Tpとする。結晶性樹脂の融点も同様に測定できる。
また、吸熱量は該ピークに由来する吸熱量を積分して得る。
(樹脂のTg)
サンプルとして樹脂を用い、昇温過程で、温度40℃~100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、樹脂のガラス転移温度とする。
結晶性樹脂やトナーの分子量分布(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)により、以下のようにして測定する。
まず、50℃で24時間かけて、試料をトルエンに溶解する。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「マエショリディスク」(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、トルエンに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整する。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、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:トルエン
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
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(例えば、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。
フィラーの平均長軸径の測定は走査型電子顕微鏡「S-4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。最大20万倍に拡大した視野において、ランダムに100個のフィラーをの長径を測定して個数平均径を求める。観察倍率は、フィラーの平均長軸径に応じて適宜変更する。
リグニン/セルロース複合体の有無は、ATR法によるFT-IRスペクトルで確認する。ATR法によるFT-IRスペクトルは、Universal ATR Sampling Accessory(ユニバーサルATR測定アクセサリー)を装着したFron
tier(フーリエ変換赤外分光分析装置,PerkinElmer社製)を用いて行う。ATR結晶としては、ダイヤモンドのATR結晶を用いて行う。その他の条件は以下の通りである。
サンプルは、フィラーであり、トナーから分離して得られたフィラーを用いることもできる。
Range
Start:4000cm-1
End:600cm-1
Scan number:8
Resolution:4.00cm-1
Advanced:CO2/H2O補正あり
本発明においては1240cm-1~1220cm-1に吸収帯を有していれば、トナー粒子がリグニン/セルロース複合体を有すると判断する。
フィラーの結晶性の有無はX線回折測定により判断できる。リガク社製/試料水平型強力X線回折装置(RINT TTRII)を用いて、フィラーをサンプルとして、次の条
件で測定する。
[サンプルの準備]
X線回折測定用のサンプルは、専用のサンプルホルダーを用い、試料充填部の穴又は溝に試料を均一につめ、ガラス板等で抑え、サンプルホルダーの表面と試料面が同一面になるようにする。
[X線回折の測定条件]
管球:Cu
平行ビーム光学系
電圧:50kV
電流:300mA
開始角度:15°
終了角度:35°
ステップ幅:0.02°
スキャンスピード:1.00°/min
発散スリット:開放
発散縦制限スリット:10mm
散乱スリット:開放
受光スリット:開放
・1,12-ドデカンジオール 100.0mol部
・セバシン酸 100.0mol部
上記モノマー及びモノマー100部に対して0.2部のジブチル錫オキシドを窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した10Lの四つ口フラスコに入れ、180℃で
4時間反応させた。その後、10℃/1時間で210℃まで昇温、210℃で8時間保持した後、8.3kPaにて1時間反応させることにより、結晶性樹脂(A-1)を得た。
得られた結晶性樹脂(A-1)の融点は81.9℃、ピーク分子量(Mp)は11800であった。また、Tp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は3.02×107Paであった。
・1,6-ヘキサンジオール 100.0mol部
・1,12-デカンジカルボン酸 100.0mol部
上記モノマー及びモノマー100部に対して0.2部のジブチル錫オキシドを窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した10Lの四つ口フラスコに入れ、180℃で4時間反応させた。その後、10℃/1時間で210℃まで昇温、210℃で8時間保持した後、8.3kPaにて1時間反応させることにより、結晶性樹脂(A-2)を得た。
得られた結晶性樹脂(A-2)の融点は66.5℃、Mpは14600であった。また、Tp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は3.25×107Paであった。
