JP2008026518A - 電子写真用フルカラートナー、その製造方法、それを用いた電子写真用現像剤、及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】60℃における貯蔵弾性率〔G’(60)〕と80℃における貯蔵弾性率〔G’(80)〕の比G’(60)/G’(80)の値が1×102〜1×104であり、100℃におけるトナーの貯蔵弾性率G’(100)と120℃における貯蔵弾性率G’(120)の比G’(100)/G’(120)の値が1〜10であり、かつ140〜160℃における貯蔵弾性率〔G’(140〜160)〕が102dyn/cm2以上であることを特徴とする電子写真用フルカラートナー。
【選択図】なし
Description
本発明に係る貯蔵弾性率の「比G’(60)/G’(80)の値」とは、低温定着に必要なトナーの溶融性を判断する指標であり、数値が大きいほど低温定着時でも溶融しやすい、という意味を有する。上述したように、比G’(60)/G’(80)の値が1×102〜1×104であることが好ましいが、1×103〜1×104の範囲がより好ましい。
G*=σ*/γ*
で表される。
このとき、試料には、同じ角振動数の応力が生ずる。応力σは歪みγより位相がδだけ進むので、以下のように表される。
ここで、オイラーの公式 eiωt=cosωt+isinωtを用いて、これらの式を複素数で表示すると、正弦的歪みγ*は、γ*=γ0exp(iωt)、これにより生じた応力σ*は、σ*=σ0exp(i(ωt+δ))と表される。
G*=(σ0/γ0)expδ
=(σ0/γ0)(cosδ+isinδ)
ここで、G*=G′+iG″とすると、
G′=(σ0/γ0)cosδ
G″=(σ0/γ0)sinδ
となる。これは、一周期の間に粘弾性体に貯えられる弾性エネルギーがG′に比例し、粘弾性体が熱として失うエネルギーがG″に比例することを意味するもので、このことから、実数部分であるG′を貯蔵弾性率、虚数部分であるG″を損失弾性率と呼んでいる。
測定装置 :MR−500ソリキッドメータ((株)レオロジ社製)
周波数 :1Hz
測定モード :温度分散
測定治具 :0.997cmのパラレルプレート
測定手順
(1)トナーを圧縮成型器を用い、直径1cm高さ5〜6mmのトナーペレットにする。
(2)トナーペレットを測定装置に装着したパラレルプレートに装填する。
(3)測定部温度をトナー軟化点温度−15℃にした後、パラレルプレートギャップを3mmに調整する。
(4)測定部温度を測定開始温度35℃まで冷却させた後、周波数1Hzの正弦波振動を加えながら、測定部を毎分2℃の昇温速度で200℃まで昇温し、所定の温度の貯蔵弾性率を測定する。歪み角は、トルクに応じて0.02〜5degの範囲で変化させた。
次に、トナーを構成する化合物(結着樹脂、着色剤、離型剤、荷電制御剤、外部添加剤)について説明する。
本発明のトナーを構成する結着樹脂は、主成分樹脂Aおよび副成分樹脂Bにより形成される。
結着樹脂を構成する主成分樹脂A及び副成分樹脂Bは、本発明の目的を達成するために、以下のように設計するのが良い。
1/Tg′=W1/T1+W2/T2+・・・+Wn/Tn
(式中、W1、W2、・・・Wnは共重合体樹脂を構成する全重合性単量体に対する各重合性単量体の質量分率、T1、T2・・・Tnは各重合性単量体を用いて形成されるホモポリマーのガラス転移温度(絶対温度)を示す。)
本発明に係る樹脂分子量の測定は、GPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフ)を用いて測定されるものである。
GPC(ゲルパーミエイションクロマトグラフ)による樹脂の分子量の測定方法としては、濃度1mg/mlになるように測定試料をテトラヒドロフランに溶解させる。溶解条件としては、室温にて超音波分散機を用いて5分間行う。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た後、GPCへ10μL試料溶解液を注入する。GPCの測定条件の具体例を下記に示す。
装置:HLC−8220(東ソー製)
カラム:TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM−M3連(東ソー製)
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.2ml/min
検出器:屈折率検出器(RI検出器)
試料の分子量測定では、試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出する。検量線測定用のポリスチレンとしては10点用いた。
本発明に用いられる着色剤は、公知の無機又は有機着色剤を使用することができる。具体的な着色剤を以下に示す。
本発明に用いられる離型剤は、公知の化合物を用いることができる。
本発明に係るトナーには、必要に応じて荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、公知の化合物を用いることができる。
本発明のトナーには、無機微粒子の他に、流動性、帯電性の改良およびクリーニング性の向上などの目的で、いわゆる外添剤(「外部添加剤」ともいう。)を添加して使用することができる。これら外添剤としては特に限定されるものではなく、種々の無機微粒子、有機微粒子及び滑剤を使用することができる。
本発明に係る電子写真用フルカラートナーの製造方法としては、請求項を満足するものであれば限定されるものではないが、例えば、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法、溶融法、混練粉砕法等を挙げることができる。
中でも、トナー粒子内部に副成分樹脂Bを導入しやすいという観点から、乳化凝集法が好ましく用いられる。
