JP7729157B2 - 静電荷像現像用トナー及び静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
静電荷像現像用トナー及び静電荷像現像用トナーの製造方法Info
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Description
このようなトナーに求められる特性としては、従来よりも低い温度でトナー画像の定着を行うことができるといういわゆる低温定着性や、定着強度の向上がある。さらには従来のオフィス市場に限らず、軽印刷市場への展開に伴って、商品である印刷物の画像品質の安定性向上が求められている。
このように、より低温で定着可能な結着樹脂の採用及び、トナー粒子径の小粒径化によって、消費電力の低減化、プリントの高速化、高画質化、環境負荷の低減を実現することができている。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記トナー母体粒子が、前記結着樹脂として、下記一般式(1)で表される第1構造単位と、他の第2構造単位を有する共重合体を含有し、
前記第2構造単位が、少なくとも、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル又はメタクリル酸メチルであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
少なくとも下記一般式(2)で表される構造を有する第1の重合性単量体と、他の第2構造単位を共重合させた重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する工程を有し、
前記第2構造単位が、少なくとも、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル又はメタクリル酸メチルであることを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。なお、下記のメカニズムは推測によるものであり、本発明は下記メカニズムに何ら制限されるものではない。
以下の説明では、前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を、「本発明に係る重合体」とも称する。
従来のスチレン・アクリル樹脂を含有するトナーは、主成分として、スチレン、メタクリル酸メチル、n-ブチルアクリレート由来の構造単位からなっており、印刷時の消費電力を抑えるために、低Tg化(ガラス転移温度の低温化)、低分子量化といったいわゆる低温定着化が進められている。
一方、低温定着化、特に低Tg化は、トナー輸送時のブロッキングが生じやすくなることから下げうるレベルに限界がある。また、低分子量化については、低分子量化に伴い、高分子鎖間の相互作用が小さくなるために、折り曲げ等によって生じる応力に耐えることができず、破断が生じ、媒体への画像保持が困難となってしまう。このように低温定着化を満足しつつ、耐折り曲げ性を確保していくことは困難な課題であり、特に商業印刷の領域において、その両立が求められている。
本発明のトナーが、低温定着化を満足しつつ、耐折り曲げ性の確保が両立できた理由としては、特定の構造単位(第1構造単位)を導入することによる高分子鎖間の相互作用の変化によるものと考えることができる。
本発明に係る前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体をトナーバインダーに導入することによって、主鎖に嵩高い置換基が直接結合した樹脂構造となる。このため、主鎖の剛直性が高まりリジットになる部分と、逆に嵩高い置換基による立体障害によって主鎖運動の自由度が高まった部分が混在することになると考えられる。それ故に、印刷物の折り曲げによって生じた応力を、熱エネルギーに変換することが可能となり、耐折り曲げ性が改善できたと推察することができる。
この特徴は、下記各実施形態に共通又は対応する技術的特徴である。
本発明の静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)は、結着樹脂及び離型剤を含有するトナー母体粒子を含む静電荷像現像用トナーであって、前記トナー母体粒子が、前記結着樹脂として、少なくとも、下記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を含有することを特徴とする。
本明細書において、「トナー母体粒子」とは、「トナー粒子」の母体を構成するものである。「トナー母体粒子」は、少なくとも結着樹脂及び離型剤を含むものであり、その他必要に応じて、着色剤、荷電制御剤などの他の構成成分を含有してもよい。「トナー母体粒子」は、外添剤の添加によって「トナー粒子」と称される。そして、「トナー」とは、「トナー粒子」の集合体のことをいう。
本発明に係る結着樹脂は、下記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を含有する。
前記一般式(1)中のR1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。その具体例としては、例えば、メチル基、n-ブチル基、iso-ブチル基等が挙げられる。低温定着性と耐折り曲げ性をより改善するという観点から、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表すことが好ましく、R1が、メチル基、R2が、水素原子を表すことが特に好ましい。
R1及R2は、前記一般式(1)におけるR1及びR2と同義である。
