JP2005227325A - 電子写真用トナー及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 オイルレス定着において優れた剥離性を持ち、高速定着、低温定着に優れた性能を示す電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】 少なくとも樹脂、着色剤、及び離型剤からなる電子写真用トナーであって、該離型剤の凝固点が79℃〜109℃であり、示差走査熱量計による吸熱曲線におけるピークが1つであり、最大吸熱ピークを与える温度とエンドセット温度の差が10℃以内であり、かつ110℃での溶融粘度が4mPa・s〜9mPa・sであり、該トナー粒子中の離型剤が該トナー粒子1個当たり3個以上のドメインを形成し、このドメインの長径と短径の比が5〜15のものが90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、長径が1.0μm以上のものが80個数%以上を占めることを特徴とする電子写真用トナー。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真法で用いられる静電荷現像用のトナー及びその製造方法に関する。
電子写真方式による静電荷像を経て画像情報を可視化する画像形成方法は、現在様々な分野で利用されている。近年、デジタル化や高度な画像処理技術の進展が進み、より高画質を得るための技術が要求されている。
この様な、高画質化の要求に対して、静電荷現像用トナーの小径化、粒度分布の均一化が進められている。従来の混練粉砕法では小径化に限界があり、また粒度分布の均一化についても、分級工程を経てもなお、十分に高画質化に対応できるものではない。
また、一方では環境を重視した、低エネルギー、低コスト、ロングライフも静電荷現像用トナーに求められている。これらの達成手段として、定着技術の観点から、オイルレス定着によるロングライフ、低温、高速定着による低エネルギー、低コストが挙げられる。これらの達成方法として、トナーにワックスなどの離型剤を含有させ、トナー自身に離型効果をもたせる方法が一般的に行われている。
しかしながら、高画質化同様に従来の混練粉砕法では、離型剤の構造制御、添加量制御が困難であり、達成手段となりにくいのが現状である。
近年、静電荷現像用トナーの構造を積極的に制御する方法として、特許文献1及び特許文献2では乳化重合凝集法によるトナーの製造方法が提案されている。これらは、乳化重合法により樹脂分散液を作成し、他方溶媒に着色剤を分散した着色剤分散液を作成し、これらを混合してトナー粒径に相当する凝集体を形成し、加熱することによって融合・合一させるトナーの製造方法である。この方法は、形状をある程度制御でき、帯電性、耐久性の改善を図ることができるが、トナーの内部構造がほぼ均一になることから、定着時の定着シートの剥離性、低温、高速定着性に問題を残していた。
そこで、特許文献3では、トナー中に大量の離型剤成分を内包させたオイルレス定着用のトナーを提案している。しかし、多量の離型剤を添加すると、ある程度は剥離性が改善されるが、バインダー成分と離型剤とが相溶性を発揮し、離型剤のしみだしを安定でかつ均一に行うことができないため、剥離の安定性を得ることはできない。また、トナー内部において各材料の分散性は、前述の定着像の紙への密着性や定着ロールからの剥離性、定着後の折り曲げ耐性やグロスのみならず、OHP透明性等の総合的な定着性能に大きく影響する。
離型剤の分散性を改善する方法としては、例えば特許文献4により、極性基を有する樹脂を積極的に導入し、離型剤の内包性としみだし性を向上させることが提案された。しかし、この方法は、離型剤のしみだし性をある程度改善し、その内包性を向上させるが、トナー内における離型剤の位置の制御や、着色剤の分散性の改善については、効果がほとんど得られず、結果的に定着性を十分に改善することはできなかった。
また、トナー中の離型剤の構造に着目し、トナー中ワックスの長短径比を規定したトナーが特許文献5や特許文献6に開示されているが、これらの方法は、同様に定着時の離型剤しみだし性をある程度改善し、定着性能を向上させるが、効率性、しみだし速度への効果は薄く、また離型剤の熱特性については記載なく、近年の低温、高速定着、またオイルレス定着に十分に対応することは困難である。
特開昭63−282752号公報 特開平6−250439号公報 特開平5−61239号公報 特開平2−105163号公報 特開平9−073187号公報 特開平10−161338号公報
本発明は、上記の問題点を解消した電子写真用トナー及びその製造方法を提供するものである。即ち、本発明の目的は、オイルレス定着において優れた剥離性を持ち、高速定着、低温定着に優れた性能を示す電子写真用トナー及びその製造方法を提供することにある。
本発明者は上記従来技術における問題点を克服するために鋭意検討した結果、以下の手段により上記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1)少なくとも樹脂、着色剤、及び離型剤からなる電子写真用トナーであって、該離型剤の凝固点が79℃〜109℃であり、示差走査熱量計による吸熱曲線におけるピークが1つであり、最大吸熱ピークを与える温度とエンドセット温度の差が10℃以内であり、かつ110℃での溶融粘度が4mPa・s〜9mPa・sであり、該トナー粒子中の離型剤が該トナー粒子1個当たり3個以上のドメインを形成し、このドメインの長径と短径の比が5〜15のものが90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、長径が1.0μm以上のものが80個数%以上を占めることを特徴とする電子写真用トナー、
(2)水中に界面活性剤により分散せしめた樹脂微粒子、着色剤粒子、及び離型剤粒子を、金属イオンによって凝集させた後、熱融着せしめる電子写真用トナーの製造方法であって、該離型剤の凝固点が79℃〜109℃であり、示差走査熱量計による吸熱曲線におけるピークが1つであり、最大吸熱ピークを与える温度とエンドセット温度の差が10℃以内であり、かつ110℃での溶融粘度が4mPa・s〜9mPa・sであり、該トナー中の離型剤が該トナー粒子1個当たり3個以上のドメインを形成し、このドメインの長径と短径の比が5〜15のものが90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、長径が1.0μm以上のものが80個数%以上を占めることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
