JP2011145321A - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アニオン性界面活性剤で分散した少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子Aと、アニオン性界面活性剤で分散したポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bと、両性界面活性剤で分散した着色剤とを水系媒体中で凝集・融着して得られるものであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【選択図】なし
Description
本発明のトナーは、アニオン性界面活性剤で分散した少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子Aと、アニオン性界面活性剤で分散したポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bと、両性界面活性剤で分散した着色剤とを水系媒体中で凝集・融着して得られるものである。
本発明に係る樹脂粒子Aは、少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子であり、トナー粒子を構成する主樹脂として用いられる。
本発明で用いられるビニル系単量体としては、例えば、ビニル芳香族系単量体、ビニルエステル系単量体、ビニルエーテル系単量体、オレフィン系単量体などが挙げられる。
本発明に係る樹脂粒子Bは、ポリエステル樹脂を有する樹脂粒子である。
(1)測定試料0.5gを圧縮成型器を用い、直径1cmのペレットにする
(2)ペレットをギャップ6mmに設定した直径1cmのパラレルプレートに装填する
(3)測定部温度を120℃、パラレルプレートギャップを3mmに設定する
(4)測定部温度を液体窒素で−20℃に設定した後、周波数1.0Hzの正弦波振動を加えながら、測定部を毎分5℃の昇温速度で200℃まで昇温し、所定の温度における複素粘弾性率を測定する。ひずみ角は自動ひずみ制御にて行う。自動ひずみ制御は、測定データの読み込み開始後、約2〜4周期ごとに測定状態を確認し、そのときのトルクピーク(0からピークまでのトルク波形の値を平均したもの)によりひずみ角を調整するものである
(5)上記手順をまとめると、測定試料の貯蔵弾性率は以下の条件の下で測定することにより得られる。すなわち、
測定装置:MR−500ソリキッドメータ((株)レオロジ社製)
周波数 :1.0Hz
プレート径 :1.0cm(パラレルプレート)
ギャップ :3.0mm
ひずみ角 :自動ひずみ制御に設定
測定温度範囲:−20℃〜200℃
一方、結晶性ポリエステル樹脂を用いる場合には、その融点が60〜97℃であるものが好ましい。
非結晶性ポリエステル樹脂は、モノマー成分として多価カルボン酸と多価アルコールを用いて形成することができる。
本発明において結晶性ポリエステル樹脂とは、示差走査熱量計(DSC)測定により得られる吸熱曲線において、昇温時に吸熱ピークを有し、降温時に発熱ピークを有するポリエステル樹脂を云う。昇温時に吸熱ピークを有し、そのピーク温度が60〜97℃に存在する結晶性ポリエステルは、低温定着性と耐フィルミングに優れるため好ましい。
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。好ましい着色剤を以下に示す。
トナーの製造方法は、アニオン性界面活性剤で分散した少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子Aの分散液を作製する工程、アニオン性界面活性剤で分散したポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bの分散液を作製する工程、両性界面活性剤で分散した着色剤の分散液を作製する工程、樹脂粒子Aと樹脂粒子Bと着色剤を水系媒体中で凝集・融着する工程を有する方法が好ましい。
(1)必要に応じ離型剤が含有されたビニル系単量体を含む混合溶液を調製し、該混合溶液をアニオン性界面活性剤含有水系媒体中で油滴化し、該油滴中のビニル系単量体をミニエマルション重合処理にて重合を行って樹脂粒子Aの分散液を作製する工程、
(2)少なくとも重合性の多価カルボン酸成分と多価アルコール成分を有する重合性単量体溶液を重合してポリエステル樹脂を作製し、該ポリエステル樹脂をアニオン性界面活性剤水系媒体中に分散してポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bの分散液を作製する工程、
(3)両性界面活性剤を含む水系媒体中に着色剤を分散して、着色剤の分散液を作製する工程、
(4)樹脂粒子Aの分散液、樹脂粒子Bの分散液と着色剤の分散液を混合した後、混合液のpHを調整し、樹脂粒子Aと樹脂粒子Bと着色剤とを凝集・融着させて会合粒子の分散液を作製する凝集・融着工程、
(5)会合粒子を熱エネルギーにより熟成させて形状を調整し、トナー母体粒子の分散液を得る工程、
(6)トナー母体粒子の分散液を冷却する冷却工程、
(7)冷却されたトナー母体粒子の分散液からトナー母体粒子を固液分離し、当該トナー母体粒子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粒子を乾燥させる乾燥工程、
(9)乾燥処理されたトナー母体粒子に外添剤を添加してトナー粒子を得る外添剤添加工程
から構成される。
先ず、ビニル系単量体に必要に応じ離型剤などを溶解あるいは分散させて重合性単量体溶液を調製する。
樹脂粒子Bの分散液は、ポリエステル樹脂を有する分散液である。
着色剤の分散液を作製する工程は、両性界面活性剤を含む水系媒体中に着色剤粒子を分散する工程である。
本法においては、電気的に極性の異なる樹脂粒子及び、着色粒子を混合することにより粒子成長を行う。そして、所望の粒子径まで成長したところで、pH調整を行い粒子成長停止させ、さらに、必要に応じて粒子形状を制御するための加熱を継続して行うものである。