前記第1の重合性単量体は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
前記第1の重合性単量体の具体例としては、下記の例示化合物M1~M8が挙げられるがこれに限定されるものではない。
第1の重合性単量体の重合方法は、特に制限されないが、簡便に合成できるという観点から、公知の油溶性又は水溶性のラジカル重合開始剤を使用して単量体をラジカル重合する方法が好ましい。
すなわち、本発明の好ましい一実施形態によるトナーの製造方法は、前記一般式(2)で表される構造を有する第1の重合性単量体の(ラジカル)重合を行い、前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を合成し、当該重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する工程を有する。
アゾ系又はジアゾ系重合開始剤の例としては、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられる。
過酸化物系重合開始剤の例としては、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、t-ブチルヒドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、2,2-ビス-(4,4-t-ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス-(t-ブチルパーオキシ)トリアジンなどが挙げられる。
水溶性ラジカル重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩、過酸化水素などが挙げられる。
重合温度は、用いる単量体や重合開始剤の種類によっても異なるが、50~100℃の範囲内であることが好ましく、55~90℃の範囲内であることがより好ましい。また、重合時間は、用いる単量体や重合開始剤の種類によっても異なるが、例えば、1~12時間であることが好ましい。
本発明に係る前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体は、前記一般式(2)で表される構造を有する重合性単量体(第1の重合性単量体)のみから得られる重合体でもよいが、本発明の効果をより一層効率よく発揮させるという観点から、下記のような第1の重合性単量体と共重合可能な他の重合性単量体(「第2の重合性単量体」ともいう。)との共重合体であることが好ましい。
これらの中でも、重合体のガラス転移温度の調整が容易になるという観点から、スチレン及びアクリル酸エステルより選択される少なくとも1種が好ましく、スチレン、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、及びメタクリル酸メチル、からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、スチレン及びアクリル酸n-ブチルの少なくとも一方がさらに好ましい。
イオン性解離基を有する重合性単量体は、例えばカルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基などの基を有するものである。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等が挙げられる。これらのうち、好ましいのはアクリル酸又はメタクリル酸である。
これら第2の重合性単量体は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
また、本発明に係る重合体において、第2の重合性単量体に由来する構造単位の含有量は、特に制限されず、構造単位の種類によって適宜調整することができる。
例えば、第2の重合性単量体が上記のスチレン系単量体である場合、本発明に係る重合体中のスチレン系単量体由来の構造単位の含有量は、本発明に係る重合体の全構造単位を100質量%として、10~50質量%の範囲内であることが好ましく、20~40質量%の範囲内であることがより好ましい。
第2の重合性単量体が、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルである場合、本発明に係る重合体中のアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステル由来の構造単位の含有量は、本発明に係る重合体の全構造単位を100質量%として、5~50質量%の範囲内であることが好ましく、10~40質量%の範囲内であることがより好ましい。
イオン性解離基を有する重合性単量体を使用する場合、その構造単位の含有量は、本発明に係る重合体の全構造単位を100質量%として、3~8質量%の範囲内であることが好ましい。
なお、ピーク分子量とは、分子量分布におけるピークトップの溶出時間に相当する分子量である。分子量分布中にピークが複数存在した場合、ピーク面積比率の一番大きなピークトップの溶出時間に相当する分子量を指す。
次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得、この試料溶液10μlを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布から、測定される。
具体的には、例えば、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、又はエポキシ樹脂などが挙げられる。これら他の樹脂は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
(ポリエステル樹脂)