本発明のトナーは、オイルレス定着において、優れた耐オフセット性能、高剥離性能を有し、画像欠損のない高画質画像を長期に渡って安定に形成することができる。
以下に本発明の電子写真用トナー及びその製造方法について詳述する。
本発明に用いられる樹脂または樹脂微粒子は、特に制限はないが、一般に乳化重合法などによりイオン性界面活性剤を含有する樹脂微粒子分散液を調製して使用する。この樹脂微粒子分散液を、着色剤粒子分散液及び離型剤粒子分散液と混合し、前記イオン性界面活性剤とは反対の極性を有するイオン性界面活性剤によりヘテロ凝集を生じさせることによりトナー径の凝集粒子を形成する。その後、樹脂微粒子のガラス転移点以上の温度に加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、洗浄、乾燥してトナーを得ることができる。なお、トナー形状は不定形から球形までのものが好ましく用いられる。
また、以下の方法でトナーを得ることも好ましい。樹脂微粒子分散液、着色剤粒子分散液及び離型剤粒子分散液を混合する初期の段階では、予め各極性のイオン性分散剤の量のバランスをずらしておき、ポリ塩化アルミニウム等の無機金属塩の重合体を添加してイオン的に中和し、その後、ガラス転移点以下の温度で第1段階の母体凝集粒子を形成し、安定化する。第2段階としてイオン的バランスのずれを補填するような極性、量のイオン性分散剤で処理された樹脂微粒子分散液を添加し、さらに必要に応じて母体凝集粒子中の樹脂微粒子と追加樹脂微粒子に含まれる樹脂のガラス転移点以下でわずかに加熱して、より高い温度で安定化させたのち、ガラス転移点以上に加熱することにより凝集形成の第2段階で加えた粒子を母体凝集粒子の表面に付着させたまま合一させたものでも良い。更にこの凝集の段階的操作は複数回、くり返し実施してもよい。この2段階法は離型剤と着色剤の内包性を向上させるのに有効である。
本発明で使用する樹脂または樹脂微粒子として使用できる重合体は多岐にわたり特に制限はないが、ビニル系単量体を含むエチレン性不飽和単量体の単独重合体または共重合体が好ましく使用できる。これらの単独重合体または共重合体を構成する単量体としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のエチレン性不飽和ニトリル類;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸;ビニルメチルエーテル、ビニルイソ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、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのオレフィン類などや、β−カルボキシエチルアクリレートが例示できる。これらの単量体からなる単独重合体、またはこれらを2種以上共重合して得られる共重合体、さらにはこれらの混合物を使用することができる。また、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、または、これらと前記エチレン性不飽和付加重合体樹脂との混合物や、これらの共存下でエチレン性不飽和単量体を重合して得られるグラフト重合体等を挙げることができる。
本発明におけるトナーに用いる樹脂は、重合性単量体のラジカル重合により製造することができる。
ここで用いるラジカル重合用開始剤としては、特に制限はない。具体的には、過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム(ペルオキソ二硫酸アンモニウム)、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸tert−ブチルヒドロペルオキシド、過蟻酸tert−ブチル、過酢酸tert−ブチル、過安息香酸tert−ブチル、過フェニル酢酸tert−ブチル、過メトキシ酢酸tert−ブチル、過N−(3−トルイル)カルバミン酸tert−ブチル等の過酸化物類が挙げられる。
また、2,2’−アゾビスプロパン、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスプロパン、1,1’−アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)硝酸塩、2,2’−アゾビスイソブタン、2,2’−アゾビスイソブチルアミド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルプロピオン酸メチル、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスブタン、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、1,1’−アゾビス(1−メチルブチロニトリル−3−スルホン酸ナトリウム)、2−(4−メチルフェニルアゾ)−2−メチルマロノジニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸、3,5−ジヒドロキシメチルフェニルアゾ−2−メチルマロノジニトリル、2−(4−ブロモフェニルアゾ)−2−アリルマロノジニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルバレロニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸ジメチル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、1,1’−アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’−アゾビス−2−プロピルブチロニトリル、1,1’−アゾビス−1−クロロフェニルエタン、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’−アゾビス−1−シクロへプタンニトリル、1,1’−アゾビス−1−フェニルエタン、1,1’−アゾビスクメン、4−ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フェニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4−ニトロフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’−アゾビス−1,2−ジフェニルエタン、ポリ(ビスフェノールA−4,4’−アゾビス−4−シアノペンタノエート)、ポリ(テトラエチレングリコール−2,2’−アゾビスイソブチレート)等のアゾ化合物類、1,4−ビス(ペンタエチレン)−2−テトラゼン、1,4−ジメトキシカルボニル−1,4−ジフェニル−2−テトラゼン等が挙げられる。
