JP2005141081A - トナーの製造方法 - Google Patents

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望 小松
Tetsuya Ida
哲也 井田
Akira Hashimoto
昭 橋本
Yojiro Hotta
洋二朗 堀田
Hagumu Iida
育 飯田
Kazuhiko Hayami
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Abstract

【課題】 着色剤粒子が均一に且つ細かく分散した、高い透明性、色再現性を有するトナーが得られるトナー製造方法を提供する。
【解決手段】 第1の結着樹脂、着色剤及び水を少なくとも含む混合物を加熱混練して第1の混練物を得、該第1の混練物の水分量を一定量に調整して着色剤マスターバッチを得る第1の溶融混練工程において、着色剤マスターバッチを含水率2〜25質量%の含水着色剤マスターバッチとして、トナーを製造する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法、トナージェット方式等の画像形成方法において現像に用いるトナーの製造方法に関するものである。
電子写真用トナーは、粉砕法で製造する場合、結着樹脂、着色剤、必要に応じて離型剤、電荷制御剤等を混合し、溶融混練、粉砕、分級して得られる。さらに、必要に応じてシリカ等の流動性付与剤を外添したり、分級後に球形化処理をしたりして、流動性、現像性、転写性を向上させる場合もある。
一方、フルカラー複写機においては、四つの像担持体と無端形状の中間転写体を有し、各像担持体上にそれぞれ静電荷像を形成し、形成された静電荷像をシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー及びブラックトナーを用い、減色混合作用を利用して各色のトナーを重ね合わせることで現像し、現像により形成された各色のトナー画像を普通紙やOHPシート等の転写材上に最終的に重ね合わせて転写し、転写材上に重ね合わせたトナー画像を転写材に定着させることで所望のカラー画像を形成している。近年のフルカラー画像に対するトナーの品質への要求度は、ますます高くなってきている。
これらの要求に応えるためには、トナーにおいて、結着樹脂中に着色剤、離型剤、帯電制御剤等の成分が均一に、且つ細かく分散していることが不可欠であり、その中でも特に着色剤の高分散化が重要である。
何故ならば、フルカラートナーとして使用する場合には、トナーを重ね合わせ所望の色を表現するため、混色した際に上部のトナー層が下部のトナー層の色を妨げない透明性を有することが必要であるからである。着色剤の分散が悪く透明性が低い場合には、下部トナー層の色が出ないため所望の色再現が出来ないばかりか、トナーの透明性が低くなり、OHPシート上の画像を投影したときの投影画像の色度が変化し、目的の色彩を得られなくなる。
また、結着樹脂中での着色剤の分散が不均一であったり、大きな凝集体として分散していると、着色剤の含有量が異なるトナーが作られることになる。このような場合、着色剤がトナー表面に露出したりしてフィルミングが発生したり、帯電量分布がブロードになり現像性が悪化するだけでなく、転写性や定着性にも悪影響を及ぼす。
着色剤の分散性を向上させ、トナーの透明性を良好にするためには、トナー中での着色剤の平均粒径を小さくすることが必要である。着色剤の平均粒径が大きい場合、得られるカラー画像の光透過性が悪く、カラー画像を形成した際、所望の色彩を得ることが困難となる。一般に顔料を使用した場合、合成後に乾燥や加熱した際に一次粒子が凝集しやすく、透明性に問題が生じやすい。この考えに基づいて、例えば顔料を乾燥させずに水を含んだペースト状態で使用して凝集を防止する方法や、顔料をカップリング反応により合成する際に、極性基を導入した異種の原料を少量混合することで顔料の透明性を改良する方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
しかしながら、ペースト状態の顔料を使用しただけでは顔料の凝集を完全に防ぐことはできず、また極性基を導入した異種の原料を混合する方法では、分散は改良されるが、顔料自体の色味が変化してしまうため問題がある。
また、多量の水分を含む含水ペースト顔料を溶融混練に使用した例が挙げられている(例えば、特許文献4参照)が、この方法では着色剤の水分が多く流動性が悪くなり凝集体が発生する為、他の原材料と混合が十分に出来ない問題がある。
特開平6−161154公報 特開平8−234489公報 特開2000−63694公報 特開平09−258487公報
本発明の目的は、従来の上記技術における問題点を解決し、トナー中で着色剤が均一に、且つ細かく分散することを可能にするトナーの製造方法を提供することにある。
本発明者等は、鋭意検討した結果、トナー製造の際の着色剤マスターバッチを得る工程で、該着色剤マスターバッチを特定の含水率の含水着色剤マスターバッチとし、トナーの製造に用いることで、トナー中で着色剤粒子が均一に且つ細かく分散できることから、高い透明性、色再現性を有するトナーが得られることを知見して本発明に至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)第1の結着樹脂、着色剤及び水を少なくとも含む混合物を加熱混練して第1の混練物を得、第1の混練物を含水率2〜25質量%となるように水分量を調整して含水着色剤マスターバッチを得る第1の溶融混練工程と、
第2の結着樹脂及び前記含水着色剤マスターバッチを少なくとも含有するトナー原料混合物を溶融混練し、第2の混練物を得る第2の溶融混練工程と、
前記第2の混練物を粉砕する粉砕工程とを含むトナーの製造方法。
(2)前記第1の溶融混練工程において、第1の混練物を含水率3〜20質量%となるように水分量を調整して含水着色剤マスターバッチを得ることを特徴とする(1)のトナーの製造方法。
(3)前記第1の溶融混練工程における着色剤及び水が、ペースト顔料であることを特徴とする(1)又は(2)のトナーの製造方法。
(4)前記第1の溶融混練工程において、前記着色剤が乾燥粉末状顔料であることを特徴とする(1)又は(2)のトナーの製造方法。
(5)前記第1の溶融混練工程において、第1の混練物の温度(Tmix)が80〜1
20℃であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかのトナーの製造方法。
(6)前記含水着色剤マスターバッチ中の着色剤は、体積平均粒径Dmが5〜300nmであることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかのトナーの製造方法。
(7)前記第1の結着樹脂は、軟化点温度(Tm)が80〜120℃であることを特徴
とする(1)〜(6)のいずれかのトナーの製造方法。
(8)前記第2の結着樹脂は、軟化点温度(Tm)が85〜135℃であることを特徴
とする(1)〜(7)のいずれかのトナーの製造方法。
(9)前記第2の溶融混練工程における第2の混練物温度をTmixとしたとき、第2の結着樹脂の軟化点温度(Tm)に対して、下記式を満たすことを特徴とする(1)〜(8)のいずれかのトナーの製造方法。
Tmix≦Tm+30(℃)
(10)前記トナー中の着色剤の体積平均粒径Dtが、10〜500nmであることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかのトナーの製造方法。
(11)前記含水着色剤マスターバッチ中の着色剤の体積平均粒径をDmとし、トナー中における着色剤の体積平均粒径をDtとしたとき、下記式を満たすことを特徴とする(1)〜(10)のいずれかのトナーの製造方法。
Dt/Dm<2.5
(12)前記第1の溶融混練工程において、前記第1の結着樹脂と着色剤との割合が固形分質量換算で90:10〜40:60であることを特徴とする(1)〜(11)のいずれかのトナーの製造方法。
(13)前記第1の溶融混練工程において、前記着色剤の固形分質量100質量部に対して、水の質量が6〜400質量部であることを特徴とする(1)〜(12)のいずれかのトナーの製造方法。
本発明によれば、トナー中で着色剤粒子が均一に且つ細かく分散できることから、高い透明性、色再現性を有するトナーが得られるトナー製造方法を提供することが出来る。
本発明のトナーの製造方法は、第1の結着樹脂、着色剤及び水を少なくとも含む混合物を加熱混練して第1の混練物を得、第1の混練物を含水率2〜25質量%となるように水分量を調整して含水着色剤マスターバッチを得る第1の溶融混練工程と、