この工程は前述の工程で作製された着色粒子の分散液を冷却処理する工程で、1〜20℃/分の冷却速度で急冷処理するものである。この工程で用いられる冷却処理方法としては、例えば、反応容器外部より冷媒を投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等が挙げられる。
この工程は、所定温度まで冷却後、冷却されたトナー母体粒子の分散液からトナー粒子を固液分離し、固液分離して得られたトナーケーキ(ウェット状のトナー粒子をケーキのような円筒形状に整えたもの)を洗浄し、界面活性剤等の付着物を除去する洗浄工程である。
この工程は、洗浄されたトナーケーキを乾燥処理する工程である。乾燥処理には、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機等を用いることができる。乾燥されたトナー母体粒子の水分は、1質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5質量%以下である。なお、乾燥されたトナー母体粒子同士が弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体をジェットミル、ヘンシェルミキサー等によって解砕処理してもよい。
この工程は、乾燥によって得られたトナー母体粒子に外添剤を混合する工程である。トナー母体粒子に外添剤を混合することで静電荷像現像用トナーが得られる。
(アニオン性界面活性剤)
樹脂粒子Aの分散液、及び樹脂粒子Bの分散液の調製時に用いるアニオン性界面活性剤としては、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム等の脂肪族石鹸や、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(2)ラウリルエーテル硫酸ナトリウム等が挙げることができる。
着色剤の分散液の調製時に用いる両性界面活性剤としては、例えば、N−アルキルニトリロトリ酢酸、N−アルキルジメチルNオキサイド、α−トリメチルアンモニオ脂肪酸、N−アルキル−β−アミノプロピオン酸塩、N−アルキル−β−イミノプロピオン酸塩、N−アルキル−オキシメチル−N,N−ジエチルNオキサイド、N−アルキル−N,N−ジアミノエチルグリシン塩酸塩、2−アルキルイミダゾリン誘導体、アミノエチルイミダゾリン有機酸塩、N−アルキルスルホNオキサイド、N−アルキルタウリン塩、ラウリン酸アミドプロピルベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等を挙げることができる。
本発明のトナーには必要に応じて離型剤を含有させることができる。離型剤は、樹脂粒子Aに含有させるか、または離型剤粒子として凝集・融着工程で樹脂粒子や着色剤粒子と同時に添加させることができる。
重合工程において、樹脂粒子Aの分子量を調整することを目的として、一般的な連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、例えば2−クロロエタノール、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン及びスチレンダイマーなどを挙げることができる。
重合工程において、樹脂粒子Aを得るための重合開始剤は、水溶性の重合開始剤であれば適宜のものを使用することができる。重合開始剤としては、例えば過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなど)、アゾ系化合物(4,4′−アゾビス4−シアノ吉草酸及びその塩、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩など)、パーオキシド化合物などが挙げられる。
本発明のトナーを構成する樹脂粒子Aや樹脂粒子Bには、必要に応じて荷電制御剤が含有されていてもよい。荷電制御剤としては、公知の種々の化合物を用いることができる。
ポリエステル樹脂合成時の触媒としては以下のものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。チタン触媒としては、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド等が挙げられる。
本発明のトナーは、キャリアとトナーより構成される二成分現像剤として、又、トナーのみから構成される非磁性一成分現像剤として使用することが可能である。
本発明のトナーは、電子写真方式の公知の種々の画像形成方法において用いることができる。例えば、モノクロの画像形成方法やフルカラーの画像形成方法に用いることができ、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、ブラックの各々に係る4種類のカラー現像装置と、1つの静電潜像担持体(以下、単に像担持体とも云う)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および静電潜像担持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用いることができる。
〈樹脂粒子A1の分散液〉
(1)第1段重合
撹拌装置、温度センサ、温度制御装置、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に予めアニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」2.0質量部をイオン交換水2900質量部に溶解させたアニオン性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、内温を80℃に昇温させた。
溶液(1)
スチレン 540質量部
n−ブチルアクリレート 270質量部
メタクリル酸 65質量部
n−オクチルメルカプタン 17質量部
からなる溶液(1)を3時間かけて滴下し、滴下終了後、78℃において1時間にわたって加熱・撹拌することで重合(第1段重合)を行い「樹脂微粒子(a1)」の分散液を調製した。