撹拌機、温度計、及び、窒素導入管を備えた反応容器に結晶性樹脂(A-1)を100.0部、スチレン365.0部、臭化銅(I)4.8部、及び、ペンタメチルジエチレントリアミン11部を添加した。添加後、撹拌しながら、温度110℃で重合反応を行った。所望の分子量となったところで反応を停止して、メタノール250.0部で再沈殿、濾過、精製し、未反応のスチレン及び触媒を除去した。
その後、50℃に設定した真空乾燥機で乾燥して結晶性樹脂(A-3)を得た。得られた結晶性樹脂(A-3)の融点は78.3℃、Mpは24500であった。また、Tp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は3.81×107Paであった。
・1,6-ヘキサンジオール 90.0mol部
・セバシン酸 100.0mol部
上記モノマー及びモノマー100部に対して0.2部のジブチル錫オキシドを窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した10Lの四つ口フラスコに入れ、180℃で4時間反応させた。その後、10℃/1時間で210℃まで昇温、210℃で8時間保持した後、8.3kPaにて1時間反応させることにより、結晶性樹脂(A-0)を得た。
続いて、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた反応容器中に、得られた結晶性樹脂A-0を仕込んだ。イソシアネート成分として10.0mol部のヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を入れ、結晶性樹脂(A-0)及びHDIの濃度が50質量%となるようにテトラヒドロフラン(THF)を添加した。50℃まで加熱し、10時間かけてウレタン化反応を実施した。溶媒のTHFを留去して、結晶性樹脂A-4を得た。
得られた結晶性樹脂(A-4)の融点は63.2℃、Mpは50000であった。また、Tp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は3.78×107Paであった。
滴下ロートを備えた反応容器に、トルエン500部を仕込み、別のガラス製ビーカーに、トルエン350部、ベヘニルアクリレート(ブレンマーVA(日油製))120部、2-エチルヘキシルアクリレート20部、メタクリル酸10部、アゾビスイソブチロニトリル7.5部を仕込み、20℃で撹拌、混合して単量体溶液を調製し、滴下ロートに仕込んだ。反応容器の気相部の窒素置換を行った後に密閉下80℃で2時間かけて単量体溶液を滴下し、滴下終了から2時間、85℃で熟成した後、トルエンを130℃で3時間減圧除去して、結晶性樹脂(A-5)を得た。
得られた結晶性樹脂(A-5)の融点は58.9℃、Mpは54000であった。また
、Tp-30℃、10Hzにおける貯蔵弾性率は2.67×107Paであった。
過熱水蒸気処理竹粉(バンブーテクノ製)を機械式粉砕機(ターボ工業(株)製T-250)で粉砕し、得られた微粉砕粉末をコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、フィラー(B-1)を作製した。得られたフィラー(B-1)は走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ平均長軸径が1.4μmであった。フィラー(B-1)はX線回折を測定したところ結晶性を有していた。
セルロースフィラー(Avicel PH-101(SIGMA-ALDRICH製)をフィラー(B-1)と同様の装置を用いて処理し、フィラー(B‐2)を作製した。得られたフィラー(B-2)は走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ平均長軸径が1.1μmであった。フィラー(B-2)はX線回折を測定したところ結晶性を有していた。
リグニン(リグニン脱アルカリ(東京化成工業製))をフィラー(B-1)と同様の装置を用いて処理し、フィラー(B‐3)を作製した。得られたフィラー(B-3)は走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ平均長軸径が1.8μmであった。フィラー(B-3)はX線回折を測定したところ結晶性を有していた。
ステアリン酸処理炭酸カルシウム(Filmlink100(IGMENT製))を用いた。得られたフィラー(B-4)は走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ平均長軸径が0.7μmであった。フィラー(B-4)はX線回折を測定したところ結晶性を有していなかった。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2.2mol付加物):100.0mol部
・テレフタル酸:65.0mol部
・無水トリメリット酸:25.0mol部
・アクリル酸:10.0mol部
