JP2008139366A - 静電荷現像用トナーおよびその製造方法、それを用いた静電荷現像剤 - Google Patents

静電荷現像用トナーおよびその製造方法、それを用いた静電荷現像剤 Download PDF

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Abstract

【課題】電子写真プロセスから発生するVOCを低減する。
【解決手段】静電荷像現像用トナーは、トナーを加熱して発生する揮発性ガス成分のガスクロマトグラフィー分析から得られる1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンの各面積値をそれぞれa, b, c, d,e,f, g, hとした時、Z1、Z2が下記式を満足する。
Z1=5.2×10−6a+9.6×10−7b+2.7×10−6c−2.5×10−6d+8.7×10−6e+1.5×10−7f+1.1×10−6g+8.3×10−7h−1.81
Z2=−6.9×10−6a+4.6×10−6b−3.9×10−7c+2.5×10−6d−2.1×10−5e+2.3×10−7f−6.8×10−7g+1.2×10−6h−1.82
但し、Z1≦0 かつZ2≦0.9
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷現像トナー(以下、電子写真トナーともいう)とその製造方法に関する。また、これらの製造方法を利用して得られた静電荷現像剤に関する。
近年、電子写真用トナー製造においては、従来の高画質化要求、高生産性要求に加えてLOHASに代表される環境負荷低減の観点でのより省エネルギー化要求が高まっている。
これらの電子写真用トナーへの要求を満足させるためには、従来の100℃以上の高温で樹脂を溶融混錬した後、粉砕分級を行う混錬粉砕法から、100℃以下の温度でトナー製造を行い、しかも混錬粉砕法に比較してトナー粒子径、構造などのトナーの粉体特性をより精密に制御可能な乳化重合凝集法、懸濁重合法などの化学製法に移行しつつある。
一方、これら化学製法トナーは従来の混錬粉砕法に比較してトナー中に残留する揮発性有機物含有量が多く、その長時間またはより高温定着を必要とする高速電子写真システムでは、揮発性有機物による機内汚染によるシステムの品質低化、低寿命化、各種部材のリサイクル性低下、マシンからの揮発物のマシン外拡散による臭いの問題がクローズアップされている。特に臭いの問題に関しては、オフィスがより小面積で、高速で複写またはプリントを行うSOHO環境での利用に特に課題となり、発生する臭いは使用環境に拡散、臭いの閾値を超えて充満する事で悪臭として認知され、これら悪臭レベルは人間工学的な観点で生理的嫌悪性(刺激性、不快度)、作業性の低下など統計学的解析手法により臭いの許容レベルが評価されている。
これらトナーからの有機性揮発物(VOC)に関しする上記種々の問題に対して、その原因が樹脂材料として重合に用いたビニル系重合性単量体の残留物、メルカプタン系分子量調整剤残留物が主な原因として考えられ、その改善策としては、温度、時間などの重合条件により本重合性単量体を一定量以下になるまで重合を行う(重合完結策)、より反応性の高い分子量調整剤の選択、揮発しても影響の少ない調整剤の選定などの手法が検討されている(例えば、特許文献1,2,3)。
また、重合後の残留しているビニル性単量体、分子量調整剤を除去する目的で重合後の樹脂分散液を、約80℃、常圧下など温和な条件で蒸留し上記残留物を取り除く事が検討されている(例えば、特許文献4)。
特開2002−040709号公報 特開2002−040711号公報 特開2002−162782号公報 特開2005−202183号公報
本発明は、上記主に水系媒体中で製造を行う化学製法トナーに関し、その電子写真プロセスからの発生するVOCを低減し、その機内汚染および直接トナーから発生する臭いを改善する事を目的とし、電子写真使用環境での生理的嫌悪性などを改善する事を目的としている。
上記課題に対して本発明おいて鋭意検討した結果、電子写真トナーからのVOCによる種々の問題を解決するためには、上記課題として認識されて来たビニルモノマー、分子量調整剤残留に由来する有機性揮発物量を一定量以下にする事は必要であるが、それ以上に課題の主原因となるものは、トナー中に残留するビニル性単量体、分子量調整剤ではなく、モノマー中にそもそも含有されている“未反応性の揮発性不純物の混合体”である事が検討の結果明らかとなった。これらは、ビニル系重合性単量体などを製造する場合において副反応物として混入し、未反応性であるが故に樹脂重合後もトナー内に残留すると考えられる。
従って、従来検討されている様な重合性単量体のより重合完結策、分子量調整剤の変更では課題は解決できない事が明白となった。また、これら未反応性不純物は、沸点が100℃以上で蒸気圧が低いものが大部分であり、上記例にある温和な樹脂分散液の蒸留操作では取り除く事が出来ない。
よって、本発明は、下記に示す手段により化学製法トナーの課題であるマシンの臭いに対して原因となる揮発性有機物の低減されたトナー、その製造方法、それを用いた静電荷現像剤を提供する事を目的としている。
上記、電子写真プロセスにおけるVOC機内汚染、臭い課題に対して各種中低速から高速機マシン運転中に発生するVOC成分の定量分析を行い、さらに各種マシンから定量さらた各種VOC成分と実際のマシン内汚染程度および運転中の臭いに関するパネラーテスト(任意に抽出された男女による官能評価法)を実施し、得られた結果と検地されたVOC全成分を多変量解析手法(PLS法)により統計学的処理を行い各種問題とVOC成分との因果関係を検討した結果以下の要件を満足したトナーおよび現像剤を用いる事により課題を改善出来ることを見出し本発明に至った。即ち、以下の通りである。
(1)トナーを130℃/3分加熱して発生する揮発性ガス成分のガスクロマトグラフィー分析から得られる1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンの各面積値をそれぞれa, b, c, d,e,f, g, hとした時、Z1、Z2が下記式1を満足することを特徴とする静電荷像現像用トナーである。
(式1)
Z1=5.2×10−6a+9.6×10−7b+2.7×10−6c−2.5×10−6d+8.7×10−6e+1.5×10−7f+1.1×10−6g+8.3×10−7h−1.81