本発明に用いられる連鎖移動剤としては、500〜800cm−1の範囲の波数領域に吸収を持つものであれば特に制限はなく、具体的には炭素原子と硫黄原子の共有結合を持つものがよく、より具体的にはn−プロピルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、n−アミルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタン、n−ヘプチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ノニルメルカプタン、n−デシルメルカプタン等のn−アルキルメルカプタン類;イソプロピルメルカプタン、イソブチルメルカプタン、s−ブチルメルカプタン、tert−ブチルメルカプタン、シクロヘキシルメルカプタン、tert−ヘキサデシルメルカプタン、tert−ラウリルメルカプタン、tert−ノニルメルカプタン、tert−オクチルメルカプタン、tert−テトラデシルメルカプタン等の分鎖型アルキルメルカプタン類;アリルメルカプタン、3−フェニルプロピルメルカプタン、フェニルメルカプタン、メルカプトトリフェニルメタン等の含芳香環系のメルカプタン類;などを挙げることができる。
上記のうち、好ましくは炭素数4以上の、より好ましくは炭素数6以上の、さらに好ましくは炭素数8以上のn−アルキルメルカプタン類、分鎖型アルキルメルカプタン類、及び含芳香環系のメルカプタン類がよい。その理由は、炭素数が増加することにより、メルカプタン類と他の重合性単量体との相溶性が向上するため、重合反応を安定に行うことができるためと考えられる。
エチレン性不飽和単量体を重合する場合は、イオン性界面活性剤などを用いて乳化重合を実施して樹脂微粒子分散液を作成することができる。また、その他の樹脂の場合は、油性で水への溶解度の比較的低い溶剤に溶解するものであれば樹脂をそれらの溶剤に解かして水中にイオン性の界面活性剤や高分子電解質とともにホモジナイザーなどの分散機で水中に微粒子として分散させ、その後加熱または減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂微粒子分散液を作成することができる。これらの分散液中の樹脂微粒子の粒径は例えばレーザー回析式粒度分布測定装置LA−700((株)堀場製作所製)で測定することができる。
本発明に使用できる離型剤は、ASTM D938に準拠して測定された凝固点が79〜109℃の範囲であり、84〜100℃の範囲にあることが更に好ましい。凝固点が79℃未満であると定着時にオフセットを生じやすく、またトナーのガラス転移点を下げてしまい、保管性やドキュメントオフセットなどの画像耐性を損なってしまう。109℃を超えると、定着時の離型剤染み出し性が悪くなり、オイルレス定着における剥離性を低下させる場合がある。
また、本発明で使用する離型剤は、示差走査熱分析における吸熱曲線において1つのピークを持ち、最大吸熱ピークを与える温度(最大吸熱ピーク温度)とエンドセット温度との差が10℃以内である。最大吸熱ピーク温度とエンドセット温度の差が5℃以内であることが好ましい。吸熱曲線におけるピークが2つ以上ある場合、定着時の離型剤溶け出しが短時間に行われず、同様に、最大吸熱ピーク温度とエンドセット温度との差が10℃を超える場合、融け終わりがはっきりせず、オイルレス定着性、高速・低温定着性を低下させる。
上記の吸熱曲線の測定はパーキネルマー社製の示差走査熱量計DSC−7を用いて行った。装置の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を利用し、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いた。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/minで測定した。
「エンドセット温度」とは、吸熱曲線の微分値が最小となる点における曲線の接線とベースラインとの交点の温度をいう。「オンセット温度」とは、吸熱曲線の微分値が最大となる点における曲線の接線とベースラインとの交点の温度をいう。
離型剤として使用する具体的な物質を例示すると以下のようになる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量のポリオレフィン系ワックス、加熱により軟化点を有するシリコーン類、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類やカルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス、ミツロウのごとき動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、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等のような鉱物、石油系ワックス、及びそれらの変性物などを挙げることができる。
離型剤としてはパラフィン系ワックスまたはポリオレフィン系ワックスが好ましく使用できる。
パラフィン系ワックスの中でも、ノルマルパラフィンに対するイソパラフィンの比率が4〜10重量%、かつ25℃の針入度が5以下のパラフィンワックスが特に好ましく使用できる。イソパラフィン比率が上記の範囲内にあると、ワックスの結晶性が適度となり、定着後の樹脂とワックスの固化スピードの差が少ないため、良好な画像表面が得られる。さらに、定着時の溶融性が良好となり、オイルレス定着における剥離性が良化する。また、針入度が5以下の場合、トナーの堅牢性は良好である。