(2)第2段重合:中間層の形成
撹拌装置を取り付けたフラスコ内において、
溶液(2)
スチレン 94質量部
n−ブチルアクリレート 60質量部
メタクリル酸 11質量部
n−オクチルメルカプタン 5質量部
からなる溶液(2)に、離型剤としてパラフィンワックス(融点:73℃)51質量部を添加し、85℃に加温して溶解させて単量体溶液(2)を調製した。
(3)第3段重合:外層の形成
上記の「樹脂微粒子(a11)」の分散液に、重合開始剤「KPS」2.5質量部をイオン交換水110質量部に溶解させた開始剤水溶液を添加し、80℃の温度条件下において、
溶液(3)
スチレン 230質量部
n−ブチルアクリレート 100質量部
n−オクチルメルカプタン 5.2質量部
からなる溶液(3)を1時間かけて滴下した。滴下終了後、3時間にわたって加熱・撹拌することによって重合(第3段重合)を行った。その後、28℃まで冷却し、アニオン性界面活性剤溶液中に樹脂粒子A1が分散した「樹脂粒子A1の分散液」を作製した。
樹脂粒子A1の分散液の作製で用いたアニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」を両性界面活性剤である「ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン」に変更した以外は、同様にして比較用の「樹脂粒子A2の分散液」を作製した。
〈樹脂粒子B1の分散液〉
(非結晶性ポリエステル樹脂の合成)
攪拌装置、窒素導入管、温度制御装置、精留塔を備えたフラスコに、下記多価カルボン酸モノマー及び多価アルコールモノマーを合計3質量部混合し、反応液を調製した。この反応液を1時間かけて190℃まで昇温し、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した後、触媒Ti(OBu)4(非結晶性ポリエステル樹脂のカルボン酸成分の全量に対し、0.003質量%分)を投入した。
(多価カルボン酸モノマー)
テレフタル酸 12.50質量部
フマル酸 13.90質量部
イソフタル酸 0.55質量部
トリメリット酸 5.20質量部
(多価アルコールモノマー)
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
76質量部
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
24質量部
生成される水を留去しながら、同温度から6時間を要して240℃まで昇温し、240℃でさらに6時間、脱水縮合反応を継続して重合を行って、「非結晶性ポリエステル樹脂」を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂の合成)
三ツ口フラスコに、1,9−ノナンジオール10質量部及び1,10−ドデカン二酸10質量部と、触媒Ti(OBu)4(結晶性ポリエステル樹脂のカルボン酸成分に対し、0.014質量%)とを入れた後、減圧操作により容器内の空気を減圧した。
上記で作製した「樹脂粒子B1の分散液」50質量部と「樹脂粒子B2の分散液」50質量部とを混合し、「樹脂粒子B3の分散液」を作製した。
樹脂粒子B1の分散液の作製で用いたアニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」を両性界面活性剤である「ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン」に変更した以外は、同様にして「樹脂粒子B4の分散液」を作製した。
〈着色剤分散液1の作製〉
両性界面活性剤である「ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン」90質量部をイオン交換水1600質量部に投入して撹拌溶解させ、さらに5モル/リットル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。この両性界面活性剤溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、機械式分散機「CLEARMIX」(エム・テクニック株式会社製)を用いて分散処理することにより、着色剤分散液を調製した。これを「着色剤分散液1」とする。「着色剤分散液A」における着色剤の粒子径を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子株式会社製)を用いて測定したところ、110nmであった。
アニオン性界面活性剤である「ラウリル硫酸ナトリウム」90質量部をイオン交換水1600質量部に投入して撹拌溶解させた。この液を撹拌しながら、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、機械式分散機「CLEARMIX」(エム・テクニック株式会社製)を用いて分散処理することにより、着色剤分散液を調製した。これを「着色剤分散液B」とする。「着色剤分散液2」における着色剤の粒子径を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子株式会社製)を用いて測定したところ、110nmであった。
〈トナー1の作製〉
(凝集・融着工程)
撹拌装置、温度センサ、冷却管、温度制御装置、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、「樹脂粒子A1」の分散液を固形分換算で348質量部、「樹脂粒子B1」の分散液を固形分換算で12質量部、イオン交換水2000質量部を投入後、5モル/リットル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。その後、「着色剤分散液1」を固形分換算で40質量部投入し、5モル/リットルの塩酸水溶液を添加してpHを3に調整した。
凝集・融着工程にて生成したトナー母体粒子1の分散液を、バスケット型遠心分離機を用いて固液分離し、トナー母体粒子のウェットケーキを形成した。このウェットケーキを、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35℃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「トナー母体粒子1」を作製した。