Z2=−6.9×10−6a+4.6×10−6b−3.9×10−7c+2.5×10−6d−2.1×10−5e+2.3×10−7f−6.8×10−7g+1.2×10−6h−1.82
但し、Z1≦0 かつZ2≦0.9
(2)上記トナーが水系溶媒中での重合工程を含む事を特徴とする静電荷像現像用トナーである。
(3)ビニル系二重結合を有する重合性単量体を含む重合性単量体を水系溶媒中で重合させ樹脂粒子分散液を得る工程と、前記樹脂粒子分散液を蒸留する工程と、蒸留済樹脂粒子分散液と、少なくとも着色剤を分散させてなる着色剤粒子分散液と、場合により離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液と混合し、前記樹脂粒子と顔料粒子と離型剤粒子とを凝集させて凝集粒子を形成した後、加熱して前記凝集粒子を融合して静電荷像現像用トナーを製造する静電荷像現像用トナーの製造方法である。
(4)前記樹脂粒子分散液を蒸留する工程が減圧蒸留である事を特徴とする静電荷像現像用トナーを製造する上記(3)に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
(5)キャリアと上記(1)または(2)に記載の静電荷像現像用トナーとを含有する静電荷像現像用現像剤である。
本願請求項1に係る発明によれば、従来課題であったトナーの揮発性有機物質の発生を抑制し、臭気において著しく改善されたトナーを提供する事が可能となる。
本願請求項2に係る発明によれば、粉砕トナーに比べ、より臭気を改善することができる。
請求項3に係る発明によれば、樹脂粒子分散液を蒸留することによって、トナー中の臭気成分を削減することができる。
請求項4に係る発明によれば、減圧蒸留することにより、常圧では揮発し難い臭気成分も除去することが可能となり、トナーの臭気を改善することができる。
請求項5に係る発明によれば、臭気性の改善された現像剤を提供することができる。
本実施の形態の静電荷像現像用トナーおよびその製造方法は、一般に化学製法トナーと呼ばれる湿式製法トナーおよび場合により混錬粉砕法にも適用可能であるが、特に湿式製法で有効である。この場合湿式製法トナー(化学製法トナー)とは、乳化重合凝集法、懸濁重合法、溶融懸濁法など水系媒体中への樹脂、モノマー成分を乳化、分散、必要により重合工程をへるトナーの製造方法であり、この中でもビニル系モノマーから重合される樹脂成分をそのトナー構成成分とする場合において特に有効である。
これら各種製造法でのトナーにおいて、130℃で一定量のトナーを一定時間加熱し、発生した混合VOCガスをガスクロマトグラフィー(GCMS法)により分離定量化し、その構成成分およびそれぞれの含有量によりその混合VOCガスの2次元空間上での位置づけを多変量解析手法により求め、この混合VOCガスの定量2次元空間座標を求めた(K.Joreskog, Factor Analysis by Least Squares and Maximum Likelihood Methods, John Wiley &Sons (1977), G.N.Lance and W.T.Williams, Computer Journal,9,373 (1967), G.W.Milligan, Psychometrika,45,325 (1980), S.J.Press, Journal of the American Statistical Association 73,699(1978).。さらに、上記分析に使用した各種トナーを使用したマシンを換気を遮断した一定の温度、湿度下の測定環境室で連続運転を行い、マシンより発生した臭気の男女パネラーによる官能テスト(任意に抽出した30人以上の男女による臭気の官能評価)による臭いの強さ、不快度などを別途評価し、得られた結果をさらに混合VOC成分の空間位置との相関解析を行った結果、VOCによる電子写真での各種問題が、1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンを低減する事により大きく改善できる事を見出し本発明に至った。
ここで、上述の官能テストの結果と検地されたVOC全成分を多変量解析手法(PLS法)により統計学的処理を行い各種問題とVOC成分との因果関係を検討し、以下の式1を導き出した。まず、主成分分析(PCA:Principal Component Analysis)とは、多変量データの持つ特徴を主成分と呼ばれる指標を用いて表現する手法である。主成分分析を行うことでデータ間の関係や変数間の相関をつかむことができる。
上記PLS(Partial Least Squares)法は、PCAを拡張して予測性の高い線形モデルを構築できるようにした多変量回帰手法である。PLS法では説明変数Xをそのまま回帰分析に用いるのではなく、説明変数の線形結合である主成分tを用いてPLS法の最適なモデリングを行う。これに対して、PLS法では説明変数の数がサンプル数を上回る場合でもモデルを構築することができる。さらに逆行列演算を含まないため、共線性の問題は生じない。また、主成分を通して説明変数の情報を順次使うので、PLSモデルの自由度を変えながら予測性を検討することができる。そこで、実施の形態ではこのPLS手法を用いて、官能評価とVOC主成分との相関関係のモデルを構築した。
PLS法において、説明変数Xと目的変数Yの間でY=f(X)という線形モデルを構築する手法である。本実施の形態では、目的変数として、臭気成分を2種の主成分に分け、第1主成分として1−ブタノール、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンと、第2主成分としてエチルベンゼンとした。本発明においてはこれら2つの目的変数値をパネラーによる官能テスト(任意に抽出した30人以上の男女による臭気官能評価)結果と対比した場合、これら目的変数を一定値以下に制御する事で官能評価が著しく改善される事を見出した。
即ち各VOC成分、すなわち1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンのガスクロマトグラフィーでの各面積値の大きをそれぞれa, b, c, d,e,f, g, hとした時、下記で示すZ1、Z2が1式を満足させることによって、低臭気のトナーであるとパネラーによる官能評価の結果が得られた。つまり、下記式1において、Z1>0または/かつZ2>0.9の場合は十分な改善を達成する事が出来ない。