パラフィン系ワックス中のノルマルパラフィンに対するイソパラフィンの比率は、定法に従い、ガスクロマトグラフ法により定量分析することができる。例えば島津製作所(株)製のGC−17Aが利用でき、カラムは液相:ポリカーボレーンポリシロキサン、膜厚:0.1μm、内径×長さ=0.25mm×15mmを、検出器はFIDを使用する。
尚、本発明における針入度とは、JIS K−2235で測定した針入度をいう。
本発明において使用する離型剤の溶融粘度は110℃で4〜9mPa・sである。溶融粘度が4mPa・s未満の場合、トナー製造時の熱融着の際、融けた離型剤の粘度が低すぎてトナー中の離型剤構造制御が困難であり、9mPa・sを超える場合は定着時の融け出し速度が遅くなり、低温定着性が悪くなる。
また、離型剤は、180℃における該離型剤の溶融粘度と該樹脂の溶融粘度の比が1.0×10−4〜3.0×10−4であることが好ましい。この場合、樹脂と離型剤の粘度比が適正で、離型剤の画像表面への染み出しが良好となり、より優れた定着性能を得ることができる。
本発明に使用する離型剤の110℃における粘度はE型粘度計によって測定される。測定に際しては、オイル循環型恒温槽、コーンプレートの備えられたE型粘度計(東京計器製)を用いる。コーンプレートは、コーン角1.34°を用いる。カップ内に試料を投入し、循環装置の温度を110℃にセットし、空の測定カップとコーンを測定装置にセットし、オイルを循環させながら恒温に保つ。温度が安定したところで測定カップ内に試料を1g入れ、コーンを静止状態で10分間静置させる。安定後、コーンを回転させ、測定を行う。コーンの回転速度は60rpmとする。測定は3回行い、その平均値を粘度とする。
前記樹脂の粘度及び前記離型剤の粘度は、180℃において上記の条件で同様に測定される。
これらの離型剤を水中にイオン性界面活性剤、高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱しながら、ホモジナイザーや圧力吐出型分散機を用いて強い剪断を付与して微粒子化することにより、1μm以下の離型剤粒子の分散液を作成することができる。この分散液中の離型剤粒子の粒径は、レーザー回析式粒度分布測定装置LA−700((株)堀場製作所製)で測定することができる。
本発明のトナーは、透過型電子顕微鏡(TEM)観察において、該トナー粒子中に該離型剤が不均一に分布し、該トナー粒子1個当たり3個以上のドメイン(領域)を有する。該離型剤のドメインが2個以下の場合、定着時に容易に離型剤が染み出すことができず、定着性が悪くなる。
トナー粒子の断面を透過型電子顕微鏡により観察すると、樹脂からなる連続相の中に、離型剤の相及び着色剤の相が独立したドメインとして観察される。TEM観察は、定法により、トナー粒子を包埋硬化した後ミクロトームを用いて薄片サンプルとして断層形態を写真撮影する。断層形態を写真撮影し、TEMに接続した画像処理装置により画像解析すると、ドメインの形状と個数、トナーの形状係数を求めることができる。これらの値は、500粒子を無作為に測定することで得られる。
本発明のトナーは、トナー粒子中の離型剤のドメインの長径と短径の比が5〜15のものが、全ドメインの90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占める。長径が1.5μm以上のものが全ドメインの60個数%以上を占め、1.0μm以上のものが90個数%以上を占めることが好ましい。該離型剤のドメインの長径と短径の比が5未満の場合、該離型剤の形状が球に近づき定着時の染み出しが悪く、特に高速定着の場合にその傾向が顕著である。また、長径と短径の比が15を超える場合、定着ムラが発生する。長径が1.5μm以上のものが40個数%未満を占め、かつ1.0μm以上のものが80個数%未満を占める場合、トナー中に離型剤の小さいものの分布が増え、定着時の染み出し性が悪くなり、定着性能を悪化させる。
本発明の離型剤は、前記電子写真用トナー中にトナー固形分に対して5〜13重量%の範囲で含有させることが好ましい。上記範囲内にあると、オイルレス定着方法における定着性能が向上するので好ましい。また、さらに好ましい範囲は、6〜11重量%である。
本発明におけるトナーの酸価は、離型剤粒子、着色剤粒子のトナー中への内包性を向上させ、安定させるばかりではなく、帯電性にも重要であり、10〜50mg−KOH/gの範囲が好ましい。酸価が上記の範囲にあると、離型剤粒子、着色剤粒子の内包性、安定性が向上し、適切な帯電性が得られる。また、酸価を付与する成分が適量であり、架橋を生じないため、良好な定着性が得られる。
本発明のトナーは、トナー粒子の体積平均粒径D50vが3〜9μmの範囲であることが好ましい。その体積平均粒度分布指標GSDv(D84v/D16v)が1.30以下であることが好ましく、また、その体積平均粒度分布指標GSDvと数平均粒度分布指標GSDpとの比(GSDv/GSDp)が0.95以上であることが好ましい。いずれの場合にも、画質の精細性に優れた画像を形成できる静電荷現像用トナーの提供を可能にする。好ましい範囲は、D50vが4〜8μm、GSDvが1.0〜1.28、GSDv/GSDpが0.95〜1.2である。本発明のトナーの体積平均粒径D50vが上記の範囲内にあると、トナーの帯電性が適切となり、良好な現像性が得られ、高い解像力が得られる。体積平均粒度分布指標GSDvが上記の範囲内にあるとと、高い解像力が得られる。体積平均粒度分布指標と数平均粒度分布指標の比(GSDv/GSDp)が上記の範囲内にあると、良好な帯電性が得られ、トナーの飛散、カブリ等の画像欠陥が生じないので好ましい。
本発明の体積平均粒径、体積平均粒度分布指標及び数平均粒度分布指標は、例えばコールターカウンターTA−II(日科機社製)、マルチサイザーII(日科機社製)等の測定器を用いて測定することができる。粒度分布は分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積、数、それぞれに小径側から累積分布を描き、累積16%となる粒径を体積平均粒径D16v、数平均粒径D16pと定義し、また累積84%となる粒径を体積平均粒径D84v、数平均粒径D84pと定義し、これらを用いて体積平均粒度分布指標GSDvはD84v/D16vより求め、数平均粒度分布指標GSDpはD84p/D16pより算出した。