上記の「トナー母体粒子1」に、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm)1質量%及び疎水性チタニア(数平均一次粒子径=20nm)0.3質量%を添加し、ヘンシェルミキサーにより混合して、「トナー1」を作製した。
トナー1の作製で用いた「樹脂粒子A」と「樹脂粒子B」の種類と質量部を、表1のように変更した以外は同様にして「トナー2〜7」を作製した。
トナー1の作製で用いた「樹脂粒子A」と「樹脂粒子B」の種類と質量部を、表1のように変更した以外は同様にして「トナー8〜9」を作製した。
トナー3の作製で用いた「着色剤分散液1」を、「着色剤分散液2」に変更した以外は同様にして「トナー10」の作製を試みたが、トナーが合成できなかった。
(凝集・融着工程)
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、「樹脂粒子A1」の分散液を固形分換算で280質量部、「樹脂粒子B1」の分散液を固形分換算で80質量部、イオン交換水2000質量部を投入後、5モル/リットル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。
トナー1の作製において、「樹脂粒子B」を用いなかったことと、「樹脂粒子A」の質量部を表1のように変更した以外は同様にして「トナー12」を作製した。
フェライトコア100質量部とシクロヘキシルメタクリレート/メチルメタクリレート(共重合比5/5)の共重合体樹脂粒子を5質量部とを、撹拌羽根付き高速混合機に投入し、120℃で30分間撹拌混合して機械的衝撃力の作用でフェライトコアの表面に樹脂コート層を形成し、体積基準メディアン径40μmのキャリアを作製した。
評価用の画像形成装置としては、複写機「bizhub PRO C6500」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)を用いた。
低温定着性は、常温常湿環境(20度、50%RH)下で、定着装置の加熱ローラの表面温度が120〜170℃の範囲で、10℃刻みで定着して作成した1cm角のベタ画像(中央部に1ヶ所)のプリントを行い評価した。評価は、1cm角のベタ画像部を「JKワイパー」(株式会社クレシア製)で10kPaの圧力をかけて3回こすり、JKワイパー表面の汚れと、ベタ画像の濃度低下率で行った。尚、ベタ画像の濃度低下率とは、プリント後のベタ画像とこすった後のベタ画像の濃度を反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)で測定し、プリント後のベタ画像濃度からこすり後のベタ画像濃度を引いた値をプリント後のベタ画像濃度で割った値を%で表した数値である。尚、評価基準が◎、○を合格とする。
◎:JKワイパー表面の汚れが無く、且つベタ画像の濃度低下が5%未満で良好
○:JKワイパー表面の汚れがやや認められ、且つベタ画像の濃度低下が5%以上、10%未満で実用上問題なし
×:JKワイパー表面の汚れが認められ、ベタ画像の濃度低下が10%以上で問題有り。
転写効率は、高温高湿環境(30℃、80%RH)下で、10cm角のベタ画像をプリントし、像担持体(感光体)上に現像されて付着した黒トナーの質量と、上質紙上に転写されて付着した黒トナーの質量を測定し、下記式で定義される転写効率を算出して評価した。尚、転写効率は、80%以上を合格とする。
〈画像濃度〉
画像濃度は、常温常湿(20℃、50%RH)下で、10cm角のべた画像をプリントし、ベタ黒画像部の濃度を反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて12点測定してその平均濃度で評価した。尚、画像濃度は1.40以上を合格とする。
4Y、4M、4C、4K 現像装置
5Y、5M、5C、5K 1次転写手段としての1次転写ロール
5A 2次転写手段としての2次転写ロール
6Y、6M、6C、6K クリーニング装置
7 中間転写体ユニット
10Y、10M、10C、10K 画像形成部
21 無端ベルト状の給紙搬送手段
24 熱ロール式定着装置
70 中間転写体
P 記録部材
Claims (5)
- アニオン性界面活性剤で分散した少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子Aと、アニオン性界面活性剤で分散したポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bと、両性界面活性剤で分散した着色剤とを水系媒体中で凝集・融着して得られるものであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 前記静電荷像現像用トナーが前記樹脂粒子Bを3〜50質量%含有している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。
- 前記樹脂粒子Aが、離型剤を含有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
- アニオン性界面活性剤で分散した少なくともビニル系単量体を重合して得られる樹脂を有する樹脂粒子Aを作製する工程と、アニオン性界面活性剤で分散したポリエステル樹脂を有する樹脂粒子Bを作製する工程と、両性界面活性剤で分散した着色剤を作製する工程と、該樹脂粒子Aと樹脂粒子Bと着色剤を水系媒体中で凝集・融着する工程を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記静電荷像現像用トナーが、前記樹脂粒子Bを3〜50質量%含有してい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の製造方法。
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