(式1)
Z1=5.2×10−6a+9.6×10−7b+2.7×10−6c−2.5×10−6d+8.7×10−6e+1.5×10−7f+1.1×10−6g+8.3×10−7h−1.81
Z2=−6.9×10−6a+4.6×10−6b−3.9×10−7c+2.5×10−6d−2.1×10−5e+2.3×10−7f−6.8×10−7g+1.2×10−6h−1.82
但し、Z1≦0 かつZ2≦0.9
但し、ここでの各種成分の面積値は標準物質としてトルエンを使用し、トルエン飽和水溶液を60℃、90分加熱した場合の気液平衡にあるトルエンサンプルの面積測定(MHE法:日本分析化学会第49年会講演要旨集、p40(2000)、第8回高分子分析討論会講演要旨集、p129 (2003))から単位面積あたりのトルエン量求め、この値が毎回2.5×10−12gとなる様に面積補正を行い測定上の物理的誤差を基準値2.5×10−12に対して補正する必要がある。従ってトナーサンプル測定においては必ず事前にトルエン水溶液からのトルエン量を測定し、各サンプルの面積値を下記(式2)により毎回測定誤差を補正したもの(各サンプル面積補正値)を使用する事がその精度上必要である。
(式2)
各サンプル面積補正値=(各サンプル面積値)/{(単位面積あたりのトルエン量)/2.5×10−12}
本実施の形態の静電荷像現像用トナーの製造方法は、ビニル系二重結合を有する重合性単量体を含む重合性単量体を水系溶媒中で重合させ樹脂粒子分散液を得る工程と、前記樹脂粒子分散液を蒸留する工程と、蒸留済樹脂粒子分散液と、少なくとも着色剤を分散させてなる着色剤粒子分散液と、場合により離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液と混合し、前記樹脂粒子と顔料粒子と離型剤粒子とを凝集させて凝集粒子を形成した後、加熱して前記凝集粒子を融合して静電荷像現像用トナーを製造するものである。
上記式1において、上記Z1およびZ2を満足するトナーを製造するためには、上記トナー樹脂分散液またはトナー粒子を水中に乳化または分散した状態で、VOC成分の蒸留(ストリッピング操作)を行う事が有効であり、特にその粒子径がサブミクロン径で行う事が特に有効である。
この場合、ストリッピング法としては工業的に用いられる種々の手法、例えば加熱した乳化、分散液中に窒素、空気などの気体ガスを吹き込む手法、加熱減圧による手法、これらの組み合わせ手法など用いる事が出来る。またこれらに加えて粒子内のVOC成分の媒体中への拡散を促進し、ストリッピング中の凝固物を低減する目的で水系媒体中のpHを調整する事も可能であり、この場合pHは3以上、より好ましくはpH4以上に調整することが特に有効である。
上述のストリッピング法を用いる場合、吹き込む気体ガスの流量は40〜600L/min/mであり、好ましくは100〜400L/min/mである。
また、減圧蒸留および減圧ストリッピング法を用いる場合、その処理温度での水の蒸気圧〜同、水の蒸気圧+20kPaの範囲に減圧度を制御とすることにより、樹脂粒子分散液の樹脂粒子の特性を変化させることなく、より臭気成分を効率的に除去し減少させることができる。
本実施の形態におけるトナーの製造方法は、先に示した様に乳化凝集法、懸濁重合法などの化学製法トナー、混錬粉砕トナーに適用可能であるが、特に化学製法トナー、より好ましくはラジカル重合性のビニル基を含有する不飽和モノマーからの乳化重合、または重付加、重縮合などにより重合した樹脂成分と先のビニル基含有モノマーを乳化安定後にミニエマルジョン重合する事によりトナー樹脂を重合し、顔料、ワックスなどを含有したトナーを凝集、加熱融合し製造するいわゆる乳化重合法があげられる。
ラジカル重合性のビニル基を含有するモノマーとしては、芳香族系ビニル単量体、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、ビニルエステル系単量体、ビニルエーテル系単量体、モノオレフィン系単量体、ジオレフィン系単量体、ハロゲン化オレフィン系単量体等を挙げることができる。芳香族系ビニル単量体としては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレン等のスチレン系単量体及びその誘導体が挙げられる。(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、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−2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、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、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等が挙げられる。ビニルエステル系単量体としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等が挙げられる。ビニルエーテル系単量体としては、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルフェニルエーテル等が挙げられる。モノオレフィン系単量体としては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。ジオレフィン系単量体としては、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等が挙げられる。ハロゲン化オレフィン系単量体としては、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル等が例示する事ができるが、これらに制限される事はなく、またこれらのモノマーは単独または2種類以上併用して用いても良い。
さらにこれらのモノマーの重合は、乳化重合法、ミニエマルジョン法、懸濁重合法、分散重合法など公知の重合手法、開始剤、乳化剤、安定剤を併用する事が可能であり、なんら本発明を制限するものではない。