ポリエステル樹脂は、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸成分)と、2価以上のアルコール(多価アルコール成分)との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂である。なお、ポリエステル樹脂は、非晶性であってもよいし結晶性であってもよい。
多価カルボン酸成分及び多価アルコール成分の価数としては、好ましくはそれぞれ2~3であり、特に好ましくはそれぞれ2であるため、特に好ましい形態として価数がそれぞれ2である場合(すなわち、ジカルボン酸成分、ジオール成分)について説明する。
その他、トリメリット酸、ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸、及び上記のカルボン酸化合物の無水物、又は炭素数1~3のアルキルエステルなども用いることができる。
ポリエステル樹脂の製造の際に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウムなどのアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウムなどの第2族元素を含む化合物;アルミニウム、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウムなどの金属の化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及びアミン化合物などが挙げられる。具体的には、スズ化合物としては、酸化ジブチルスズ(ジブチル錫オキサイド)、オクチル酸スズ、ジオクチル酸スズ、これらの塩などを挙げることができる。
さらにアルミニウム化合物としては、ポリ水酸化アルミニウム、アルミニウムアルコキシド、トリブチルアルミネートなどを挙げることができる。これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記ポリエステル樹脂は、ポリエステル重合セグメント(「ポリエステル樹脂セグメント」ともいう。)とビニル系重合セグメント(「スチレン・アクリル重合セグメント」又は「非晶性樹脂セグメント」ともいう。)とのグラフト共重合体構造を有するハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂であってもよい。これにより、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂が結着樹脂の主成分であるビニル樹脂のセグメントを有するため、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂が本発明に係る重合体と部分的に相溶し、トナー中で微分散化することで、優れた低温定着性が得られる。
また、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂における、ポリエステル重合セグメントと、ビニル系重合セグメントとの組成比としては、ポリエステル重合セグメントが85~95質量%の範囲内で、ビニル系重合セグメントが5~15質量%の範囲内であることが好ましく、ポリエステル重合セグメントが90~95質量%の範囲内で、ビニル系重合セグメントが5~10質量%の範囲内であることがより好ましい。
(イ)あらかじめ用意した結晶性ポリエステル重合セグメントに両反応性のモノマーを反応させた後、ビニル系樹脂の原料であるビニルモノマーを反応させることにより、結晶性ポリエステル重合セグメントにビニル系重合セグメントを化学結合させる方法
(ロ)あらかじめ用意したビニル系樹脂に両反応性のモノマーを反応させた後、結晶性ポリエステル樹脂の原料である多価カルボン酸モノマーと多価アルコールモノマーを反応させて、ビニル系重合セグメントに結晶性ポリエステル重合セグメントを化学結合させる方法
(ハ)あらかじめ用意した結晶性ポリエステル樹脂と、ビニル系樹脂に両反応性のモノマーを反応させて、それぞれを結晶性ポリエステル重合セグメント及びビニル系重合セグメントを化学結合させる方法
両反応性のモノマーとしては、例えば(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸等を使用でき、これらのヒドロキシアルキル(炭素原子数1~3個)のエステルを使用してもよい。反応性の観点からは、アクリル酸、メタクリル酸又はフマル酸が好ましい。
本発明に係るトナー母体粒子は、離型剤を含有し、当該離型剤は脂肪酸エステル及び又は炭化水素系ワックスを含有する。
また、これら脂肪酸エステルは、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
本発明に係るトナー母体粒子は着色剤を含んでもよい。着色剤としては、一般に知られている染料及び顔料を用いることができる。
黒色のトナーを得るための着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、鉄・チタン複合酸化物ブラック等が挙げられ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等が挙げられる。また、磁性体としてはフェライト、マグネタイト等が挙げられる。
着色剤の含有割合は、トナー母体粒子の全質量を100質量%として、0.5~20質量%の範囲内であることが好ましく、2~10質量%の範囲内であることがより好ましい。
本発明に係るトナー母体粒子は、荷電制御剤を含有してもよい。
使用される荷電制御剤は、摩擦帯電により正又は負の帯電を与えることのできる物質であり、かつ無色のものであれば特に限定されず、公知の種々の正帯電性の荷電制御剤及び負帯電性の荷電制御剤を用いることができる。