具体的な導入方法としては、主成分樹脂Aよりなる樹脂粒子(以降、樹脂粒子Aとよぶ)の凝集工程において、樹脂粒子Aが成長している過程で、特性の異なる副成分樹脂Bよりなる樹脂粒子(以降、樹脂粒子Bとよぶ)を添加し、さらに粒子成長を継続させ、樹脂粒子Bを分散状態で樹脂粒子A中に取り込む手法が挙げられる。
(1)離型剤をラジカル重合性単量体に溶解或いは分散する溶解/分散工程
(2)親水性樹脂と疎水性樹脂とを有する樹脂粒子Aの分散液を調製するための重合工程(3)水系媒体中で樹脂粒子と着色剤粒子を凝集させて凝集粒子を得る凝集工程
(4)凝集した凝集粒子を熱エネルギーにより融着させるとともに熟成して、親水性樹脂をトナー母体の表面に、疎水性樹脂を内部に配向させてコア・シェル構造のトナー母体を作製するとともに、樹脂粒子Bを樹脂粒子Aの成長過程において添加し、凝集を継続後、完結させる凝集工程
(5)凝集粒子を熱エネルギーで融着してトナー母体(会合粒子)を得る融着工程
(6)トナー母体の分散液を冷却する冷却工程
(7)冷却されたトナー母体の分散液から当該トナー母体を固液分離し、当該トナー母体から界面活性剤などを除去する洗浄工程
(8)洗浄処理されたトナー母体を乾燥する乾燥工程
(9)乾燥処理されたトナー母体に外添剤を添加する工程
以下、各工程について詳細に説明する。
この工程は、ラジカル重合性単量体に離型剤を溶解或いは分散させて、当該離型剤のラジカル重合性単量体溶液を調製する工程である。
この重合工程の好適な一例においては、界面活性剤を含有した水系媒体中に、前記離型剤を溶解或いは分散含有したラジカル重合性単量体溶液を添加し、機械的エネルギーを加えて液滴を形成させ、次いで水溶性のラジカル重合開始剤からのラジカルにより当該液滴中において重合反応を進行させる。尚、前記水系媒体中に、核粒子として樹脂粒子を添加しておいても良いし、重合反応を数段行っても良い。
樹脂粒子と、必要に応じ着色剤粒子とが存在している水中に、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩等からなる塩析剤を臨界凝集濃度以上の凝集剤として添加し凝集粒子を形成する。また、当該凝集工程においては、樹脂粒子や着色剤粒子とともに、離型剤粒子や荷電制御剤、熱特性の異なる樹脂粒子などの内添剤粒子なども凝集させることができる。
例えば、体積基準におけるメディアン粒径(D50)6μmのトナーを作製する場合には、凝集粒子Aの粒径がトナー粒径の30〜70%に成長するまで凝集を進め、この段階で、樹脂粒子Bの分散液を添加する。樹脂粒子Bは樹脂粒子AよりTgが高いものが好ましく、樹脂粒子Bの添加量は、樹脂粒子Aに対して10〜80質量%添加することが好ましい。
熟成とは、上記凝集・融着したトナーを、適正な円形度まで形状を調製することである。熟成は、熱エネルギー(加熱)により行う方法が好ましい。
この工程は、前記トナー母体の分散液を冷却処理する工程である。冷却処理条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却する。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
この固液分離・洗浄工程では、上記の工程で所定温度まで冷却されたトナー母体の分散液から当該トナー母体を固液分離する固液分離処理と、固液分離されたトナーケーキ(ウェット状態にあるトナー母体をケーキ状に凝集させた集合物)から界面活性剤や塩析剤などの付着物を除去する洗浄処理とが施される。ここに、濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェ等を使用して行う減圧濾過法、フィルタープレス等を使用して行う濾過法など特に限定されるものではない。
この工程は、洗浄処理されたトナーケーキを乾燥処理し、乾燥されたトナー母体を得る工程である。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。乾燥されたトナー母体の水分は、5質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは2質量%以下とされる。尚、乾燥処理されたトナー母体同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
この工程は、乾燥されたトナー母体に必要に応じ外添剤を混合し、トナーを作製する工程である。外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル等の機械式の混合装置を使用することができる。
本発明に係るトナーは、一成分現像剤、二成分現像剤として用いることができる。
本発明のトナーは、特に、トナー像が形成された転写材を、接触加熱方式の定着装置において定着させる画像形成方法に好適に使用することができる。
以上の画像形成方法に使用される好適な定着方法としては、いわゆる接触加熱方式を挙げることができ、接触加熱方式としては、例えば、熱圧定着方式、熱ロール定着方式および固定配置された加熱体を内包した回動する加圧部材により定着する圧接加熱定着方式を好適に挙げることができる。
本発明のトナーによる画像が形成される転写材は、トナー像を保持する支持体であって、具体的には、薄紙から厚紙までの普通紙、上質紙、アート紙あるいはコート紙などの塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、OHP用のプラスチックフィルム、布などの各種を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
(着色剤微粒子の製造)