また、本発明のトナーの形状係数SF1を110〜140の範囲にすることにより、現像性、及び転写性に優れた静電荷現像用トナーを提供することができるので好ましい。形状係数SF1のより好ましい範囲は、125〜138である。形状係数SF1は、形状係数の平均値であり、次の方法で算出する。スライドグラス上に散布したトナーの光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、50個以上のトナーについて周囲長及び投影面積から、下記式によりSF1を求め、平均値を得たものである。
SF1=(ML)/A×(100/4π)
式中、MLはトナー粒子の周囲長を示し、Aは粒子の投影面積を示す。
本発明の静電荷現像用トナーの帯電量は絶対値で、20〜80μC/gの範囲が好ましく、25〜35μC/gの範囲がさらに好ましい。帯電量がこの範囲内にあると、背景汚れ(カブリ)が発生しにくく、また良好な画像濃度が得られるので好ましい。
静電荷現像用トナーの夏場(高温高湿)における帯電量と冬場(低温低湿)における帯電量の比は、0.5〜1.5の範囲が好ましく、0.7〜1.3の範囲がさらに好ましい。この範囲内にあると帯電性の環境依存性が低く、帯電の安定性が良好であるので好ましい。
本発明のトナーのガラス転移点は49〜58℃が好ましい。ガラス転移点が49℃以下だと、画像の保管性やドキュメントオフセットなどが悪くなり好ましくない。
本発明に使用する着色剤は公知のものを使用でき、例えば、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等が挙げられる。
また、黄色顔料としては、例えば、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーメネントイエローNCG等が挙げられる。
橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、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等が挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等が挙げられる。
青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーBC、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどが挙げられる。
紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等が挙げられる。
緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピクメントグリーン、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等が挙げられる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられる。
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等が挙げられる。
さらに、染料としては、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料、例えば、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等が挙げられる。
また、これらの着色剤は単独で、または混合し、さらには固溶体の状態でも使用できる。これらの着色剤は公知の方法で分散されるが、例えば、回転せん断型ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等が好ましく用いられる。
また、これら着色剤粒子は、極性を有する界面活性剤を用い、前記ホモジナイザーで水系に分散される。
本発明の着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。着色剤の添加量は、トナーの樹脂100重量%に対して1〜20重量%の範囲で添加される。黒色着色剤として磁性体を用いるときには、他の着色剤とは異なり、30〜100重量%の範囲で添加される。
本発明のトナーを磁性トナーとして用いる場合は、結着樹脂中に磁性粉を含有させてもよい。このような磁性粉としては、磁場中で磁化される物質を用いる。具体的には、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性粉末、またはフェライト、マグネタイト等化合物を使用できる。特に、本発明では、水層中でトナーを得るために、磁性体の水層移行性が重要であり、好ましくは表面改質、例えば疎水化処理等を施しておくのが好ましい。
本発明では、トナーの帯電性を一層向上させ安定化させるために帯電制御剤を配合することができる。帯電制御剤としては4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミニウム、鉄、クロムなどの錯体からなる染料や、トリフェニルメタン系顔料などを使用することができるが、凝集や融合・合一時の安定性に影響するイオン強度の制御、廃水の汚染低減のためには、水に溶解しにくい材料の方がよい。
本発明では、トナーの帯電性安定化のために、湿式で無機微粒子を添加することができる。無機微粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなど、通常トナー表面の外添剤として使用される全てのものを、イオン性界面活性剤や高分子酸、高分子塩基に分散して使用することができる。
また、流動性付与やクリーニング性向上の目的で、通常トナーの製造におけると同様に、トナーを乾燥した後、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウムなどの無機微粒子や、ビニル系樹脂、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂微粒子を乾燥状態で剪断力をかけてトナー表面に添加して流動性助剤やクリーニング助剤として用いることができる。