第2の結着樹脂及び前記含水着色剤マスターバッチを少なくとも含有するトナー原料混合物を溶融混練し、第2の混練物を得る第2の溶融混練工程と、
前記第2の混練物を粉砕する粉砕工程とを含む。
本発明に使用する「含水着色剤マスターバッチ」は、水分を含んだ着色剤マスターバッチであり、本発明においては、少なくとも第1の結着樹脂と着色剤と水とを加熱混練して得られる第1の混練物から水分を含水率2〜25質量%になるように調整して得られる含水着色剤マスターバッチ(以下、「含水MB」という)である。
含水MBは、第1の溶融混練工程において、例えば、以下のように得られるものである。第1の結着樹脂、着色剤及び水を少なくとも含む混合物を混練機又は混合機に仕込み、非加圧下又は加圧下で混合しながら加熱混練して第1の結着樹脂を溶融させ、加熱されている第1の結着樹脂、すなわち溶融樹脂相に着色剤を分配又は移行させ第1の混練物を得、相分離した水分をデカンテーションにより除去し、更に第1の結着樹脂及び着色剤を溶融混練し、水分を蒸発除去して得られる。なお、第1の混練物から水分の除去方法について、上記ではデカンテーション、水分の蒸発除去による方法を例示したが、本発明はそれに限定されない。
第1の溶融混練工程において、第1の結着樹脂と着色剤とを混練する際は、固形分質量換算での第1の結着樹脂と着色剤との割合が90:10〜40:60、好ましくは85:15〜45:55が良い。
第1の結着樹脂に対する着色剤の割合が10質量%より小さいときは、着色剤に対して多量の第1の結着樹脂を混練機に仕込まねばならず、第1の混練物中で着色剤の偏析が起こり易く、これを均一系に持っていくためには、混練時間を長く設定せざるを得ない。これでは第1の結着樹脂に余計な負荷をかけてしまい、第1の結着樹脂特性が変化する場合があり好ましくない。
第1の結着樹脂に対する着色剤の割合が60質量%より多いときは、着色剤粒子の第1の結着樹脂への移行がスムーズに行われず、着色剤粒子の移行後の溶融混練時においても混練物は均一な溶融状態を示さず、結果的に高い分散性が得られないことがある。
本発明において、第1の溶融混練工程における第1の混練物温度Tmix(℃)は、好ましくは80〜120℃、より好ましくは80〜110℃である。
第1の混練物温度Tmix(℃)が、80℃よりも低い場合は、第1の結着樹脂の溶融が不充分となり、着色剤の水相から溶融樹脂相への分配又は移行がスムーズに起こり難く、均一な着色剤の分散が難しくなることがある。第1の混練物温度Tmix(℃)が、120℃よりも高い場合は、溶融混練時に着色剤の凝集が起こり易く、含水MB中の着色剤粒径が大きくなってしまうことがある。
本発明において、含水MB中の着色剤の体積平均粒径Dmは、好ましくは5〜300nm、より好ましくは5〜200nm、さらに好ましくは5〜150nmである。
Dmが300nmより大きい場合、着色剤の分散性が悪く、第2の溶融混練工程において他の材料と十分に混ざり難くなることがある。その結果、トナー中においても着色剤の分散性が低下し、高い透明性、色再現性を有するトナーを得られ難くなる。
また、Dmが5nmよりも小さい場合、第2の溶融混練工程において分散性に優れ、透明性に優れたトナーとなるが、耐光性が低くなる場合がある。
本発明における含水MBは、その含水率が2〜25質量%であることを特徴とし、好ましくは3〜20質量%、より好ましくは5〜18質量%である。本発明における含水MBは、例えば、上述の製造方法によって得られるが、従来の着色剤マスターバッチと異なり、含有する水分を必要以上に取り除かず、含水率2〜25質量%の含水MBとすることで、トナー中で着色剤が均一に且つ細かく分散することを可能とする。この理由は、明確ではないが以下のように推定される。
第一に、少なくとも第2の結着樹脂と含水MBを含有するトナー原料混合物を溶融混練して第2の混練物を得る工程(第2の溶融混練工程)において、含水MB中に多くの水分が含まれる為、着色剤粒子間にある水の存在が着色剤粒子の凝集を防いでいる。さらに一部存在する着色剤粒子の凝集体に浸透した水分が、第2の混練混練工程における熱により膨張してその凝集体を崩し、良好な分散にする。
第二に、第2の溶融混練時にトナー原料混合物に強いシェアがかかり含水MBが自己発熱することにより、また必要に応じて外部から加熱をすることにより、第2の混練物は高温になるが、水が蒸発する際に気化熱として熱を奪う為、着色剤粒子同士の熱による強固な付着・凝集を防ぐことが出来る。
第三に、第2の溶融混練時に水蒸気が発生して第2の混練物が膨張して、混練機内の圧力を上昇させることにより強いシェアがかかり、より強い剪断力が発生し、第2の混練物に含まれる、着色剤粒子を含む全ての成分の分散に非常に効果的である。
本発明において、含水MBの含水率が25質量%を超える場合、水分が多すぎる為、含水MBの付着力が強すぎて、ヘンシェルミキサー等の製造装置への融着や、流動性の低下によりトナー原料混合物中で大きな凝集物が発生することがあり好ましくない。また、含水率が2質量%未満の場合、先に述べた効果が期待できないことに加え、第1の溶融混練工程において、水分が調整された含水MBを得るために、マスターバッチ中に残った微量の水分を取り除く、常圧又は減圧下での加熱・乾燥をする場合、分散していた着色剤粒子同士が強固な凝集を起こし、その後の第2の溶融混練工程においても再び良好に着色剤を分散させることは困難であり好ましくない。
本発明のトナーの製造方法の第1の溶融混練工程において、「着色剤及び水」としてペースト顔料を使用することが好ましい。「ペースト顔料」とは、着色剤としてトナーの製
造に用いるために予め顔料を製造する顔料粒子製造工程において顔料粒子がただの一度も乾燥工程を経ずに存在している状態のものを指す。この状態においては、顔料粒子がほぼ一次粒子の状態で存在している為、第1の溶融混練工程後、より顔料分散性に優れた含水MBを得ることが出来る。本発明に用いられるペースト顔料は、任意の水分含有量のものでよく、水分量が限定されるものではないが、好ましくは40〜95質量%、より好ましくは50〜95質量%である。なお、ペースト顔料の水分量が40質量%より少ない場合、上記範囲に入るように水を添加して使用しても良い。
ペースト顔料の水分量の調整は、通常の方法により行うことができる。
また、第1の溶融混練工程にペースト顔料を用いる場合、さらに水を添加して行っても良い。
また、第1の溶融混練工程において、着色剤として乾燥粉末状顔料を用いることも可能であり、その場合、第1の結着樹脂と乾燥粉末状顔料に加えて水を添加し、着色剤と水の混合物として第1の溶融混練工程において含水MBを得る。混練をより充分に行うために、第1の溶融混練工程において、例えば、混練時間や回数を増やすことが可能である。
第1の溶融混練工程において、着色剤の固形分質量100質量部に対して水の質量は、好ましくは6〜400質量部、より好ましくは10〜300質量部である。第1の溶融混練工程において、着色剤の固形分質量100質量部に対して水の質量が6質量部よりも少ない場合、所望の水分を含んだ含水MBが得られ難くなることがある。また、水の質量が400質量部よりも多い場合、溶融樹脂相への分配又は移行がスムーズに起こり難く、均一な着色剤の分散が難しくなることがある。
着色剤として乾燥粉末状顔料を用いる場合、混練回数を増やすことによって顔料粒子の分散性を向上させることが可能であるが、第1の結着樹脂に機械的ストレスがかかることから、第1の結着樹脂における分子鎖の切断が生じ易く、トナーの保存安定性が低下したり、多数枚の耐久で定着ローラーへ一部トナーが持っていかれやすくなるという弊害も生じてくる。よって、画像形成の多数枚耐久性の点で、ペースト顔料を用いる方法が、乾燥粉末状顔料を用いる方法よりも好ましい。
「着色剤及び水」として、ペースト顔料と乾燥粉末状顔料を用いることも可能であり、これに更に水を添加しても良い。このときの着色剤固形分質量と水の質量の割合は前述の配合になることが好ましい。
本発明に用いられる着色剤としては、例えば次の様なものが挙げられる。
マゼンタ用着色剤としては、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,21,22,23,30,31,32,37,38,39,40,41,48,49,50,51,52,53,54,55,57,58,60,63,64,68,81,83,87,88,89,90,112,114,122,123,150,163,202,206,207,209、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.バットレッド1,2,10,13,15,23,29,35等のマゼンタ用着色顔料が挙げられる。