負帯電性の荷電制御剤として用いられる金属錯体としては、上記に示したもの以外にも、オキシカルボン酸金属錯体、ジカルボン酸金属錯体、アミノ酸金属錯体、ジケトン金属錯体、ジアミン金属錯体、アゾ基含有ベンゼン-ベンゼン誘導体骨格金属錯体、アゾ基含有ベンゼン-ナフタレン誘導体骨格金属錯体などの各種の構造を有したものなどを使用することができる。
このようにトナー母体粒子が荷電制御剤を含有するものとして構成されることにより、トナーの帯電性が向上される。
トナーの流動性、帯電性、クリーニング性等を改良するために、前記トナー母体粒子に、いわゆる後処理剤である流動化剤、クリーニング助剤等の外添剤を添加して本発明のトナーを構成してもよい。
外添剤としては、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子などの無機酸化物粒子、ステアリン酸アルミニウム粒子、ステアリン酸亜鉛粒子などの無機ステアリン酸化合物粒子、チタン酸ストロンチウム粒子、チタン酸亜鉛粒子などの無機チタン酸化合物粒子などの無機粒子が挙げられる。これらは単独でも又は2種以上を組み合わせても用いることができる。
これら無機粒子は、シランカップリング剤やチタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイルなどによって、耐熱保管性や環境安定性の向上のために、表面処理が行われていてもよい。
外添剤の添加量は、トナー母体粒子100質量部に対して0.05~5質量部の範囲内であることが好ましく、0.1~3質量部の範囲内であることがより好ましい。
トナーの平均粒径は、体積基準のメジアン径(D50)で4~10μmの範囲内であることが好ましく、5~9μmの範囲内であることがより好ましい。体積基準のメジアン径(D50)が上記の範囲にあることにより、転写効率が高くなりハーフトーンの画質が向上し、細線やドット等の画質が向上する。
具体的には、測定試料(トナー)0.02gを、界面活性剤溶液20mL(トナー粒子の分散を目的として、例えば、界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター株式会社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が8%になるまでピペットにて注入する。
ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定装置において、測定粒子カウント数を25000個、アパーチャー径を50μmにし、測定範囲である1~30μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率の大きい方から50%の粒子径が体積基準のメジアン径(D50)とされる。
本発明のトナーの製造方法は、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー母体粒子を含む静電荷像現像用トナーの製造方法であって、少なくとも下記一般式(2)で表される構造を有する第1の重合性単量体を共重合させた重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する工程を有することを特徴とする。すなわち、下記一般式(2)で表される構造を有する第1の重合性単量体の重合を行い、前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を合成し、当該重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する工程を有する。
例えば本発明に係る重合体、離型剤及び必要に応じて着色剤等を溶融混練し、その後粉砕、分級等を行ってトナーを得ることができる。
また、重合性単量体を水系媒体中で乳化重合、ミニエマルション重合等により重合体粒子を調製し、当該重合体粒子、離型剤粒子、必要に応じて着色剤粒子等の分散粒子を凝集、融着する乳化凝集法により、トナーを得ることができる。
乳化凝集法としては、特開平5-265252号公報、特開平6-329947号公報、特開平9-15904号公報等に記載の方法を採用することができることができる。
さらに、特開2010-191043号公報に記載の懸濁重合法を用いた製造方法であってもよい。
中でも、粒子径及び形状の制御が容易であり、生産時のエネルギーコストが削減できるという観点から、乳化凝集法を利用した製造方法であることが好ましい。
(1A)本発明に係る重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する樹脂粒子分散液調製工程
(1B)ポリエステル粒子の分散液を調整するポリエステル粒子分散液調整工程
(1C)着色剤粒子の分散液を調製する着色剤粒子分散液調製工程
(1D)離型剤粒子の分散液を調製する離型剤粒子分散液調製工程
(2)本発明に係る重合体を含有する樹脂粒子、ポリエステル粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子が存在している水系媒体中に、凝集剤を添加し、塩析を進行させると同時に凝集・融着を行い、会合粒子を形成する会合工程
(3)会合粒子の形状制御をすることによりトナー粒子を形成する熟成工程
(4)水系媒体からトナー粒子を濾別し、当該トナー粒子から界面活性剤等を除去する濾過、洗浄工程
(5)洗浄処理されたトナー粒子を乾燥する乾燥工程
(6)乾燥処理されたトナー粒子に外添剤を添加する外添剤添加工程
の各工程を含むことが好ましい。
以下、(1A)~(1D)の工程について説明する。