本発明のトナーの製造方法において、樹脂微粒子の乳化重合、着色剤の分散、樹脂微粒子の添加分散、離型剤の分散、それらの凝集、または、その安定化などの目的で用いる界面活性剤を例示すると、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤、及びアミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤を使用することができる。また、ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的である。これらの分散手段としては、回転剪断型ホモジナイザーやメディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものを使用できる。
本発明では、融着・合一の終了後、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナーを得ることができるが、洗浄工程は、帯電性を発現・維持するため、十分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが好ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好ましく用いられる。さらに乾燥工程も特に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が好ましく用いられる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、これらにより本発明は限定されるものではない。
本発明のトナーは、次の方法で製造した。即ち、下記の樹脂微粒子分散液、着色剤粒子分散液、及び離型剤粒子分散液をそれぞれ調製し、これを所定量混合撹拌しながら、無機金属塩の重合体を添加してイオン的に中和し、上記各粒子の凝集体を形成した。無機水酸化物で系内のpHを弱酸性から中性の範囲に調整した後、前記樹脂微粒子のガラス転移点以上の温度に加熱し、前記凝集体を融着・合一させた。その後、十分な洗浄・固液分離・乾燥の工程を経て所望のトナーを得た。
以下に、それぞれの材料の調製方法、凝集粒子の作成方法の具体例を示す。
(樹脂微粒子分散液の調製)
(油層)
スチレン(和光純薬(株)製) 30重量部
アクリル酸n−ブチル(和光純薬(株)製) 10重量部
β−カルボキシエチルアクリレート(ローディア日華(株)製) 1.3重量部
ドデカンチオール(和光純薬(株)製) 0.4重量部
(水層1)
イオン交換水 17重量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル製) 0.4重量部
(水層2)
イオン交換水 40重量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル製 0.05重量部
ペルオキソ二硫酸アンモニウム(和光純薬(株)製) 0.4重量部
上記の油層成分と水層1の成分をフラスコに入れて撹拌混合し単量体乳化分散液とした。反応容器に上記水層2の成分を投入し、容器内を窒素で十分に置換し、撹拌をしながらオイルバスで反応系内が75℃になるまで加熱した。反応容器内に上記の単量体乳化分散液を3時間かけて徐々に滴下し、乳化重合を行った。滴下終了後更に75℃で重合を継続し、3時間後に重合を終了させた。
得られた樹脂微粒子は、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700(株)堀場製作所製)で樹脂微粒子の体積平均粒径D50vを測定したところ250nmであり、示差走査熱量計(DSC−50島津製作所製)を用いて昇温速度10℃/minで樹脂のガラス転移点を測定したところ52℃であり、分子量測定器(HLC−8020東ソー社製)を用い、THFを溶媒として数平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ13,000であった。また、180℃においてE型粘度計(東京計器製/コーン角1.34°、60rpm)を用いて溶融粘度を測定したところ、16Pa・sであった。
これにより体積平均粒径250nm、固形分42%、ガラス転移点52℃、数平均分子量Mnが13,000の樹脂微粒子分散液を得た。
(着色剤粒子分散液の調製)
黒色顔料(カーボンブラック)(リーガル330、キャボット製) 30重量部
アニオン界面活性剤(ネオゲンR−K、第一工業製薬(株)製) 3重量部
イオン交換水 400重量部
上記の成分を混合し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックス)により10分間分散し、数体積平均粒径120nm、固形分20%の着色剤粒子分散液を得た。
(離型剤粒子分散液1の調製)
離型剤1 50重量部
アニオン界面活性剤(ネオゲンR−K、第一工業製薬(株)製) 2重量部
イオン交換水 200重量部
上記成分を110℃に加熱して、IKE社製ウルトラタラックスT50で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径250nm、固形分20%の離型剤粒子分散液を得た。
(離型剤粒子分散液2〜7の調製)
離型剤1の替わりに離型剤2〜7を使用し、分散温度を変更する以外は全く同様にして離型剤粒子分散液2〜7を得た。また、分散温度は表1に示した。尚、離型剤分散液2〜7において、体積平均粒径及び固形分は離型剤粒子分散液1と同じであった。
表1に離型剤1〜7の凝固点、110℃における溶融粘度、180℃における樹脂の溶融粘度との比、オンセット温度、最大吸熱ピークを与える温度(ピーク温度)、エンドセット温度、及び25℃における針入度の測定結果を示す。尚、離型剤1〜7はいずれも最大吸熱ピークが1つであった。
Figure 2005227325
〔実施例1〕
上記樹脂微粒子分散液 150重量部
上記着色剤粒子分散液 30重量部
上記離型剤粒子分散液1 45重量部
ポリ塩化アルミニウム 0.4重量部
上記の成分を丸型ステンレス製フラスコ中でIKE社製のウルトラタラックスT50を用い十分に混合・分散した後、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80分保持した後、ここに上記と同じ樹脂微粒子分散液を緩やかに70重量部追加した。