上記顔料を単独で使用しても構わないが、染料と顔料と併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。マゼンタ用染料としては、C.I.ソルベントレッド1,3,8,23,24,25,27,30,49,2,881,83,84,100,109,121、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27、C.I.ディスパースバイオレット1等の油溶染料、C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40、C
.I.ベーシックバイオレット1,3,7,10,14,15,21,25,26,27,28等の塩基性染料が挙げられる。
シアン用着色剤としては、C.I.ピグメントブルー2,3,15,16,17、C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45又はフタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1〜5個置換した銅フタロシアニン顔料等のシアン用着色顔料である。
イエロー用着色剤としては、C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16,17,23,65,73,74,83,180,C.I.バットイエロー1,3,20等のイエロー着色顔料が挙げられる。
なお、これら着色剤の使用量は、トナー中の結着樹脂100質量部に対して、1〜10質量部好ましくは3〜8質量部である。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、酸化鉄、及び上記に示すイエロー/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できる。
本発明において使用する第1の結着樹脂は、軟化点温度Tm(℃)が好ましくは80〜120℃、より好ましくは85〜110℃のものである。
第1の結着樹脂の軟化点温度Tmが120℃より高い場合、第1の結着樹脂の溶融が不充分となり、着色剤の水相から溶融樹脂相への分配又は移行がスムーズに起こり難くなることがある。第1の結着樹脂の軟化点温度Tmが80℃より低い場合、第1の結着樹脂が十分に溶融して着色剤の溶融樹脂相への分配又は移行もスムーズに進行するものの、最終的に得られるトナーの耐ブロッキング性が低下する原因となる場合がある。
本発明における第2の溶融混練工程は、前記含水MB及び第2の結着樹脂を含有するトナー原料混合物を溶融混練する工程である。
本発明において使用する第2の結着樹脂は、軟化点温度Tm(℃)が好ましくは85〜135℃、より好ましくは90〜120℃のものである。
第2の結着樹脂の軟化点温度Tmが135℃より高い場合、得られるトナーは耐オフセット性に優れるものの、画像形成方法に用いた場合、定着設定温度を高くせざるを得ない。また、仮に顔料の分散の程度をコントロールできたとしても、得られるトナーの画像部での表面平滑性が大幅に低下してしまい、高い色再現性を得ることが難しい。
第2の結着樹脂の軟化点温度Tmが85℃より低い場合、得られるトナーは耐ブロッキング性が低下する原因となる場合があり、高い耐オフセット性を得ることは難しい。
また、本発明の第2の溶融混練工程における混練物温度をTmix(℃)としたとき、第2の結着樹脂の軟化点温度Tm(℃)に対して、Tmix≦Tm+30(℃)、より好ましくはTmix≦Tm+25(℃)、さらに好ましくはTmix≦Tm+20(℃)であることがよい。
本発明において、Tmix>Tm+30(℃)となる場合、第2の混練物中に含まれる水分の気化熱による冷却効果だけでは第2の混練物の温度を下げることが不十分となる。その為、第2の混練物の粘度が低下し、強いシェアが掛からず原材料同士の十分な均一分散が難しくなる。さらには、高い温度により着色剤粒子同士の凝集も発生することもあ
る。
本発明において、トナー中の着色剤の体積平均粒径Dtは、好ましくは10〜500nm、より好ましくは10〜300nm、さらに好ましくは10〜200nmである。Dtが500nmよりも大きい場合、透明性が低下し高い色再現性を得ることが難しく、Dtが10nmよりも小さい場合、透明性には優れたトナーとなるが、耐光性が低くなる場合がある。
さらに本発明においては、含水MB中と、トナー中における着色剤の体積平均粒径をそれぞれDm、Dtとしたとき、Dt/Dm<2.5、より好ましくは、Dt/Dm<2.3となることが良い。
本発明において、Dt/Dm>2.5となる場合、第2の溶融混練工程において、着色
剤粒子同士が凝集し、分散性も不十分である為、透明性が低下する傾向がある。
なお、本発明においては、含水MB中の着色剤の体積平均粒径Dmを5〜300nmに調整した含水率が2〜25質量%である含水MBを用いることにより、第2の溶融混練工程において着色剤粒子同士の凝集を抑制し、トナー中における着色剤の体積平均粒径Dtを上記範囲にすることが可能となる。
本発明においては、顔料製造工程及び第1の溶融混練工程において、公知である着色剤の分散剤を使用することができる。分散剤として、例えば、高級脂肪酸アルカリ塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルアリールスルホン酸塩、スルホコハク酸エステル塩、高級アミンハロゲン酸塩、ハロゲン化アルキルピリジニウム、第四級アンモニウム塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエリレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド、アミノ酸等の界面活性剤や、オレフィン系炭化水素、ロジン誘導体、ワニス類、高分子分散剤等がある。
次に、第2の溶融混練工程について詳細に説明する。
まず、トナー原料混合物として、少なくとも第2の結着樹脂、上述の含水MBを所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等がある。
更に、上記で混合したトナー原料混合物を溶融混練して、第2の結着樹脂類を溶融させ、その中に着色剤等を分散させた第2の混練物を得る。第2の溶融混練工程では、例えば、加圧ニーダー、バンバリィミキサー等のバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができる。近年では、連続生産できる等の優位性から、1軸又は2軸押出機が主流となっており、例えば、KTK型2軸押出機((株)神戸製鋼所製)、TEM型2軸押出機((株)東芝機械製)、2軸押出機((株)ケイ・シー・ケイ製)、コ・ニーダー(ブス社製)等が一般的に使用される。
更に、トナー原料混合物を溶融混練することによって得られる第2の混練物(以下、「着色樹脂組成物」ともいう)は、溶融混練後、2本ロール等で圧延され、水冷等で冷却する冷却工程を経て冷却されることが好ましい。
そして、上記で得られた着色樹脂組成物の冷却物は、次いで、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕され、更に、ジェット式粉砕機であるIDS型粉砕機(日本ニューマチック工業(株)製)や、機械式粉砕機であるクリプトロンシステム(川崎重工業(株)製)、スーパ
ーローター(日清エンジニアリング(株)製)等で粉砕される。
その後、必要に応じて、慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業(株)製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン(株)製)等の分級機等の篩分機を用いて分級する分級工程を経て、重量平均粒径3〜11μmの分級品(トナー粒子)を得る。更に、必要に応じて、表面改質(球形化処理)工程を行い、例えばハイブリタイゼーションシステム((株)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(株)製)を用いて表面改質を行い、分級品(トナー粒子)とすることもできる。
また、風力式篩のハイボルター(新東京機械(株)製)等の篩分機を用いた篩工程を経て分級品(トナー粒子)を得ても良い。更に、外添剤を外添処理する工程を有してもよく、分級品であるトナー粒子と、シリカ及び酸化チタン等の外添剤を所定量配合し、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の粉体にせん断力を与える高速撹拌機を外添機として用いて、撹拌・混合することによりトナーを得ることができる。