上記ポリエステルモノマーの混合物80部を4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び攪拌装置を装着して窒素雰囲気下にて160℃で攪拌する。そこに、StAc部を構成するビニル系モノマー(スチレン90.0mol部と2-エチルヘキシルアクリレート:10.0mol部)20部と重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド1部を滴下ロートから4時間かけて滴下し、160℃で5時間反応させた。
その後、230℃に昇温して、ポリエステルモノマー成分100部に対して0.2部のジブチル錫オキシドを添加し、6時間縮重合反応を行った。反応終了後容器から取り出し、冷却、粉砕して結着樹脂(C-1)を得た。得られた結着樹脂(C-1)のTgは63.1℃であった。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2.2mol付加物):37.0mol部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2.2mol付加物):67.0mol部
・テレフタル酸:77.0mol部
上記ポリエステルモノマーをエステル化触媒(ジブチルスズオキシド)と共にオートクレーブに仕込み、還流冷却器、水分分離装置、N2ガス導入管、温度計及び攪拌装置を設置し、オートクレーブ内にN2ガスを導入しながら230℃で重縮合反応を行った。反応
終了後、オートクレーブからポリエステル樹脂を取り出し、冷却、粉砕して結着樹脂(C-2)を得た。得られた結着樹脂(C-2)のTgは61.4℃であった。
熱及び冷却可能な攪拌装置を有する容器に、イオン交換水を800部加え60℃まで加熱した。容器内部にメチルセルロース(SM04(信越化学社製))を200部入れ、15分間攪拌した。得られた水分散液を10℃まで冷却し、30分間攪拌し、透明なメチルセルロース水溶液を得た。
得られたメチルセルロース水溶液を再び37℃まで加熱し、セルラーゼ(AP3(天野製薬社製))を0.5部加え、15分攪拌した後、98℃まで加熱し60分間攪拌し、セルラーゼを失活させた。冷却し、容器から取り出した後、凍結乾燥させ、セルロース誘導体を得た。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2.2mol付加物):65.0mol部
・エチレングリコール:15.0mol部
・セルロース誘導体:20.0mol部
・テレフタル酸:86.0mol部
上記ポリエステルモノマーをエステル化触媒(ジブチルスズオキシド)と共にオートクレーブに仕込み、還流冷却器、水分分離装置、N2ガス導入管、温度計及び攪拌装置を設置し、オートクレーブ内にN2ガスを導入しながら230℃で重縮合反応を行った。反応終了後、オートクレーブからポリエステル樹脂を取り出し、冷却、粉砕して結着樹脂(C-3)を得た。得られた結着樹脂(C-3)のTgは62.5℃であった。
・結晶性樹脂(A-1) 100.0部
・フィラー(B-1) 30.0部
・磁性酸化鉄粒子(個数平均粒径=0.20μm、Hc=11.5kA/m、σs=88Am2/kg、σr=14Am2/kg) 95.0部
・荷電制御剤(T-77:保土ヶ谷化学社製) 2.0部
上記材料をFMミキサ(日本コークス工業(株)製)で前混合した後、二軸混練押し出し機(池貝鉄工(株)製PCM-30型))によって、溶融混練した。
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、機械式粉砕機(ターボ工業(株)製T-250)で粉砕し、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、重量平均粒径(D4)8.0μmの負帯電性のトナー粒子を得た。
トナー粒子100部に対し、疎水性シリカ微粒子[BET比表面積150m2/g、シリカ微粒子100部に対しヘキサメチルジシラザン(HMDS)30部及びジメチルシリコンオイル10部で疎水化処理したもの]1.2部をFMミキサー(日本コークス工業(株)製FM-75型)で外添混合し、目開き150μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。得られたトナー1の諸物性を表2に示す。
使用する結晶性樹脂、フィラー、結着樹脂、磁性体、着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3)、WAX(フィッシャートロプシュワックスFNP0090(日本精蝋社製))の量を表1の様に変更した以外はトナー1と同様にして、トナー2~20を得た。得られたトナートナー2~20の物性を表2に示す。
結晶性樹脂Aに用いたジペンタエリスリトールとパルミチン酸のエステル化合物はピーク分子量Mp1500である。
また、AはG’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)の値を、
BはG’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)の値を、
FはGF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)表す。