その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを6.0に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌軸のシールを磁力シールして撹拌を継続しながら97℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これをさらに40℃のイオン交換水3Lを用いて再分散し、15分間300rpmで撹拌・洗浄した。この洗浄操作をさらに5回繰り返し、濾液のpHが6.54、電気伝導度6.4μS/cmヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー1を得た。
トナー1の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.2μmであり、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は132で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は15個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上を占め、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占めていた。またトナーのガラス転移点は51℃であった。
(定着性試験)
製造されたトナーの定着性試験は以下の条件により実施した。DocuColor1250改造機を用いて、トナー載り量を0.6g/mに調整して画だしした後、オイル供給装置のない外部定着器を用いて、Nip幅6.5mm、定着速度90mm/secにて定着した。定着温度は定着ロール表面温度で制御し、200℃を設定温度とした。以下の実施例2〜4及び比較例1〜3においても同一条件で試験した。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は良好で、何ら抵抗もなく剥離していることが確認され、オフセットも全く発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損も観察されず、良好な定着結果が得られた。
〔実施例2〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液2を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー2を得た。
トナー2の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.1μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は131で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は10個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上を占め、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占めていた。またトナーのガラス転移点は51℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は良好で、何ら抵抗もなく剥離していることが確認され、オフセットも全く発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損も観察されず、良好な定着結果が得られた。
〔実施例3〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液3を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー3を得た。
トナー3の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.1μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は130で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は15個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上を占め、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占めていた。またトナーのガラス転移点は51℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は良好で、何ら抵抗もなく剥離していることが確認され、オフセットも全く発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損も観察されず、良好な定着結果が得られた。
〔実施例4〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液4を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー4を得た。
トナー4の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.9μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.21であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は135で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は18個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上を占め、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占めていた。またトナーのガラス転移点は52℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は良好だが、剥離の際にやや抵抗がみられた。オフセットについては全く発生せず、画像はムラなど見られずに良好であった。また、定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損も観察されず、良好な定着結果が得られた。