本発明に使用するトナー用結着樹脂としては、公知の熱可塑性樹脂を使用することができる。また、本発明において第1の結着樹脂と、第2の結着樹脂は、同じものであっても、異なるものであってもよく、下記に具体例を示すが特に限定されるものではない。
例えば、スチレン、クロルスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン等の単独重合体又は共重合体が挙げられる。
また、天然及び合成ワックス類、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、石油樹脂等を用いることができるが、好ましくはポリエステル樹脂が用いられる。
結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合は、アルコール成分とカルボン酸、カルボン酸無水物、又はカルボン酸エステル等のカルボン酸成分を原料モノマーとして用いたものが使用できる。
具体的には、例えば2価のアルコール成分として、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
3価以上のアルコール成分としては、例えばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸等のアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6〜12のアルキル基又はアルケニル基で置換されたこはく酸又はその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸類又はその無水物;が挙げられる。
また、架橋部位を有するポリエステル樹脂を形成するために、3価以上の多価カルボン酸成分をポリエステル製造に用いることもできる。3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、及びこれらの無水物やエステル化合物が挙げられる。3価以上の多価カルボン酸成分の使用量は、全モノマー基準で0.1〜1.9mol%が好ましい。
なお、結着樹脂としては、上記の中でも特に、下記一般式(1)で代表されるビスフェノール誘導体を2価のアルコール成分とし、2価以上のカルボン酸(例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等)又はその酸無水物、又はその低級アルキルエステルをカルボン酸成分として、これらを縮重合したポリエステル樹脂が、良好な帯電特性を有するので好ましい。
Figure 2005141081
本発明においては、結着樹脂としてハイブリッド樹脂を用いることも好ましい。ハイブリッド樹脂とは、ビニル系重合体ユニットとポリエステル樹脂ユニットが化学的に結合した樹脂を意味する。具体的には、ポリエステル樹脂ユニットと(メタ)アクリル酸エステル等のカルボン酸エステル基を有するモノマーを重合したビニル系重合体ユニットとがエステル交換反応によって形成されるものであり、好ましくはビニル系重合体ユニットを幹重合体、ポリエステル樹脂ユニットを枝重合体としたグラフト共重合体(あるいはブロック共重合体)を形成するものである。ビニル系重合体ユニット及びポリエステル樹脂ユニットとしては、ビニル系モノマーから得られるビニル系重合体、ポリエステル樹脂をそれぞれ用いることができる。
本発明において、ハイブリッド樹脂は、ビニル系重合体及び/又はポリエステル樹脂中に、両方と反応し得るモノマーを含ませ、該モノマーを含むポリマーが存在しているところで、どちらか一方又は両方の樹脂の重合反応をさせることにより得ることが好ましい。ポリエステル樹脂ユニットを構成するモノマーのうち、ビニル系重合体ユニットと反応し得るものとしては、例えば、フタル酸、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又はその無水物などが挙げられる。ビニル系重合体ユニットを構成するモノマーのうちポリエステル樹脂ユニットと反応し得るものとしては、カルボキシル基又はヒドロキシ基を有するものや、アクリル酸又はメタクリル酸エステル類が挙げられる。
本発明に用いられる第1及び第2の結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、40〜90℃が好ましく、より好ましくは45〜85℃である。
本発明に用いられる結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布がメインピーク(Mp)を分子量3,500〜30,000の領域に有しており、特に分子量5,000〜20,000の領域に有しており、Mw/Mnが5.0以上であることが好ましい。メインピークが分子量3,500未満の領域にある場合には、トナーの耐ホットオフセット性が不十分である。一方、メインピークが分子量30,000超の領域にある場合には、十分なトナーの低温定着性が得られなくなり、高速定着への適用が難しくなる。また、Mw/Mnが5.0未満である場合には良好な耐オフセット性を得ることが難しくなる。
本発明のトナーの製造方法の第2の溶融混練工程において、トナー原料混合物中に離型剤として、1種又は2種以上のワックスを含有していても良く、例えば次のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、低分子量オレフィン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;脂肪族炭化水素系ワックスのブロック共重合物;カルナバワックス、モンタン酸エステルワックス、ベヘン酸ベヘニル等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス;及び脱酸カルナバワックス等の脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの。
また、ベヘニン酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物等も離型剤として用いられる。特に好ましく用いられる離型剤としてのワックスは、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、カルナバワックス等である。
本発明に用いられるワックスの添加量としては、トナー中の結着樹脂100質量部に対する含有量が1〜10質量部、好ましくは2〜8質量部使用するのが良い。1質量部より少ないと、溶融時にトナー表面に出て離型性を発揮させるためには、かなりの熱量及び圧力を用いて行わなければならないことになる。逆に10質量部を超えると、トナー中でのワックス量が多すぎるので、透明性や帯電特性が劣ってしまう。
また、本発明の製造法で得られるトナーは、示差熱分析(DSC)測定における吸熱曲線において、温度30〜200℃の範囲に1個又は複数の吸熱ピークを有し、該吸熱ピーク中の最大吸熱ピークの温度が、60℃〜110℃であることが好ましく、さらに好ましくは、70℃〜90℃である。最大吸熱ピークの温度が60℃以下だとブロッキング特性に劣る傾向があり、110℃以上だと省エネの観点から望まれる低温定着を十分に行いにくく、定着構成においても圧力を要する負荷を必要とするためである。
本発明におけるトナーは、第2の混練工程におけるトナー原料混合物として、以下に述
べる有機金属化合物の電荷制御剤を使用することもできる。有機金属化合物の電荷制御剤としては、芳香族オキシカルボン酸及び芳香族アルコキシカルボン酸から選択される芳香族カルボン酸誘導体、該芳香族カルボン酸誘導体の金属化合物であることが好ましく、その金属としては、2価以上の金属原子が好ましい。2価の金属として、Mg2+,Ca2+,Sr2+,Pb2+,Fe2+,Co2+,Ni2+,Zn2+,Cu2+等が挙げられ、特にZn2+,Ca2+,Mg2+,Sr2+が好ましい。3価以上の金属としてはAl3+,Cr3+,Fe3+,Ni3+,Zr4+があげられる。これらの金属の中で好ましいのはAl3+,Cr3+であり、特に好ましいのはAl3+,Zr4+ある。具体的には、電荷制御剤としてジ−tert−ブ
チルサリチル酸のアルミニウム化合物が特に好ましい。
本発明に用いられる電荷制御剤の添加量としては、トナー中の結着樹脂100質量部に対する含有量が0.2〜10質量部、好ましくは0.3〜7質量部使用するのが良い。0.