これら樹脂粒子の乳化または分散液の凝集工程では、水系媒体中で上記樹脂粒子分散液を、必要に応じて着色剤粒子分散液及び離型剤粒子分散液と混合し、さらに凝集剤を添加し、これら粒子を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ことができる。また、このように凝集して第一の凝集粒子形成後、さらに別のポリマー微粒子分散液を添加し第一の粒子表面に第2のシェル層を形成することも可能である。なお、この例示においては、着色剤分散液を別に調製しているが、樹脂粒子に予め着色剤が配合されている場合には、着色剤分散液はなくても良い。
その後、融合工程において、樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移点以上又は融点以上の温度に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、必要に応じて洗浄、乾燥することにより、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、凝集剤としては、界面活性剤のほか、無機塩、2価以上の金属塩を好適に用いることができる。特に、金属塩を用いる場合、凝集性制御及びトナー帯電性などの特性において好ましい。
以下、用いるトナーの構成成分について説明する。
まず、着色成分としては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、ベンガラ、紺青、酸化チタン等の無機顔料、ファストイエロー、ジスアゾイエロー、ピラゾロンレッド、キレートレッド、ブリリアントカーミン、パラブラウン等のアゾ顔料、銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン顔料、フラバントロンイエロー、ジブロモアントロンオレンジ、ペリレンレッド、キナクリドンレッド、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料があげられる。クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラロゾンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、デュポンオイルレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、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ート、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などの種々の顔料などが挙げられ、これらは1種又は2種以上を併せて使用することができる。
離型剤としては、例えば、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等の天然ワックス、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、サゾールワックス、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、パラフィンワックス、モンタンワックス等の合成或いは鉱物・石油系ワックス、脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックスなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、これらの離型剤は、1種単独で用いても良く、2種以上併用しても良い。離型剤の融点は、保存性の観点から、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。また、耐オフセット性の観点から、110℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい。
その他、必要に応じて内添剤、帯電制御剤、無機粉体(無機微粒子)、有機微粒子等の種々の成分を添加することができる。内添剤としては、例えば、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、又はこれら金属を含む化合物などの磁性体等が挙げられる。帯電制御剤としては、例えば4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料などが挙げられる。また、無機粉体は主にトナーの粘弾性調整を目的として添加され、例えば、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、燐酸カルシウム、酸化セリウム等の下記に詳細に列挙するような通常、トナー表面の外添剤として使用されるすべての無機微粒子が挙げられる。
以上説明した本発明の静電荷現像トナーの製造方法により得られるトナーは、静電荷現像剤として使用される。この現像剤は、この静電荷像現像トナーを含有することの外は特に制限はなく、目的に応じて適宜の成分組成をとることができる。静電荷像現像トナーを、単独で用いると一成分系の静電荷像現像剤として調製され、また、キャリアと組み合わせて用いると二成分系の静電荷像現像剤として調製される。
キャリアとしては、特に制限はなく、それ自体公知のキャリアが挙げられ、例えば、特開昭62−39879号公報、特開昭56−11461号公報等に記載された樹脂被覆キャリア等の公知のキャリアを使用することができる。
キャリアの具体例としては、以下の樹脂被覆キャリアが挙げられる。即ち、該キャリアの核体粒子としては、通常の鉄粉、フェライト、マグネタイト造型物などが挙げられ、その平均粒径は30〜200μm程度である。前記核体粒子の被覆樹脂としては、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α−メチレン脂肪酸モノカルボン酸類、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の含窒素アクリル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等のビニルピリジン類、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、プロピレン等のポリオレフィン類、メチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等のシリコーン類、フッ化ビニリデン。テトラフルオロエチレンヘキサフルオロエチレン等のビニル系フッ素含有モノマーの共重合体、ビスフェノール、グリコール等を含むポリエステル類、エポキシ樹脂、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、などが挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で使用してもよいし、あるいは2種以上併用してもよい。該被覆樹脂の量としては、キャリアに対して0.1〜10重量部程度であり、0.5〜3.0重量部が好ましい。前記キャリアの製造には、加熱型ニーダー、加熱型ヘンシェルミキサー、UMミキサーなどを使用することができ、前記被覆樹脂の量によっては、加熱型流動転動床、加熱型キルンなどを使用することができる。