〔比較例1〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液5を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー5を得た。
トナー5の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.8μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は130で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインは1個から5個のものが多く平均は3個であった。この離型剤の長径と短径の比は5以下のもが50個数%を占め、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、1.0μm以上のものが80個数%以上を占めていた。またトナーのガラス転移点は48℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は良好で、何ら抵抗もなく剥離していることが確認されたが、オフセットの発生が生じた。定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損は観察されなかったものの、定着性は不良であることが観察された。
〔比較例2〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液6を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー6を得た。
トナー6の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.5μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.21であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は132で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は12個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上で、長径が1.5μm以上のものが40個数%以上、1.0μm以上のものが80個数%以上であった。またトナーのガラス転移点は51℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は不良で、排出の際の剥離不良に起因する画像表面のムラが発生し、また、オフセットも発生した。定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損は観察されなかったものの、定着性は不良であることが観察された。
〔比較例3〕
実施例1において、離型剤粒子分散液1を使用する替わりに、離型剤粒子分散液7を同重量部使用する以外は全く同様にしてトナー7を得た。
トナー7の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.0μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は136で丸みを帯びたポテト形状であることが観察された。透過型電子顕微鏡観察のトナーの断面像によると、100個のサンプルにおいて、トナー粒子中に離型剤粒子のドメインはいずれも3個以上で平均は18個であった。この離型剤の長径と短径の比が5〜15のものはいずれも90個数%以上で、長径が1.5μm以上のものが30個数%で、1.0μm以上のものは60個数%であった。またトナーのガラス転移点は52℃であった。
(定着性試験結果)
この定着器の剥離性は不良で、排出の際の剥離不良に起因する画像表面のムラが発生し、また、オフセットも発生した。定着画像を2つに折り曲げ、再度広げた際の画像欠損は観察されなかったものの、定着性は不良であることが観察された。
実施例1〜4及び比較例1〜3の結果を表2に示した。
Figure 2005227325

Claims (3)

  1. 少なくとも樹脂、着色剤、及び離型剤からなる電子写真用トナーであって、
    該離型剤の凝固点が79℃〜109℃であり、示差走査熱量計による吸熱曲線におけるピークが1つであり、最大吸熱ピークを与える温度とエンドセット温度の差が10℃以内であり、かつ110℃での溶融粘度が4mPa・s〜9mPa・sであり、
    該トナー粒子中の離型剤が該トナー粒子1個当たり3個以上のドメインを形成し、このドメインの長径と短径の比が5〜15のものが90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、長径が1.0μm以上のものが80個数%以上を占めることを特徴とする電子写真用トナー。
  2. 前記離型剤がパラフィン系ワックスであり、ノルマルパラフィンに対するイソパラフィンの比率が4〜10重量%であり、かつ25℃における針入度が5以下である請求項1に記載の電子写真用トナー。
  3. 水中に界面活性剤により分散せしめた樹脂微粒子、着色剤粒子、及び離型剤粒子を、金属イオンによって凝集させた後、熱融着せしめる電子写真用トナーの製造方法であって、
    該離型剤の凝固点が79℃〜109℃であり、示差走査熱量計による吸熱曲線におけるピークが1つであり、最大吸熱ピークを与える温度とエンドセット温度の差が10℃以内であり、かつ110℃での溶融粘度が4mPa・s〜9mPa・sであり、
    該トナー粒子中の離型剤が3個以上のドメインを形成し、このドメインの長径と短径の比が5〜15のものが90個数%以上を占め、かつ長径が1.5μm以上のものが40個数%以上を占め、長径が1.0μm以上のものが80個数%以上を占めることを特徴とする
    電子写真用トナーの製造方法。
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