2質量部未満であると帯電立ち上りの効果が得られず、10質量部より多いと環境変動が大きくなるためである。
本発明においては、外添剤を外添処理する工程において、外添剤として流動性向上剤がトナー粒子に外添されていることが、画質向上のために好ましい。流動性向上剤とは、トナー粒子に外添することにより、流動性が添加前後を比較すると増加し得るものである。
流動性向上剤としては、例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末等のフッ素系樹脂粉末;湿式製法によるシリカ微粉末、乾式製法によるシリカ微粉末等のシリカ微粉末、それらシリカ微粉末をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等の処理剤により表面処理を施した処理シリカ微粉末;酸化チタン微粉末;アルミナ微粉末、処理酸化チタン微粉末、処理酸化アルミナ微粉末等が挙げられる。
流動性向上剤は、BET法で測定した窒素吸着により比表面積が30m2/g以上、よ
り好ましくは50m2/g以上のものが良好な結果を与える。流動性向上剤は、トナー粒
子100質量部に対して0.01〜8質量部添加することが好ましく、0.1〜4質量部添加することがより好ましい。
流動性向上剤の外添は、先述したように、例えばヘンシェルミキサー等の混合機により流動性向上剤とトナー粒子とを十分混合することによって行われる。このような混合作業により、トナー粒子表面に流動性向上剤を有するトナーを得ることができる。
本発明の製造法で得られるトナーの重量平均粒径は、4〜10μmであることが好ましく、5〜9μmであることがより好ましい。
トナーの重量平均粒径が10μmより大きい場合は、高画質化に寄与し得る微粒子が少ないことを意味し、画像形成に用いた場合、高い画像濃度が得られ易く、トナーの流動性に優れるというメリットがあるものの、感光ドラム上の微細な静電荷像上には忠実に付着しづらく、ハイライト部の再現性が低下し、さらに解像性も低下する傾向がある。また、必要以上にトナーが静電荷像に乗りすぎが起こり、トナー消費量の増大を招きやすい傾向もある。
逆にトナーの重量平均粒径が4μmより小さい場合には、トナーの単位質量あたりの帯電量が高くなり、画像形成に用いた場合、画像濃度の低下、特に低温低湿下での画像濃度の低下が顕著となる。これでは、特にグラフィック画像のような画像面積比率の高い用途には不向きである。また、4μmより小さい場合、キャリア等の帯電付与部材との接触帯電がスムーズに行われにくく、充分に帯電し得ないトナーが増大し、非画像部への飛び散
りによるカブリが目立つ様になる。これに対処すべく、キャリアの比表面積を稼ぐためにキャリアの小径化が考えられるが、重量平均粒径が4μm未満のトナーでは、トナー自己凝集も起こり易く、キャリアとの均一混合が短時間では達成されにくく、トナーの連続補給耐久においては、カブリが生じてしまう傾向にある。
本発明におけるトナーを重量平均粒径4〜10μmとするには、粉砕工程において粒径を調整し、該範囲の重量平均粒径のトナーを分級すればよい。
本発明の製造方法により製造されたトナーは、一成分系現像剤及び二成分系現像剤に適用でき、特に何らこれを限定するものではないが、本発明で製造されたトナーを二成分系現像剤に用いる場合には、トナーは磁性キャリアと混合して使用される。磁性キャリアとしては、例えば鉄又は表面酸化処理鉄;ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、マグネシウム、希土類等の金属粒子;それらの合金粒子;それらの酸化物粒子;それらのフェライト;それらの磁性粒子の表面を樹脂で被覆した被覆キャリア;それらの磁性粒子を樹脂粒子中に分散した磁性粒子分散型樹脂キャリア等が使用できる。
上記磁性粒子の表面を樹脂で被覆した被覆キャリアは、現像スリーブに交流バイアスを印加する現像法に用いる場合特に好ましい。被覆方法としては、被覆材としての樹脂を溶剤中に溶解又は懸濁させて調製した塗布液を磁性粒子表面に付着させる方法、磁性粒子と被覆材とを粉体で混合し付着させる方法等、従来公知の方法が適用できる。
磁性粒子表面への被覆材としての樹脂は、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂等が挙げられる。これらは、単独又は複数で用いられる。上記被覆材の処理量は、磁性粒子に対し0.1〜30質量%(好ましくは0.5〜20質量%)が好ましい。
磁性キャリアの50%平均粒径は10〜100μmであることが好ましく、20〜70μmであることがより好ましい。
本発明で製造されたトナーと磁性キャリアとを混合して二成分系現像剤を調製する場合、その混合比率は、現像剤中のトナー濃度が2〜15質量%とすることが、通常良好な結果を得る上で好ましく、4〜13質量%であることがより好ましい。
本発明により製造されたトナーを用いてカラー画像を形成する画像形成方法は、本技術分野における公知の装置や手段により実現することが可能である。例えば、一つの像担持体に複数の現像器が設置されている画像形成装置による画像形成方法や、複数の現像器がそれぞれ異なる像担持体に設置され、像担持体上に形成されたトナー画像が順次転写材上へ転写されるタンデム方式の画像形成装置による画像形成方法等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
さらに、像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写する場合に、像担持体から直接転写材へトナー画像を転写する画像形成装置による画像形成方法であっても良いし、像担持体上のトナー画像を中間転写体へ転写し、中間転写体からトナー画像を転写材へ転写する画像形成装置による画像形成方法であっても良い。
以下に、本発明で使用される樹脂及び本発明におけるトナーの各物性を測定するのに好適な測定方法を以下に説明する。
(1)結着樹脂の分子量測定
40℃のヒートチャンバ中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、THF試料溶液を約100μl注入して測定する
。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。またカラムとしては、市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせて使用することが好ましく、例えば昭和電工(株)製のshodex GPC KF−801、802、803、804、805、806、807、800Pの組み合わせや、東ソー(株)製のTSKgelG1000H(HXL)、G2000H(HXL)、G3000H(HXL)、G4000H(HXL)、G5000H(HXL)、G6000H(HXL)、G7000H(HXL)、TSKguard
columnの組み合わせを挙げることができる。
THF試料溶液は以下のようにして作製する。試料をTHF中に入れ数時間放置した後、十分振とうし、THFと良く混ぜ(試料の合一体がなくなるまで)、さらに12時間以上静置する。このときTHF中への浸漬時間が24時間以上となるようにする。その後、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.2〜0.5μm、例えばマイショリディスクH−25−2 東ソー(株)製等が利用できる)を通過させ、GPC用のTHF試料溶液とする。試料濃度は、樹脂成分が0.5〜5mg/mlとなるように調整する。
試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば東ソー(株)製、又は昭和電工(株)製の分子量が102〜107程度のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いることが適当である。
(2)結着樹脂の軟化点温度Tmの測定
結着樹脂の軟化点温度の測定には、フローテスターCFT−500型((株)島津製作所製)を用いる。試料は60meshパス品を約1.0g秤量する。この試料を、成形器を使用し、100kg/cm2の加重で1分間加圧する。
この加圧サンプルを下記の条件で、常温常湿下(温度約20〜30℃、湿度30〜70%RH)でフローテスター測定を行い、温度−見掛け粘度曲線を得る。得られたスムース曲線より、試料が50体積%流出した時の温度(=T1/2)を求め、これを樹脂の軟化点
温度Tmとする。
RATE TEMP 6.0(℃/分)
SET TEMP 50.0(℃)
MAX TEMP 180.0(℃)
INTERVAL 3.0(℃)
PREHEAT 300.0(秒)
LOAD 20.0(kg)
DIE(Diameter)1.0(mm)
DIE(Length) 1.0(mm)
PLUNGER 1.0(cm2
(3)混練物温度の測定
混練物温度の測定には、デジタル温度計HFT-50:温度センサーBS−21E−0
30(安立計器(株)製)、又は放射温度計R−150(安立計器(株)製)を用いる。
測定は混練機の吐出口から出てくる混練物の場合、直接温度センサーを差込み、安定した値をもって混練物温度とする。また、ニーダー等での混練の際には、放射温度計を使用し、その表面温度を混練物温度とする。
(4)トナー及び結着樹脂のDSC曲線の測定
温度曲線:昇温I(30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
降温I(200℃〜30℃、降温速度10℃/min)
昇温II(30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
トナーの最大吸熱ピークは、示差走査熱量計(DSC測定装置)、DCS−7(パーキンエルマー社製)やDSC2920(TAインスツルメンツジャパン(株)製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