なお、静電荷像現像剤における、静電荷像現像トナーと、キャリアとの混合比としては、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。
また、静電荷現像剤(静電荷現像トナー)は、通常の静電荷現像方式(電子写真方式)の画像形成方法に使用することができる。本発明の画像形成方法は、具体的には、例えば、静電潜像形成工程、トナー画像形成工程、転写工程、及びクリーニング工程を含む。前記各工程は、それ自体一般的な工程であり、例えば、特開昭56−40868号公報、特開昭49−91231号公報等に記載されている。なお、本発明の画像形成方法は、それ自体公知のコピー機、ファクシミリ機等の画像形成装置を用いて実施することができる。前記静電潜像形成工程は、静電潜像担体上に静電潜像を形成する工程である。前記トナー画像形成工程は、現像剤担体上の現像剤層により前記静電潜像を現像してトナー画像を形成する工程である。前記現像剤層としては、前記本発明の静電荷像現像トナーを含有する本発明の静電荷像現像剤を含んでいれば特に制限はない。前記転写工程は、前記トナー画像を転写体上に転写する工程である。前記クリーニング工程は、静電潜像担持体上に残留する静電荷像現像剤を除去する工程である。本発明の画像形成方法においては、さらにリサイクル工程をも含む態様が好ましい。前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程において回収した静電荷像現像トナーを現像剤層に移す工程である。このリサイクル工程を含む態様の画像形成方法は、トナーリサイクルシステムタイプのコピー機、ファクシミリ機等の画像形成装置を用いて実施することができる。また、クリーニング工程を省略し、現像と同時にトナーを回収する態様のリサイクルシステムにも適用することができる。
以下に本発明におけるより具体的比較例および実施例について説明を行うが、以下の実施例は本発明の内容について何ら限定するものではない。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」はすべて「重量部」を意味する。
[評価方法および測定方法]
(粒度および粒度分布測定方法)
本発明における粒度および粒度分布測定について述べる。本発明において測定する粒子が2μm以上の場合、測定装置としてはコールターマルチサイザー−II型(ベックマンーコールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマンーコールター社製)を使用した。
測定法としては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ホン酸ナトリウムの5%水溶液2ml中に測定試料を0.5〜50mg加える。これを前記電解液100〜150ml中に添加した。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−II型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて2〜60μmの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布、個数平均分布を求めた。測定する粒子数は50000であった。
また本発明におけるトナーの粒度分布は以下の方法により求めた。測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、粒度の小さいほうから体積累積分布を描き、累積16%となる体積平均粒径をD16と定義し、累積50%となる体積平均粒径をD50と定義する。さらに累積84%となる体積平均粒径をD84と定義する。
本発明における体積平均粒径は該D50であり、GSDは以下の式によって算出した。
GSD=(D84/D16)0.5
同様に、測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、粒度の小さいほうから数累積分布を描き、累積50%となる粒径を数平均粒径と定義する。
また、本発明において測定する粒子が2μm未満の場合、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700:堀場製作所製)を用いて測定した。測定法としては分散液となっている状態の試料を固形分で約2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、約40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、約2分待って、セル内の濃度がほぼ安定になったところで測定する。得られたチャンネルごとの体積平均粒径を、体積平均粒径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒径とした。
(トナーの重量平均分子量の測定方法)
本発明の静電荷象現像用トナーの重量平均分子量は、以下の条件で行ったものである。GPCは「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)装置」を用い、カラムは「TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)社製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min.、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、IR検出器を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー社製「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作製した。