本工程では、従来公知の乳化重合などにより樹脂粒子を形成する。一例として、結着樹脂を構成する重合性単量体(前記第1の重合性単量体や第2の重合性単量体)を水系媒体中へ投入、分散させ、重合開始剤によりこれら重合性単量体を重合させることにより、本発明に係る重合体を含有する前記樹脂粒子の分散液を作製する。
また、前記樹脂粒子分散液を得る方法として、上記の水性媒体中で重合開始剤により重合性単量体を重合させる方法の他に、例えば、溶媒を用いることなく、水系媒体中において分散処理を行う方法、又は重合体を酢酸エチルなどの有機溶媒に溶解させて溶液とし、分散機を用いて当該溶液を水系媒体中に乳化分散させた後、脱溶媒処理を行う方法などが挙げられる。
この際、必要に応じ、前記樹脂には離型剤を予め含有させておいてもよい。また、分散のために、適宜公知の界面活性剤(例えば、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤)の存在下で重合させることも好ましい。
分散液中の前記樹脂粒子の体積基準のメジアン径は、50~300nmの範囲内が好ましい。分散液中の前記樹脂粒子の体積基準のメジアン径は、「マイクロトラックUPA-150」(日機装株式会社製)を用いて動的光散乱法によって測定することができる。
この工程では、従来公知の手法にてポリエステル粒子分散液を形成する。
一例として、ポリエステル樹脂をメチルエチルケトン等の溶媒に溶解させ、この溶液を分散機にて水系媒体中に乳化分散させた後、脱溶媒処理を行う方法を挙げることができる。分散のために、適宜公知の界面活性剤(例えば、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤)の存在下で分散させることが好ましく、また、粒子径制御の観点にて、水酸化ナトリウム水溶液等を添加しても良い。
この着色剤粒子分散液調製工程は、着色剤を水系媒体中に微粒子状に分散させて着色剤粒子の分散液を調製する工程である。
着色剤の分散は、機械的エネルギーを利用して行うことができる。分散液中の着色剤粒子の体積基準のメジアン径は、10~300nmの範囲内であることが好ましく、50~200nmの範囲内であることがより好ましい。
分散液中の着色剤粒子の体積基準のメジアン径は、上記と同様に「マイクロトラックUPA-150」(日機装株式会社製)を用いて動的光散乱法によって測定することができる。
この離型剤粒子分散液調製工程は、離型剤を水系媒体中に微粒子状に分散させて離型剤粒子の分散液を調製する工程である。
離型剤の分散は、機械的エネルギーを利用して行うことができる。分散液中の離型剤粒子の体積基準のメジアン径は、100~1000nmの範囲内であることが好ましく、200~700nmの範囲内であることがより好ましい。
分散液中の離型剤粒子の体積基準のメジアン径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定器LA-750(株式会社堀場製作所製)によって測定することができる。
(1A)~(1D)の工程で用いられる水系媒体は、水、又は水を主成分(50質量%以上)として、アルコール類、グリコール類などの水溶性溶媒や、界面活性剤、分散剤などの任意成分が配合されている水系媒体等が挙げられる。水系媒体は、好ましくは水と界面活性剤とを混合したものが用いられる。
上記の水溶性溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらのうち、重合体を溶解しない有機溶媒であるメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール類が好ましい。
このような界面活性剤は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。界面活性剤の中では、好ましくはアニオン性界面活性剤、より好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムが使用される。
界面活性剤の添加量は、水系媒体100質量部に対して、好ましくは0.01~10質量部の範囲内、より好ましくは0.04~2質量部の範囲内である。
なお、(2)会合工程において使用される凝集剤は、特に限定されるものではないが、金属塩から選択されるものが好適に使用される。
具体的な金属塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、ポリ塩化アルミニウムなどを挙げることができ、これらの中で、より少量で凝集を進めることができることから、二価又は三価の金属塩を用いることが特に好ましい。これらは単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
本発明のトナーは、例えば磁性体を含有させて一成分磁性トナーとして使用する場合、いわゆるキャリアと混合して二成分現像剤として使用する場合、非磁性トナーを単独で使用する場合などが考えられ、いずれも好適に使用することができる。
二成分現像剤を構成するキャリアとしては、鉄、鋼、ニッケル、コバルト、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の従来公知の材料からなる磁性粒子を用いることができる。
キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂等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粉末を分散してなるいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることが好ましい。
また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。