測定試料5mgを精秤する。そ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、測定範囲30〜200℃、昇温速度10℃/min、常温常湿下で測定を行う。結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、昇温IIの過程で、温度40〜100℃の範囲におけるメインピークの吸熱ピーク前後でのベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、本発明におけるガラス転移温度Tgとする。
また、トナーの最大吸熱ピークは、昇温IIの過程で、樹脂のガラス転移温度(Tg)の吸熱ピーク以上領域のベースラインからの高さが一番高いものを、又は樹脂Tgの吸熱ピークが別の吸熱ピークと重なり判別し難い場合、その重なるピークの極大ピークから高さが一番高いものをトナーの最大吸熱ピークとする。
(5)含水MB及びペースト顔料の含水率の測定
本発明において「含水率」とは、カールフィッシャー法に基づく質量基準含水率、即ち、含水MB全質量又はペースト顔料に対する水分質量の比率をいい、23℃,60%RHに24時間放置し、サンプル調製したものを用いカールフィッシャー法(JIS K−0068 水分気化法)に基づき、125℃の加熱におけるガスを測定することによって求めたものである。
(6)含水MB及びトナー中の着色剤の体積平均粒径の測定
サンプル100mgにTHF(テトラヒドロフラン)5mlを加え、24時間静置した後、超音波分散器で1分間処理することにより、着色剤をTHF中に分散させ、サンプルを調製する。得られたサンプルの粒子径分布を、MicrotracUPA(日機装(株)製)を用いて測定する。この測定により含水MB及びトナーに含有される着色剤の体積平均粒径を求めることができる。
(7)トナーの粒径の測定
本発明において、トナーの平均粒径はコールターカウンターTA−II型(ベックマンコールター(株)製)を用いて行うが、コールターマルチサイザー(ベックマンコールター(株)製)を用いることも可能である。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン(株)製)が使用できる。
測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml中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フォン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置によりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、2.00μm以上のトナーの体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出する。それから本発明に係る体積分布から求めた重量平均粒径(D4)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求める。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32.00〜40.30μmの13チャンネルを用いる。
(8)流動性向上剤の比表面積の測定
比表面積はBET法に従って、比表面積測定装置オートソーブ1(湯浅アイオニクス(株)製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて比表面積を算出する。
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、配合量を表す「部」は「質量部」を意味する。
<評価方法>
実施例における耐刷試験の評価を以下の用紙を使用し、以下の通りに行った。
普通紙:CLCカラーコピー用紙(坪量80g/cm2:キヤノン(株)製)
OHPシート:トランスペアレンシーシートCG3700(住友スリーエム(株)製)
(1)分級品における帯電立ち上り率の測定方法
分級品3.5gとシリコーン樹脂で表面被覆した磁性フェライトキャリア粒子(平均粒
径45μm:Mn−Mgフェライト)46.5gとを秤量し、50mlのポリエチレン製
サンプルビンに入れ、常温低湿度環境下(23℃/5%)に18時間以上静置する。その後、ヤヨイ式振とう器(モデル:YS−LD、(株)ヤヨイ製)により3.3s−1で2分間振とうさせたものと、30分間振とうさせたものを作る。この時、振とうする角度は、振とう器の真上(垂直)を0度とすると、前方に15度、後方に20度、振とうする支柱が動くようにする。
ポリエチレン製サンプルビンは支柱の先に取り付けた固定用ホルダー(サンプルビンの蓋が支柱中心の延長上に固定されたもの)に固定する。作成したサンプルをトナーの摩擦帯電量の測定方法と同様に図1の摩擦帯電量を測定する装置にて測定を行い、次式により帯電立ち上り率を算出した。
帯電立ち上り率(%)=2分の摩擦帯電量/30分の摩擦帯電量×100
評価基準は以下の通りである。
A:75%以上で良好
B:65%以上、75%未満で良好
C:55%以上、65%未満で実用上問題なし
D:40%以上、55%未満で実用上問題あり
E:40%未満で悪い
(2)OHP透過度の測定方法
カラー複写機CLC−1000(キヤノン(株)製)を用いて、OHPシート上にA4半面ベタ画像の未定着画像を作成し、iRC3200(キヤノン(株)製)の定着機を用いて定着する。その時OHP定着画像のベタ部分が、次式を満たす画像濃度になるよう現像コントラストを調整して画像を作成する。
D(ベタ紙上)−D(REF紙上)=1.8
(上記式中、D(ベタ紙上):普通紙上にOHPをのせベタ画像部分の反射濃度を測定したもの、D(REF紙上):普通紙上にOHPをのせ、ベタ白部分の反射濃度を測定したものである。)
反射濃度測定にはX−rite504を使用し、画像濃度を測定した。
OHP透過度の評価は上記のOHP画像を用いて、V−570 UV/vis/NIR
Spectrophotometer(日本分光(株)製)の透過光測定モードを使用
し、シアン画像:490nm、マゼンタ画像:722nm、イエロー画像:578nmにて測定した。
OHP透過度の評価基準は以下の通りである。
A:80%以上で良好
B:70%以上、80%未満で良好
C:60%以上、70%未満で実用上問題なし
D:50%以上、60%未満で実用上問題あり
E:50%未満で悪い
(3)カブリ測定
耐久試験においてのカブリは、画出し前の普通紙の平均反射率Dr(%)を、色フィルターを搭載したリフレクトメーター(東京電色株式会社製の「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」)によって測定した。一方、普通紙上にベタ白画像を画出しし、次いでベタ白画像の反射率Ds(%)を測定した。
カブリ(Fog[%])は下記式より算出した。
Fog[%]=Dr[%]−Ds[%]
なお、測定に用いる色フィルターとしては、シアン画像の場合はアンバーフィルター、マゼンタ及びブラック画像の場合はグリーンフィルター、そしてイエロー画像の場合はブルーフィルターを用いて上記の測定を行って算出した。評価基準は以下の通りである。
A:0.7%未満で良好
B:0.7以上、1.2%未満で良好
C:1.2以上、1.5%未満で実用上問題なし
D:1.5以上、2.0%未満で実用上問題あり
E:2.0%以上で悪い
(4)トナーの摩擦帯電量の測定方法
摩擦帯電量の測定を、図1に示す装置を用いて行った。底に目開き32μmのスクリーン53のある金属製の測定容器52に、複写機又はプリンターの現像器の現像スリーブ上から採取した二成分系現像剤を約0.5〜1.5g入れ、金属製のフタ54をする。この時の測定容器52全体の重量を秤りW1(g)とする。次に吸引機51(測定容器52と
接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口57から吸引し風量調節弁56を調整して真空計55の圧力を4kPaとする。この状態で2分間吸引を行い、トナーを吸引除去する。この時の電位計59の電位をV(ボルト)とする。ここで58はコンデンサーであり容量をC(mF)とする。また、吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とす
る。この試料の摩擦帯電量(mC/kg)は下式で算出される。
試料の摩擦帯電量(mC/kg)=C×V/(W1−W2
(但し、測定条件は23℃、50〜60%RHとする)
スタートから1万枚の耐久のおける帯電変化の評価基準は以下のようにする。
A:2mC/kg未満で良好
B:2mC/kg以上で4mC/kg未満で良好
C:4mC/kg以上で6mC/kg未満で実用上問題なし
D:6mC/kg以上で8mC/kg未満で実用上問題あり
E:8mC/kg以上で悪い
(5)色再現性
1976年に国際照明委員会(CIE)で規格された表色系の定義に基づき、オリジナル画像と常温低湿度環境下(23℃/5%)耐久1万枚後の複写画像との色差(ΔE)を
定量的に評価し、以下の評価基準に基づいて評価した。測定にはSpectrolino(グレートマクベス社製)(測定条件:D50 視野角2°)を使用した。
ΔE={(L *−L *+(a *−a *+(b *−b *1/2
*:オリジナル画像の明度
*、b *:オリジナル画像の色相と彩度を示す色度
*:複写画像の明度
*,b *:複写画像の色相と彩度を示す色度
評価基準は以下の通りである。
A:ΔE≦3で良好
B:3<ΔE≦5で良好
C:5<ΔE≦8で実用上問題なし
D:8<ΔE≦10で実用上問題あり
E:10<ΔEで悪い
<結着樹脂の製造>
(ハイブリッド樹脂製造例)