また、トナー14及び15におけるフィラーの貯蔵弾性率の値は、樹脂C-3に由来する値である。
トナー1を以下の様に評価した。評価結果を表3に示す。
<トナーの低温定着性の評価>
HP LaserJet Enterprise M609dnをプロセススピードを410mm/secに改造して使用した。
トナーの低温定着性は擦り試験により評価を行った。上記評価機の定着器を外部に取り出し、定着器の温度を任意に設定可能にし、プロセススピードを410mm/secとなるように改造した外部定着器を用いた。
上記装置を用い、低温低湿環境下(温度15℃、湿度10%RH)において、単位面積当たりのトナー載り量を、磁性体を含有している場合は0.50mg/cm2に、磁性体を含有していない場合は 0.35mg/cm2に設定した未定着画像を、設定温度に温調した上記定着器に通した。なお、評価紙には「PB PAPER」(キヤノンマーケティングジャパン社製、坪量66g/m2、レター)を用いた。
得られた定着画像を4.9kPa(50g/cm2)の荷重をかけたシルボン紙で摺擦し、こすり試験前後での濃度低下率が10%以下となる温度を定着温度とした。画像濃度の測定には、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)を用いた。C以上を良好と判断した。
A:定着温度が120℃未満
B:定着温度が120℃以上130℃未満
C:定着温度が130℃以上140℃未満
D:定着温度が140℃以上150℃未満
E:定着温度が150℃以上
HP LaserJet Enterprise M609dnをプロセススピードを410mm/secに改造して使用した。
低温低湿環境下(温度15℃、湿度10%RH)において反射濃度0.9のパッチ画像を有する画像の印刷を連続で100枚行った。
そして、100枚目のパッチ画像におけるグロスの最大値と最小値の差を基準に定着ムラを評価した。グロス値は、ハンデイ光沢計グロスチェッカー(商品名IG-310、堀場製作所製)を用いて測定した。なお、評価紙には「HAMMERMILL LASER PRINT」(坪量105g/m2、レター)を用いた。C以上を良好と判断した。
A:グロス値の最大値と最小値の差が1.0未満
B:グロス値の最大値と最小値の差が1.0以上1.5未満
C:グロス値の最大値と最小値の差が1.5以上2.0未満
D:グロス値の最大値と最小値の差が2.0以上2.5未満
E:グロス値の最大値と最小値の差が2.5以上
トナー2~15を実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。尚、実施例5、6及び12~15は参考例として評価を行った。
<比較例1~5>
トナー16~20を実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。
Claims (4)
- 結着樹脂を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該結着樹脂は、結晶性樹脂を含有し、
該結晶性樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂を含み、
該トナーの示差走査熱量測定DSCにて得られる温度-吸熱量曲線において、該結晶性樹脂由来の吸熱ピークが存在し、
該結晶性樹脂由来の吸熱ピークのピーク温度をTpとしたときの該トナーの粘弾性測定において、
温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、0.01Hz)とし、温度Tp-5℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-5、10Hz)とし、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をG’(Tp-30、10Hz)としたときに、下式を満たし、
G’(Tp-30、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦1.30
G’(Tp-5、10Hz)/G’(Tp-5、0.01Hz)≦2.20
該トナーは、フィラーを含有し、
該フィラーは、セルロース構造を有し、
該フィラーの粘弾性測定において、温度Tp-30℃、周波数10Hzにおける貯蔵弾性率をGF’(Tp-30、10Hz)とし、温度Tp-5℃、周波数0.01Hzにおける貯蔵弾性率をGF’(Tp-5、0.01Hz)としたときに、下式を満たすことを特徴とするトナー。
0.70≦GF’(Tp-30、10Hz)/GF’(Tp-5、0.01Hz)≦1.30 - 前記フィラーは、結晶性を有する、請求項1に記載のトナー。
- 前記フィラーは、リグニン/セルロース複合体を含有する、請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記トナーにおける前記結晶性樹脂由来の吸熱ピークの吸熱量が、20J/g以上200J/g以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のトナー。
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