キャリアの体積基準のメジアン径は、代表的には湿式分散機を備えたレーザー回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパテック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
トナーのキャリアに対する混合量は、トナーとキャリアとの合計質量を100質量%として、2~10質量%の範囲内であることが好ましい。
本発明のトナーは、圧力を付与するとともに加熱することができる熱圧力定着方式による定着工程を含む画像形成方法に好適に用いることができる。特に、定着工程における定着温度が、定着ニップ部における加熱部材の表面温度において80~110℃、好ましくは80~95℃の範囲内となる温度とされる比較的低温の定着温度において定着する画像形成方法に好適に使用することができる。
さらに、定着線速が200~600mm/secの範囲内である高速定着の画像形成方法にも好適に使用することができる。
フルカラーの画像形成方法では、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの各々に係る4種類のカラー現像装置と、1つの感光体とにより構成される4サイクル方式の画像形成方法や、各色に係るカラー現像装置及びび感光体を有する画像形成ユニットを、それぞれ色別に搭載するタンデム方式の画像形成方法など、いずれの画像形成方法にも適用することができる。
装置「HLC-8220」(東ソー株式会社製)及びカラム「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM-M3連」(東ソー株式会社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2ml/minで流し、測定試料を室温(25℃)において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mlになるようにテトラヒドロフランに溶解させた。
次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得て、この試料溶液10μlを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布から求めた。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、及び窒素導入装置を取り付けた5Lのステンレス釜(SUS釜)に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部をイオン交換水3000質量部に溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、液温80℃に昇温した。
この界面活性剤溶液に、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、温度を80℃とした後、下記単量体混合液を100分間かけて滴下し、この系を80℃にて2時間にわたり加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂粒子分散液1を調製した:
-単量体混合液-
例示化合物 M1 250.0質量部
スチレン(St) 253.0質量部
アクリル酸n-ブチル(nBA) 258.0質量部
メタクリル酸(MAA) 44.0質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 5.5質量部
得られた結着樹脂粒子分散液1中の結着樹脂粒子の体積基準のメジアン径を、「マイクロトラックUPA-150」(日機装株式会社製)を用いて動的光散乱法によって測定したところ、128nmであった。
前記樹脂粒子分散液1の調製において、下記表Iの単量体の組み合わせ及び添加量に変更したこと以外は同様にして各樹脂粒子分散液2~9を作製した。
なお、下記表I中のStはスチレンを、MMAはメタクリル酸メチルを、nBAはアクリル酸n-ブチルを、iBAはアクリル酸iso-ブチルを、2EHAは、アクリル酸2-エチルヘキシルを、MAAはメタクリル酸を、AAは、アクリル酸を表す。
(結晶性ポリエステル樹脂1の合成)
下記の非晶性樹脂セグメント(スチレン・アクリル系樹脂)の原料モノマー及び重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 21.7質量部
n-ブチルアクリレート 8.0質量部
アクリル酸 1.8質量部
重合開始剤(ジ-t-ブチルパーオキサイド) 4.0質量部
一方で、下記の結晶性ポリエステル樹脂セグメント(結晶性ポリエステル樹脂)の原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
テトラデカン二酸 440質量部
ブタンジオール 135質量部
次いで、撹拌下、非晶性樹脂セグメントの原料モノマーを滴下ロートから90分かけて滴下し、60分間熟成を行った。その後、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去した。なお、このとき除去されたモノマー量は、添加した原料モノマーの量に対してごく微量であった。そして、エステル化触媒としてTi(OBu)4を0.8g投入し、235℃ まで昇温、常圧下にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。次に200℃ まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて1 時間反応させることにより結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂)1を得た。