(トナーのガラス転移温度の測定方法)
本発明のトナーの融点およびガラス転移温度は、ASTMD3418−8に準拠して測定された主体極大ピークより求めた。
主体極大ピークの測定には、パーキンエルマー社製のDSC−7を用いることができる。この装置の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛との融点を用い、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いる。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で測定を行った。
[トナーの製造例]
(樹脂粒子分散液1の調製)
還流冷却管、攪拌機、窒素導入管、モノマー滴下口の付いたリアクターに、イオン交換水3460部にドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム3.3部を溶解させた後スチレン30.6部、ブチルアクリレート9.4部、アクリル酸ダイマー1.2部、ドデカンチオール0.3部を加えて室温でよく攪拌し乳化安定化した(乳化液1)。さらに、攪拌機付容器中にスチレン3000部、ブチルアクリレート940部、アクリル酸ダイマー120部、ドデカンチオール63部、39部のドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウムを溶解した1690部のイオン交換水を投入しホモミキサーを用いて別途乳化した。乳化後は4枚傾斜パドルの攪拌装置により緩やかに攪拌を継続した(乳化液2)。乳化液1の内部の窒素置換を十分に行った後さらに窒素を導入しながら温度を75℃まで加熱し、これに過硫酸アンモニウム(APS)10%水溶液を600部添加しそのまま加熱を10分間行った後、乳化液2をポンプにより乳化液1の反応器のモノマー滴下口より3時間かけて徐々に敵下し75℃での反応を継続した。さらに乳化液2の滴下終了後さらに反応を75℃で3時間継続後、冷却し粒子径200nm、固形分濃度41.0%の樹脂粒子分散液1を得た。
得られた樹脂粒子を乾燥し、その分子量を測定したところ重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃であった。
(樹脂粒子分散液2の調製)
上記得られた樹脂粒子分散液1を1000部分取し、抽出管(加熱により揮発した蒸気成分を反応器に戻す事なく反応系外へ取り出す装置)、攪拌機、窒素導入管、サンプル投入口のついた反応器に仕込み90℃に加熱し、さらに窒素導入管より400L/min/m(リアクター気液界面 単位面積当たり)の流量の窒素ガスを気相中に導入し、樹脂粒子分散液中の水を50%(287.5部)抽出した。この場合、50%とは処理前の樹脂粒子の固形分濃度より、固形分以外が全て水として全水量の50%に相当する量を示している。さらに、内部より水を3%(17部)抽出する毎に新たにイオン交換水を抽出した量と同量サンプル投入口より添加し、樹脂分散液の濃度が抽出操作中に一定になるように調整し、樹脂粒子固形分濃度の高濃度化を防止した。得られた樹脂粒子分散液を樹脂粒子分散液2とし、その特性を評価したところ粒子径200nm、固形分濃度41.0%、重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃であり樹脂粒子分散液と変化がなかった。
(樹脂粒子分散液3の調製)
上記樹脂粒子分散液2の調製で、窒素ガスの変わりに空気を吹き込んだ以外は同様に処理を行い粒子径200nm、固形分濃度41.2%、重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃の樹脂粒子分散液3を得た。
(樹脂粒子分散液4の調製)
上記樹脂粒子分散液2において、抽出前の樹脂粒子分散液のpHを1N水酸化ナトリウム水溶液にてpH7に調整し、さらに気相中に吹き込んだ窒素ガスを水相中に40L/min/m吹き込みながら抽出した以外は同様に処理し、粒子径200nm、固形分濃度41.1%、重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃の樹脂粒子分散液4を得た。
(樹脂粒子分散液5の調製)
上記樹脂粒子分散液2において、加熱温度を75℃、窒素ガス流量を400L/min/m、また反応器内を40kPaに減圧した以外は同様の操作を行い、粒子径200nm、固形分濃度41.0%、重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃の樹脂粒子分散液5を得た。
(樹脂粒子分散液6の調製)
上記樹脂粒子分散液2において、加熱温度を75℃、窒素ガス流量を400L/min/m、また反応器内を55kPaに減圧した以外は同様の操作を行い、粒子径200nm、固形分濃度41.0%、重量平均分子量32000、数平均分子量11000、またそのガラス転移温度は52℃の樹脂粒子分散液5を得た。
(離型剤微粒子分散液(W1)の調製)
・ポリエチレンワックス ・・・・3000部
(東洋ペトロライト社製、Polywax725、融点103℃)
・ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム ・・・・30部
・イオン交換水 ・・・・6700部
上記成分をホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で95℃に加熱しながら十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(ゴーリン社製、ゴーリンホモジナイザー)で分散処理し、離型剤微粒子分散液(W1)を調製した。得られた分散液中の離型剤微粒子の個数平均粒子径D50nは260nmであった。その後イオン交換水を加えて、分散液の固形分濃度を30%に調整した。
(顔料分散液Kの調製)
・カーボンブラック(キャボット社製、Regal330) ・・・・2000部
・ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム ・・・・200部
・イオン交換水 ・・・・7800部
上記成分を、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて約1時間分散して黒色顔料の分散液を調製した。分散された顔料の平均粒径は、150nmであり、その後イオン交換水を加えて分散液の固形分濃度を20%に調整した。
(比較例1)
(トナー粒子1の調製):
上記ラジカル重合性単量体を重合して得られた樹脂粒子分散液(1)を495部、上記顔料分散液K116部、離型剤微粒子分散液(W1)を104部、イオン交換水1180部をSUS容器に入れ、Ultraturraxにより8000rpmでせん断力を加えながら15分間分散混合する。ついで凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの10%硝酸水溶液30部を徐々に滴下した。この際、原料分散液のpHは2.8〜3.2の範囲に0.1Mの水酸化ナトリウム水溶液および0.1M硝酸水溶液により調整した。
その後、攪拌装置、温度計を備えたステンレススチール重合釜にて原料分散液を攪拌しながら樹脂粒子、顔料粒子、ワックス粒子を徐々に加熱凝集し体積平均粒子径(コールターカウンター社 TA−II型 アパーチャー径 50μm)を5.0μmに調整した。その後、樹脂粒子分散液(1)240部をさらに滴下し、粒子径を55℃で6.0μmに調整後、pHを1M 水酸化ナトリウム水溶液を添加しpHを7.0に上げた後、95℃に昇温し3時間保持しポテト形状の体積平均粒子径6.0μm、体積平均粒子径分布(GSDv)1.21のトナー粒子を得た。その後、冷却し45μmメッシュで篩分し、十分な水洗を繰り返した後フラッシュジェットドライヤー(セイシン企業株式会社製)でその水分率を0.5%まで乾燥し、トナー粒子1を得た。
(ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定)
ヘッドスペースサンプラー(パーキンエルマー社製、TurboMatrix HS)を装備したガスグラフィー質量分析計(島津製作所製GCMS−QP2010)を用いて以下の条件にて揮発VOCガスを測定しその面積値の定量を行った。
面積補正用トルエン飽和水溶液からのトルエン量測定:
水10g、トルエン10gを25℃にて8時間混合した後、水相のみを取り出しトルエン飽和水溶液を作成した(トルエンの水への25℃での飽和溶解度は5.63mmol/L)。これを100倍希釈し、その2gを60℃、90分加熱した後、気液平衡にあるサンプルをカラムにヘッドスペースサンプラーより注入しGCMS分析を行った(カラム:Rtx−1,長さ60m,膜厚1.0μm,内径0.32mm,カラムオーブン40℃、気化室温度150℃、マススペクトルイオン源温度200℃、インターフェース温度250℃、検出器電圧0.8kV)。
本測定終了後、同じサンプル(上記ヘッドスペーサー内サンプル)を使用し上記の測定操作を5回繰り返し、抽出回数とそれぞれ測定された面積値の関係より単位面積当たりのトルエン量を求めたところ2.5×10−12であった(MHE法)。
トナー粒子1のVOC測定:
50mgのトナー粒子1を上記ヘッドスペーサーサンプラーに挿入し、130℃で3分加熱し発生したガスを上記ガスクロマトフィーに注入し上記と同様にGCMS分析を行った。
得られたガスクロマト/マススペクトルピークから1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンのピーク面積を求め、前記“発明を実施するための形態”に示した式1)および式2)を用いてZ1、Z2の値を求めた(表1)。またその空間座標を図1に示した。
(現像剤1の調製及び評価)
得られたトナー粒子1が100部に対して、コロイダルシリカ(日本アエロジル社製、R972)1部を外添し、ヘンシェルミキサーを用いて混合することにより、静電荷像現像トナーを得た。さらにフェライト粒子(パウダーテック社製、体積平均粒径50μm)100部とメチルメタクリレート樹脂(三菱レイヨン社製、分子量95000)1部とを、トルエン500部と共に加圧式ニーダーに入れ、常温で15分間混合した後、減圧混合しながら70℃まで昇温し、トルエンを留去した後、冷却し、105μmの篩を用いて分粒することにより、フェライトキャリア(樹脂被覆キャリア)を作製した。このフェライトキャリアと、上記静電荷像現像トナーとを混合し、トナー濃度が7重量%である二成分系の静電荷像現像剤を作製した。
マシンからの揮発性VOCの評価:
3m×3m×2mの密閉したストレス恒温恒湿チャンバー(内部Air循環、28℃、80%RH)内に富士ゼロックス製Docu Centre af235G 改造機を設置し、富士ゼロックス社製V602 A4 PPC紙を用いて上記現像剤1を使用し、5000枚(カバレッジ20%)の連続プリントを行った後、男女各15人(計30人)に部屋の臭いを嗅いでもらい以下の基準で評価した結果、半数以上が容易に臭いを感じ、激しい不快感を訴えた(表1)。
◎:30人中27人以上が殆ど臭気を感じない。
○:30人中24人以上が殆ど臭気を感じない。
△:30人中21人以上が殆ど臭気を感じない。
×:30人中10人以上が容易に臭いを感じ、その臭いは不快である。
但し、上記被験者には、“僅かな臭気”の基準としてテスト前に予め臭覚測定用基準臭として1cm×3cmのろ紙に含ませたB10-4.5(第一薬品産業(株):知覚レベルとして“ほんのり香る”)調合液を嗅いでもらいそれより臭いが少ない場合を◎、それと同レベルを“僅かな臭気”とした。
(実施例1)
(トナー粒子2の調製)
上記比較例1でのトナー粒子1の調製において用いた樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液2を用いた以外は全て同様に行いトナー粒子2を調製した。また、ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。さらに、その空間座標を図1に示した。
(現像剤2の調製及び評価)
上記比較例1での現像剤1の調製において用いたトナー粒子1の代わりにトナー粒子2を用いた以外は全て同様に行い現像剤2を調製した。また、現像剤2を用いたマシンからのVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。