アニオン系界面活性剤59.0gをイオン交換水1600mlに攪拌溶解した。この溶液を攪拌しながら、着色剤としてC.I.ピグメントブルー15:3を200gを添加し、次いで、分散装置「SCミル」(三井鉱山(株)製)を用いて分散処理することにより、着色剤微粒子の分散液を調整した。この着色剤分散液における着色剤微粒子の体積平均粒子径を動的光散乱式粒度分析計「マイクロトラックUPA150」(日機装(株)製)を用いて測定したところ、150nmであった。
〈第一段重合〉
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8gをイオン交換水3Lを仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で攪拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、下記単量体混合液1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、攪拌することにより重合を行い、樹脂粒子を調製した。これを「樹脂粒子(1H)」とする。
スチレン 480g
n−ブチルアクリレート 250g
メタクリル酸 68.0g
n−オクチルメルカプタン 16.0g
〈第二段重合〉
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、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7gをイオン交換水800mlに溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、前記樹脂粒子(1H)を260gと、下記単量体溶液を90℃にて溶解させた溶液を添加し、循環経路を有する機械式分散機CLEARMIX(エム・テクニック(株)製)により、1時間混合分散させ、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。
スチレン 245g
n−ブチルアクリレート 120g
n−オクチルメルカプタン 1.5g
エステルワックス(融点70℃) 190g
次いで、この分散液に、過硫酸カリウム6gをイオン交換水200mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を82℃にて1時間にわたり加熱攪拌することにより重合を行い、樹脂粒子を得た。これを「樹脂粒子(1HM)」とする。
さらに、過硫酸カリウム11gをイオン交換水400mlに溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下に、
スチレン 435g
n−ブチルアクリレート 130g
メタクリル酸 33g
n−オクチルメルカプタン 8g
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱攪拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し樹脂粒子を得た。これを「樹脂A−(1)」とする。
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム2.3gをイオン交換水3Lを仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で攪拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、下記単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、攪拌することにより重合を行い、樹脂粒子を調製した。これを「樹脂B−(1)」とする。
スチレン 520g
n−ブチルアクリレート 210g
メタクリル酸 68.0g
n−オクチルメルカプタン 4.0g
なお、上記の方法と同様にして、表2に示す構成成分からなる「樹脂B−(2)」〜「樹脂B−(5)」を製造した。
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、樹脂A−(1)を固形分換算で300gと、イオン交換水1400gと、「着色剤分散液1」120gと、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3gをイオン交換水120mlに溶解させた溶液を仕込み、液温を30℃に調整した後、5Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10に調整した。次いで、塩化マグネシウム35gをイオン交換水35mlに溶解した水溶液を、攪拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間保持した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて90℃まで昇温し、90℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。この状態で、「コールターマルチサイザーIII」にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準におけるメディアン径が3.1μmになった時点で、樹脂B−(1)を固形分換算で45g添加し、さらに粒子成長反応を継続させた。所望の粒子径になった時点で、塩化ナトリウム150gをイオン交換水600mlに溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させ、さらに、融着工程として液温度90℃にて加熱攪拌することにより、FPIA−2100による測定で円形度0.965になるまで、粒子間の融着を進行させた。その後、液温30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを4.0に調整し、攪拌を停止した。