上述のように得られたハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂1を82質量部、メチルエチルケトン82質量部に、70℃で30分撹拌し、溶解させた。次に、この溶解液に、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液2.5質量部を添加した。この溶解液を、撹拌機を有する反応容器に入れ、撹拌しながら、70℃に温めた水236質量部を70分間に亘って滴下混合した。滴下の途中で容器内の液は白濁化し、全量滴下後に均一に乳化状の状態を得た。この乳化液の油滴の粒径をレーザー回折式粒度分布測定器「LA-750(HORIBA製) 」にて測定した結果、体積平均粒径は124nmであった。
次いで、この乳化液を70℃ で保温したまま、ダイヤフラム式真空ポンプ「V-700」(BUCHI社製)を使用し、15kPaの減圧下で3時間撹拌することで、メチルエチルケトンを蒸留除去し、結晶性ポリエステル樹脂1の微粒子が分散された結晶性ポリエステル粒子分散液1(固形分25質量%)を調製した。上記粒度分布測定器にて測定した結果、結晶性ポリエステル粒子分散液1中、結晶性ポリエステル粒子の体積平均粒径は200nmであった。
前記ポリエステル粒子分散液1の調製において、下記表IIに記載のモノマー量に変更して結晶性ポリエステル樹脂を合成したこと以外は同様にして、ポリエステル粒子分散液2及び3を調製した。
着色剤:カーボンブラック(Mogul(登録商標)L キャボット社製)
10質量部
アニオン性界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム20%水溶液)
1.5質量部
イオン交換水 90質量部
上記成分を混合しSCミルにて分散させ、着色剤粒子分散液1を得た。分散液中の着色剤粒子の体積基準のメジアン径を「マイクロトラックUPA-150」(日機装株式会社製)を用いて動的光散乱法によって測定したところ、155nmであった。
ベヘン酸ベヘニル 100質量部
ドデシル硫酸ナトリウム 5質量部
イオン交換水 240質量部
上記成分を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中でホモジナイザー「ウルトラタラックス(登録商標)T50」(IKA株式会社製)を用いて10分間分散させた後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、離型剤粒子分散液1を得た。分散液中の離型剤粒子の体積基準のメジアン径を、レーザー回折式粒度分布測定器LA-750(株式会社堀場製作所製)によって測定したところ、530nmであった。
<トナー母体粒子分散液1の調製>
撹拌装置、温度センサー及び冷却管を取り付けた反応容器に、樹脂粒子分散液1を346質量部(固形分換算)、着色剤粒子分散液1を8質量部、離型剤粒子分散液1を43.25質量部、イオン交換水2000質量部を投入した。室温下で、5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。
さらに、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解させた溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。3分間放置した後、60分間かけて80℃まで昇温し、80℃ に到達後、ポリエステル粒子分散液1を43.25質量部(固形分換算)、20分かけて投入し、粒子径の成長速度が0.01μm/分となるように撹拌速度を調整して、コールターマルチサイザー3(コールター・ベックマン社製)により測定した体積基準のメジアン径が6.0μmになるまで成長させた。
その後、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解させた水溶液を添加して、粒子の成長を停止させた。次いで、昇温して80℃の状態で撹拌し、トナー粒子の平均円形度が0.970 になるまで粒子の融着を進行させ、その後冷却し30℃以下まで液温を下げトナー母体粒子分散液1を得た。
トナー母体粒子分散液1をバスケット型遠心分離機「MARKIII 型式番号60×40」(松本機械販売株式会社製)で固液分離し、トナー母体粒子のウェットケーキを形成した。該ウェットケーキを、上記のバスケット型遠心分離機で濾液の電気伝導度が5μS/cmになるまで45℃のイオン交換水で洗浄し、その後「フラッシュジェットドライヤー」(株式会社セイシン企業製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥し、トナー母体粒子を得た。
上記で得られたトナー母体粒子100質量部に対して、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm)を1質量部、及び疎水性チタニア(数平均一次粒子径=20nm)を0.3質量部添加し、ヘンシェルミキサー(登録商標)により混合して外添剤処理を行い、トナー1を製造した。
前記トナー1の製造において、下記表IIIに記載の組み合わせにて前記樹脂粒子分散液及びポリエステル粒子分散液を使用してトナー母体粒子を作製したこと以外は同様にして、トナー2~18を製造した。なお、表IIIにおいてポリエステル樹脂比率とは、結着樹脂中におけるポリエステル樹脂の含有量(質量%)を表す。