ビニル系重合体ユニット用の単量体として、スチレン2.0mol、2−エチルヘキシルアクリレート0.21mol、フマル酸0.14mol、α−メチルスチレンの2量体0.03mol、架橋剤及び重合開始剤としてジクミルパーオキサイド0.05molを滴下ロートに入れる。また、ポリエステル樹脂ユニットの単量体として、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン7.0mol、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン3.0mol、テレフタル酸3.0mol、無水トリメリット酸1.9mol、フマル酸5.0mol及び酸化ジブチル錫0.2gをガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけ、マントルヒーター内においた。
次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、145℃の温度で撹拌しつつ、先の滴下ロートよりビニル系重合体ユニット用の単量体、架橋剤及び重合開始剤を4時間かけて滴下した。次いで200℃に昇温を行い、4時間反応させてハイブリッド樹脂を得た。物性値を表1に示す。
(ポリエステル樹脂製造例)
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン3.6mol、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン1.6mol、テレフタル酸1.7mol、無水トリメリット酸1.4mol、フマル酸2.4mol及び酸化ジブチル錫0.12gをガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においた。窒素雰囲気下で、215℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂を得た。物性値を表1に示す。
(スチレン−アクリル樹脂製造例)
・スチレン 70部
・アクリル酸n−ブチル 24部
・マレイン酸モノブチル 6部
・ジ−t−ブチルパーオキサイド 1部
上記各成分を、キシレン200部を入れた4つ口フラスコ内を撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換し、120℃に昇温させた後3.5時間かけて滴下した。更にキシレン還
流後下で重合を完了させ、その後減圧下で溶媒を蒸留除去し、スチレン−アクリル樹脂を得た。物性値を表1に示す。
Figure 2005141081
<着色剤マスターバッチの作製>
(含水MB1の作製:第1の溶融混練工程〜含水MBの作製)
第1の溶融混練工程を以下の方法で行い、含水MB1を作製した。
・ハイブリッド樹脂 60部
・ペースト状イエロー顔料 114部
(P.Y.17;固形分35wt%、水分65wt%)
上記の原材料をまずニーダー型ミキサーに仕込み、混合しながら非加圧下で昇温させる。最高温度(ペースト中の溶媒の沸点により必然的に決定されるが、この場合は80〜100℃程度)に達した時点で水相中の顔料が、溶融樹脂相に分配又は移行し、これを確認した後、さらに15分間Tmix90〜100℃で加熱溶融混練させ、ペースト中の顔料を充分に移行させ第1の混練物を得る。その後、一旦、ミキサーを停止させ、熱水を排出した後、非加熱で5分間混合にて水分を留去後冷却させ、ピンミル粉砕で約1mm程度に粉砕して含水MB1を得た。この含水MB1の含水率は13質量%、顔料粒子の体積平均粒径Dmは68nmであった。含水MB1の原材料の配合量及び得られた物性を表2に示す。
Figure 2005141081
(含水MB2、3、5、11の作製)
含水MB1の作製の際の加熱時間、温度を変えて、含水MB1と同様に作製し、表2に示す含水率を有する含水MB2、3、5、11をそれぞれ作製した。
(含水MB4の作製)
第1の溶融混練工程を加圧下(0.15MPa)で行うことを除いては、含水MB1と同様に作製し、表2に示す含水MB4を作製した。
(含水MB6の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてポリエステル樹脂70部、顔料としてペースト状イエロー顔料(P.Y.17;固形分60質量%、水分40質量%)50部、さらに
水10部とを用いて、含水率17質量%、顔料粒子の体積平均粒径81nmの含水MB6を作製した。
(含水MB7の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてハイブリッド樹脂60部、顔料としてペースト状マゼンタ顔料(P.R.122;固形分25質量%、水分75質量%)160部とを
用いて、含水率16質量%、顔料粒子の体積平均粒径64nmの含水MB7を作製した。
(含水MB8の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてハイブリッド樹脂60部、顔料としてペースト状シアン顔料(P.B.15:3;固形分50質量%、水分50質量%)80部とを用
いて、含水率12質量%、顔料粒子の体積平均粒径75nmの含水MB8を作製した。
(含水MB9の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてスチレン/アクリル樹脂50部、顔料として乾燥粉末イエロー顔料(P.Y.17)50部、さらに水10部とを用いて、含水率8質
量%、顔料粒子の体積平均粒径110nmの含水MB9を作製した。
(乾燥着色剤マスターバッチ10の作製)
含水MB1と同様にして作製することに加え、マスターバッチ中に残った水分を常圧下において乾燥させて、含水率0.7質量%、顔料粒子の体積平均粒径132nmの乾燥マスターバッチ10を作製した。
(乾燥着色剤マスターバッチ12の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてハイブリッド樹脂91部、顔料として乾燥粉末イエロー顔料(P.Y.17)9部とを用いて、マスターバッチを作製し、ついで常圧
下において乾燥させて、含水率0.1質量%、顔料粒子の体積平均粒径205nmの乾燥マスターバッチ12を作製した。
(含水MB13の作製)
表2に示すように、第1の結着樹脂としてハイブリッド樹脂39部、顔料として乾燥粉末イエロー顔料(P.Y.17)61部、さらに水30部とを用いて含水MBを作製し、
含水率26質量%、顔料粒子の体積平均粒径93nmの含水MB13を作製した。
[実施例1]
<トナーの作製>
(第2の混練工程〜トナーの作製)
第2の混練工程を以下の方法で行い、トナー1を作製した。
・ハイブリッド樹脂 89.5部
・精製ノルマルパラフィン(融点78℃) 4部
・1、4-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 2部
・含水MB1 20.1部
上記材料を十分にヘンシェルミキサーにより予備混合を行い、二軸押出し混練機の設定温度を120℃として溶融混練し(混練物温度Tmix:126℃)、第2の混練物を得、冷却後ハンマーミルを用いて約1〜2mm程度に粗粉砕し、次いでエアージェット方式による微粉砕機で20μm以下の粒径に微粉砕した。さらに得られた微粉砕物を分級装置(エルボジェット分級機)を用いて分級し、イエロー粒子1(分級品)を得た。トナー
の組成、物性を表3に示す。
上記イエロー粒子1、100部に対して、針状酸化チタン微粉体(MT−100T:テイカ(株)製、BET=62m/g、イソブチルトリメトキシシラン10wt%処理)1.0部をヘンシェルミキサーを用いて外添してトナー1とした。トナー1中の顔料粒子の体積平均粒径Dtは81nmであり、Dt/Dm=1.19であり、トナー中における顔料分散性も良好なままであった。
また、トナー1の重量平均径は7.0μmであった。さらにトナー1とシリコーン樹脂で表面被覆した磁性フェライトキャリア粒子(平均粒径45μm:Mn−Mgフェライト)とを、トナー濃度が7.0質量%になるように混合し二成分系現像剤1とした。この二成分系現像剤1について、カラー複写機CLC−1000(キヤノン(株)製)の定着ユニットのオイル塗布機構を取り外した改造機を用い、単色モードで常温低湿度(N/L)環境下(23℃/5%)、画像面積比率5%のオリジナル原稿を用いて1万枚の耐刷試験の評価を行った。
結果は表4に示すように、初期のOHP透過度も非常に良いものであり、鮮やかな高品質の画像が得られた。さらに1万枚の耐久後でも初期との帯電変動も小さく、色再現性も良好で、カブリのないオリジナルを忠実に再現するイエロー画像が得られた。
Figure 2005141081
Figure 2005141081
[実施例2]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB2を21.5部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー2を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例3]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB3を18.4部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー3を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例4]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB4を23.0部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー4を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例5]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB5を17.9部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー5を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例6]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB5を17.9部用い、二軸押出し混練機の設定温度を130℃として溶融混練(混練物温度Tmix:142℃)したこと以外はほぼ同様にしてトナー6を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すようにOHP透過度、カブリ、帯電変化、色再現性が若干劣るものの良好な結果が得られた。