凝集・融着工程にて生成した粒子分離機「MARKIII型式番号60×40」(松本機械(株)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、前記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」(セイシン企業社製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥してトナー用母体粒子を作製した。
上記で得られたトナー母体粒子に、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm)を1.2質量%および疎水性チタニア(数平均一次粒子径=20nm)を0.6質量%添加し、ヘンシェルミキサーにより混合して、本発明のトナーを作製した。
上記トナーの各々に対してシリコン樹脂を被覆した体積平均粒径60μmのフェライトキャリアを混合し、トナー濃度が6%の「現像剤1〜10」を調製した。
〈実写評価〉
評価装置としては、bizhub PRO C500の定着装置を改造して定着速度、加熱ローラの定着温度を制御可能にして実写を行った。定着器の仕様は下記に示した。
加熱ロールの表面材質:PTFE
評価は、上記評価装置に上記で作製したトナーを順番に装填し、20℃、50%RHの環境で、以下の評価項目について行った。
貯蔵弾性率G’の測定方法は本文中の前述内容に従って測定を行った。
定着下限温度の評価は、常温常湿(20℃、50%RH)の環境で、シームレスベルトの表面温度を5℃刻みで任意に変更し、定着画像を作成して行った。具体的には、得られた各定着画像の定着強度を、メンディングテープ剥離法により測定し、定着率が80%以上得られた定着温度を定着可能温度として評価した。以下、メンディングテープ剥離法について説明する。
1)ベタ画像の絶対反射濃度D0を測定する。
2)「メンディングテープ」(住友3M社製:No.810−3−12)を、ベタ画像に軽く貼り付ける。
3)1kPaの圧力でテープの上を3.5回往復擦り付ける。
4)180℃の角度、200gの力でテープを剥がす。
5)剥離後の絶対反射濃度D1を測定する。尚、画像濃度の測定には、反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を使用した。
6)定着率を算出する。定着率(%)=D1/D0×100
尚、定着下限温度が115℃以下であれば低温定着性は合格レベルである。
定着下限温度+20℃の定着温度に設定して、トナー付着量12.5g/m2のべた画像を画出しする。定着画像の光沢度は、JIS Z 8741に準じて光沢計「GMX−203」(村上色彩技術研究所(株)製)を用い、75°測定角型を選択し測定を行った。光沢度は、測定画像の中央部および四隅の5点を測定し、5点のGloss差により光沢ムラを評価した。
◎: Gloss差≦6
○: 6<Gloss差≦14
×:14<Gloss差
〈耐高温オフセット性〉
定着ベルトの表面温度を150℃に設定し、高温オフセット発生の有無を目視判定した。
◎:高温オフセットの発生がほとんど見られないもの。
○:高温オフセットの発生が少し見られるが、実用上問題ないもの。
×:高温オフセットの発生がはっきりみられ、実用上問題のあるもの。
11Y、11M、11C、11Bk 帯電手段
12Y、12M、12C、12Bk 露光手段
13Y、13M、13C、13Bk 現像手段
131Y、131M、131C、131Bk 現像スリーブ
14a 中間ベルト
14Y、14M、14C、14Bk 転写手段
14b 2次転写手段
16 分離手段
17 定着装置
18 排出口
30 定着装置
31 加熱ローラ
31a 加熱部材
31b 芯金
31c 被覆層
32 加圧ローラ
32a 芯金
32b 被覆層
33 分離爪
40 定着装置
41 加熱ローラ
41a 加熱源
42 支持ローラ
43 定着ベルト
44 対向ローラ
100Y、100M、100C、100Bk 画像形成ユニット
T トナー像
N 定着ニップ部
P 転写材
Claims (5)
- 60℃における貯蔵弾性率〔G’(60)〕と80℃における貯蔵弾性率〔G’(80)〕の比G’(60)/G’(80)の値が1×102〜1×104であり、100℃におけるトナーの貯蔵弾性率G’(100)と120℃における貯蔵弾性率G’(120)の比G’(100)/G’(120)の値が1〜10であり、かつ140〜160℃における貯蔵弾性率〔G’(140〜160)〕が102dyn/cm2以上であることを特徴とする電子写真用フルカラートナー。
- 請求項1に記載のトナーが少なくとも主成分樹脂A及び副成分樹脂Bにより構成され、樹脂A及びBそれぞれの110℃における貯蔵弾性率の比G’(B)/G’(A)の値が1×10〜1×103であることを特徴とする電子写真用フルカラートナー。
- 電子写真用フルカラートナーの製造方法であって、乳化凝集方法により請求項1又は2に記載の電子写真用フルカラートナーを製造することを特徴とする電子写真用フルカラートナーの製造方法。
- 請求項1又は2に記載の電子写真用フルカラートナーと体積メディアン径が25〜60μmのキャリアを含有することを特徴とする電子写真用現像剤。
- 電子写真感光体上に形成された静電潜像をトナーを含有する現像剤を用いて顕像化したトナー像を記録紙に転写し、定着する画像形成方法において、該現像剤が請求項4に記載の電子写真用現像剤であり、プリント速度が230mm/sec以上であることを特徴とする画像形成方法。
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