フェライト粒子(体積基準のメジアン径:50μm(パウダーテック株式会社製))100質量部と、メチルメタクリレート-シクロヘキシルメタクリレート共重合体樹脂(一次粒子の体積基準のメジアン径:85nm)4質量部とを、水平撹拌羽根式高速撹拌装置に入れ、撹拌羽根の周速:8m/s、温度:30℃の条件で15分間混合した後、120℃まで昇温して撹拌を4時間継続した。その後、冷却し、200メッシュの篩を用いてメチルメタクリレート-シクロヘキシルメタクリレート共重合体樹脂の破片を除去することにより、樹脂被覆キャリアを作製した。
この樹脂被覆キャリアを、上記のトナー1~18の各々に、トナーとキャリアとの合計質量に対してトナーの濃度が7質量%になるよう混合し、二成分現像剤1~18を調製した。
・画像形成方法
画像評価は、市販のカラー複合機「bizhub PRESS(登録商標)C6000(コニカミノルタ株式会社製)」において、定着温度、トナー付着量、及びシステム速度を自由に設定できるように改造した改造機Aを作製した。この改造機Aの現像装置に、上記で作製した現像剤を順次装填して評価を行った。
・低温定着性(アンダーオフセット)
常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、トナー付着量8g/m2のベタ画像を定着させる定着実験を、定着下ローラーの温度は定着上ベルトよりも20℃低く設定し、定着上ベルトの温度を110℃から5℃刻みで増加させるように変更しながら200℃まで繰り返し行った。この実験を、定着速度を300mm/secで実施した。A4サイズのNPI上質127.9g/m2(日本製紙株式会社製)を用いて評価を行った。
アンダーオフセットとは、定着機を通過する際に、与えられた熱によるトナー層の溶融が不十分であるために記録紙等の転写材から剥離してしまう画像欠陥をいう。上記の方法で画像を形成した際に、アンダーオフセットが発生しない定着上ベルトの定着下限温度を評価し、低温定着性の指標とした。この定着下限温度が低ければ低い程、定着性が優れており、140℃未満を合格とした。
常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、トナー付着量8g/m2のベタ画像を定着させる定着実験を、定着下ローラーの温度は定着上ベルトよりも20℃低く設定し、定着上ベルトの温度を110℃から5℃刻みで増加させるように変更しながら200℃まで繰り返し行った。この実験を、定着速度を300mm/secで実施した。A4サイズの秤量350g/m2の厚紙を用いて評価を行った。定着ベタ画像を折り機を用いて折り、これに0.35MPaの空気を吹きつけ、折り目の状態を、限度見本を参照し5段階に評価し、ランク3~5を合格とした。
(基準)
ランク5:全く折れ目に剥離無し
ランク4:一部折り目に従い剥離有り
ランク3:折り目に従い細い線状の剥離あり
ランク2:折り目に従い太い剥離有り
ランク1:画像に大きな剥離有り
一方、前記一般式(1)で表される第1構造単位を有する重合体を含有しないトナー16~18は、低温定着性は良好なものの、耐折り曲げ性に劣る結果となり、低温定着性と耐折り曲げ性の両立が困難なことが分かった。
Claims (6)
- 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー母体粒子を含む静電荷像現像用トナーであって、
前記トナー母体粒子が、前記結着樹脂として、下記一般式(1)で表される第1構造単位と、他の第2構造単位を有する共重合体を含有し、
前記第2構造単位が、少なくとも、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル又はメタクリル酸メチルであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
[一般式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。] - 前記一般式(1)中のR1及びR2が、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表すことを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記一般式(1)中のR1が、メチル基、R2が、水素原子を表すことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記結着樹脂中に結晶性ポリエステル樹脂を5~30質量%含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記結晶性ポリエステル樹脂が、ポリエステル重合セグメントとビニル系重合セグメントとが化学結合して形成されたハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
- 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー母体粒子を含む静電荷像現像用トナーの製造方法であって、
少なくとも下記一般式(2)で表される構造を有する第1の重合性単量体と、他の第2構造単位を共重合させた重合体を含有する樹脂粒子分散液を調製する工程を有し、
前記第2構造単位が、少なくとも、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル又はメタクリル酸メチルであることを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
[一般式(2)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。]
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