(実施例2)
(トナー粒子3の調製)
上記比較例1でのトナー粒子1の調製において用いた樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液3を用いた以外は全て同様に行いトナー粒子3を調製した。また、ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。さらに、その空間座標を図1に示した。
(現像剤3の調製及び評価)
上記比較例1での現像剤1の調製において用いたトナー粒子1の代わりにトナー粒子3を用いた以外は全て同様に行い現像剤3を調製した。また、現像剤3を用いたマシンからのVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。
(実施例3)
(トナー粒子4の調製)
上記比較例1でのトナー粒子1の調製において用いた樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液4を用いた以外は全て同様に行いトナー粒子4を調製した。また、ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。さらに、その空間座標を図1に示した。
(現像剤4の調製及び評価)
上記比較例1での現像剤1の調製において用いたトナー粒子1の代わりにトナー粒子4を用いた以外は全て同様に行い現像剤4を調製した。また、現像剤4を用いたマシンからのVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。
(実施例4)
(トナー粒子5の調製)
上記比較例1でのトナー粒子1の調製において用いた樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液5を用いた以外は全て同様に行いトナー粒子5を調製した。また、ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。さらに、その空間座標を図1に示した。
(現像剤5の調製及び評価)
上記比較例1での現像剤1の調製において用いたトナー粒子1の代わりにトナー粒子5を用いた以外は全て同様に行い現像剤5を調製した。また、現像剤5を用いたマシンからのVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。
(実施例5)
(トナー粒子6の調製)
上記比較例1でのトナー粒子1の調製において用いた樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液6を用いた以外は全て同様に行いトナー粒子5を調製した。また、ガスクロマトマトグラフィーによるVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。さらに、その空間座標を図1に示した。
(現像剤6の調製及び評価)
上記比較例1での現像剤1の調製において用いたトナー粒子1の代わりにトナー粒子5を用いた以外は全て同様に行い現像剤6を調製した。また、現像剤6を用いたマシンからのVOCガス測定も同様に行い結果を表1に示した。
Figure 2008139366
以上の結果より、実施例1〜5において、トナー中の揮発性VOCを低減しZ1≦0、Z2≦0.9を満足する事により、電子写真マシン運転中の不快な臭いの発生を低減し、密閉された空間における作業環境を大きく改善する事が可能となった。またその作業環境性はZ1、Z2の値がより小さいものほど改善効果が大きい。
本発明の静電荷現像用トナーは、特に電子写真法、静電記録法等の用途に有用である。
本発明における実施例と比較例を臭い成分に関する空間座標にプロットし、各種臭い成分に対する相関関係を説明する図である。

Claims (5)

  1. トナーを加熱して発生する揮発性ガス成分のガスクロマトグラフィー分析から得られる1−ブタノール、エチルベンゼン、n−ブチルエーテル、スチレン、プロピオン酸ブチル、クメン、ベンズアルデヒド、プロピルベンゼンの各面積値をそれぞれa, b, c, d,e,f, g, hとした時、Z1、Z2が下記式1を満足することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    (式1)
    Z1=5.2×10−6a+9.6×10−7b+2.7×10−6c−2.5×10−6d+8.7×10−6e+1.5×10−7f+1.1×10−6g+8.3×10−7h−1.81
    Z2=−6.9×10−6a+4.6×10−6b−3.9×10−7c+2.5×10−6d−2.1×10−5e+2.3×10−7f−6.8×10−7g+1.2×10−6h−1.82
    但し、Z1≦0 かつZ2≦0.9
  2. 上記トナーが水系溶媒中での重合工程を含む事を特徴とする静電荷像現像用トナー。
  3. ビニル系二重結合を有する重合性単量体を含む重合性単量体を水系溶媒中で重合させ樹脂粒子分散液を得る工程と、前記樹脂粒子分散液を蒸留する工程と、蒸留済樹脂粒子分散液と、少なくとも着色剤を分散させてなる着色剤粒子分散液と、場合により離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液と混合し、前記樹脂粒子と顔料粒子と離型剤粒子とを凝集させて凝集粒子を形成した後、加熱して前記凝集粒子を融合して静電荷像現像用トナーを製造する静電荷像現像用トナーの製造方法。
  4. 請求項3に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法において、
    前記樹脂粒子分散液を蒸留する工程が減圧蒸留であることを特徴とする静電荷像現像用トナーを製造する静電荷像現像用トナーの製造方法。
  5. キャリアと請求項1または請求項2に記載の静電荷像現像用トナーとを含有する静電荷像現像用現像剤。
JP2006322812A 2006-11-30 2006-11-30 静電荷現像用トナーおよびその製造方法、それを用いた静電荷現像剤 Pending JP2008139366A (ja)

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