[実施例7]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように含水MB5を17.9部用い、二軸押出し混練機の設定温度を140℃として溶融混練(混練物温度Tmix:151℃)したこと以外はほぼ同様にしてトナー7を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すようにDt/Dmが大きくなり、OH
P透過度、カブリ、帯電変化、色再現性が少し劣るが、実用上問題のない結果が得られた。
[実施例8]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂83.7部、含水MB6を28.1部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー8を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例9]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂88.0部、含水MB7を23.8部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー9を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように分級品の帯電立ち上り、カブリ、帯電変化が若干劣るものの良好な結果が得られた。
[実施例10]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂92.5部、含水MB8を14.2部用い、離型剤を用いなかったこと以外はほぼ同様にしてトナー10を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。カラー複写機CLC−1000(キヤノン(株)製)の定着ユニットを用い、実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
[実施例11]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂93.0部、含水MB9を15.2部用い、離型剤を用いなかったこと以外はほぼ同様にしてトナー11を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。カラー複写機CLC−1000(キヤノン(株)製)の定着ユニットを用い、実施例1と同様に各種評価したところ、表4に示すように分級品の帯電立ち上り、OHP透過度、カブリ、帯電変化、色再現性が少し劣るが、実用上問題のない結果が得られた。
[比較例1]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂89.5部、乾燥着色剤マスターバッチ(以下、「乾燥MB」ともいう)10を17.6部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー12を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表3及び表4に示すように第2の混練物温度Tmixが高く、トナー中の顔料粒径Dtがかなり大きくなっており、OHPの透過度が悪く、耐久後のカブリ、帯電変化、色再現性ともに悪いものであった。
[比較例2]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂89.5部、含水MB11を24.0部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー13を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表3及び表4に示すようにトナー中の顔料の大きな凝集塊が発生しており、OHPの透過度、帯電の立ち上りが非常に悪いものであった。また、耐久検討途中でのカブリ、色再現性とも非常に悪く評価を中止した。
[比較例3]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてポリエステル樹脂29.2部、乾燥MB12を77.9部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー
14を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表3及び表4に示すように混練物温度Tmixが高く、トナー中の顔料粒径Dtがかなり大きくなっており、全ての評価において非常に悪いものであった。
[比較例4]
実施例1のトナー1の製造において、表3に示すように第2の結着樹脂としてハイブリッド樹脂95.5部、含水MB13を15.5部用いたこと以外はほぼ同様にしてトナー15を得た。トナーの組成、物性を表3に示す。実施例1と同様に各種評価したところ、表3及び表4に示すようにトナー中の顔料の大きな凝集塊が発生しており、OHPの透過度、帯電の立ち上りが非常に悪いものであった。また、耐久検討途中でのカブリ、色再現性とも非常に悪く評価を中止した。
実施例において用いた摩擦帯電量を測定するための装置の概略図である。
符号の説明
51 吸引機
52 測定容器
53 スクリーン
54 フタ
55 真空計
56 風量調節弁
57 吸引口
58 コンデンサー
59 電位計

Claims (13)

  1. 第1の結着樹脂、着色剤及び水を少なくとも含む混合物を加熱混練して第1の混練物を得、該第1の混練物を含水率2〜25質量%となるように水分量を調整して含水着色剤マスターバッチを得る第1の溶融混練工程と、
    第2の結着樹脂及び前記含水着色剤マスターバッチを少なくとも含有するトナー原料混合物を溶融混練し、第2の混練物を得る第2の溶融混練工程と、
    前記第2の混練物を粉砕する粉砕工程とを含むトナーの製造方法。
  2. 前記第1の溶融混練工程において、第1の混練物を含水率3〜20質量%となるように水分量を調整して含水着色剤マスターバッチを得ることを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
  3. 前記第1の溶融混練工程における着色剤及び水が、ペースト顔料であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。
  4. 前記第1の溶融混練工程において、前記着色剤が乾燥粉末状顔料であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。
  5. 前記第1の溶融混練工程において、第1の混練物の温度(Tmix)が80〜120℃であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  6. 前記含水着色剤マスターバッチ中の着色剤は、体積平均粒径Dmが5〜300nmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  7. 前記第1の結着樹脂は、軟化点温度(Tm)が80〜120℃であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  8. 前記第2の結着樹脂は、軟化点温度(Tm)が85〜135℃であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  9. 前記第2の溶融混練工程における第2の混練物温度をTmixとしたとき、第2の結着樹脂の軟化点温度(Tm)に対して、下記式を満たすことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
    Tmix≦Tm+30(℃)
  10. 前記トナー中の着色剤の体積平均粒径Dtが、10〜500nmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  11. 前記含水着色剤マスターバッチ中の着色剤の体積平均粒径をDmとし、トナー中における着色剤の体積平均粒径をDtとしたとき、下記式を満たすことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
    Dt/Dm<2.5
  12. 前記第1の溶融混練工程において、前記第1の結着樹脂と着色剤との割合が固形分質量換算で90:10〜40:60であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  13. 前記第1の溶融混練工程において、前記着色剤の固形分質量100質量部に対して、水の質量が6〜400質量部であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の
    トナーの製造方法。
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