JP2012083739A - トナー - Google Patents

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Abstract

【課題】軽圧タイプの定着器構成においても良好な低温定着性を示し、定着フィルム汚染がなく、長期使用した際にも、安定した画像濃度、および画質に優れたトナーを提供することにある。
【解決手段】結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを含有するトナー粒子を有するトナーであって、前記離型剤aは1官能または2官能のエステルワックス、前記離型剤bは炭化水素ワックスであり、前記離型剤aの結着樹脂への溶解度が、前記離型剤bの結着樹脂への溶解度より高く、前記トナーのテトラヒドロフラン可溶分をGPC測定にて測定した際の分子量500以下の割合が2.5面積%以下であり、前記トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をSEC−MALLSにて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であり、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwが5.0×10-4≦Rw/Mw≦1.0×10-2を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は電子写真法、静電記録法、及び、磁気記録法などに用いられるトナーに関するものである。
一般的な電子写真の画像形成方法としては、例えば、光導電性物質を利用し、種々の手段により静電潜像担持体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像を、現像装置により現像してトナー像とすることにより可視化する。次いで、必要に応じて紙のごとき転写材にトナー画像を転写した後、加熱、圧力、加熱加圧あるいは溶剤蒸気により定着し、トナー画像を得るものである。このような画像形成装置としては、複写機及びプリンタ等がある。
近年、電子写真法を用いた複写機やプリンタは、省エネ及び省スペースを考慮した本体の小型化が求められている。また一方では、多数枚の複写又はプリントによっても画質低下のない高耐久性が要求されている。
これら画像形成装置本体の小型化の一つの方法として、定着装置の簡易化がある。定着装置の簡易化としては、熱源及び装置構成の簡易化が容易となるフィルム定着などが挙げられる。フィルム定着では熱源及び装置構成の簡易化が容易となるうえ、定着部材としてフィルムを使用することで熱伝導性が良好になるため、ファーストプリントアウトタイムの短縮が可能となる。しかし、フィルムを比較的高圧でローラに押し当てて用いるため、長期使用時のフィルムの磨耗といった課題が発生しやすくなっている。
これらの課題を抑制するために、軽圧でも良好な定着性を示すトナーが求められている。また一方では、トナーに対しては現像の高安定化が求められており、長期使用時の画像濃度や高画質といった現像性能に関する改善も要求されている。
上述したようなトナーの定着性や長期使用時の現像安定性などの課題に対して、トナー構造や離型剤の改良といった様々な面からの検討がなされている。
特許文献1では、多官能エステル化合物、フィッシャートロプシュワックス及び着色剤を含有する着色重合体粒子からなるコア粒子が、該コア粒子を構成する重合体成分のガラス転移温度よりも高いガラス転移温度を有する重合体からなるシェルで被覆されているコア・シェル型構造の重合トナーであって、多官能エステル化合物とフィッシャートロプシュワックスとの使用割合が5/5乃至29/1であるコア・シェル型構造の重合トナーおよび製造方法が提案されている。
また、特許文献2では、少なくとも重合性単量体及び着色剤を有する重合性単量体組成物を水系媒体中で重合してトナーを製造する方法において、重合開始剤としてジカーボネートタイプの過酸化物系開始剤を用いることを特徴とするトナーの製造方法が提案されている。
また、特許文献3では、少なくとも結着樹脂、ワックス、及び磁性粉体を含むトナー粒子と、無機微粉体とを有する磁性トナーにおいて、前記トナー粒子は、平均円形度が0.960以上であり、トナー粒子表面には実質的に磁性粉体が露出しておらず、前記ワックスは、示差熱分析において少なくとも二つの吸熱ピークを有し、この吸熱ピークの一つは40乃至90℃の範囲に存在し、もう一つは70乃至150℃の範囲に存在することを特徴とする磁性トナーが提案されている。
これらにより、通常の定着器構成では定着性は良化するものの、本発明のような軽圧タイプでのフィルム定着では定着性が不十分であった。また、軽圧での定着器構成であるためか、いずれのトナーにおいても定着部材との離型性が低下し定着フィルム汚染が発生するという新たな課題も分かってきた。さらに長期使用時の画像濃度、および画質についても未だ改善の余地があった。
特登録03440983号公報 特開2006−343372号公報 特開2002−072540号公報
本発明の目的は、上記の如き問題点を解決したトナーを提供することにある。即ち、本発明の目的は、軽圧タイプの定着器構成においても良好な低温定着性を示し、定着フィルムの汚染を低減することができるトナーを提供することにある。また、本発明の目的は、長期使用した際にも、安定した画像濃度および画質に優れたトナーを提供することにある。
本発明は、結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
(1)前記離型剤aは、1官能または2官能のエステルワックスであり、
(2)前記離型剤bは、炭化水素ワックスであり、
(3)前記離型剤aの結着樹脂への溶解度が、前記離型剤bの結着樹脂への溶解度より高く、
(4)前記トナーのテトラヒドロフラン可溶分をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定にて測定した際の分子量500以下の割合が2.5面積%以下であり、
(5)前記トナーのテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であり、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwが下記式1を満たすことを特徴とするトナーに関する。
5.0×10-4≦Rw/Mw≦1.0×10-2 式1
本発明によれば、軽圧タイプの定着器構成においても良好な低温定着性を示し、定着フィルムの汚染を低減することができるトナーを提供することができる。また、長期使用した際にも、安定した画像濃度、および画質に優れたトナーを提供することができる。
本発明のトナーを好適に用いることができる画像形成装置の一例を示す模式的断面図である。 現像器の説明図である。 トナー粒子のTotal Energyの測定に用いる装置のブレード部の説明図である。 ドット再現性評価に用いるチェッカー模様の説明図である。
本発明は、トナーに関するものであり、画像形成方法、及び定着方法に関しては、従来公知の電子写真プロセスが適用でき、特に限定されるものではない。
本発明者らの検討によると、軽圧タイプの定着器構成で定着性を向上させるためには、単に結着樹脂の分子量を低下させたり、結着樹脂のガラス転移温度を低下させたり、離型剤を多量に含有するだけでは不十分であることが分かった。まず、結着樹脂の低分子量化やガラス転移温度の低下といった結着樹脂の改良を行った場合、確かにバインダーの粘弾性は低下し、低温定着性が高まる傾向にある。ただし、軽圧タイプの定着器構成では定着圧が低いため、トナーが十分に変形できずドットの再現性が低くなる。また、定着圧が低いために、トナーに均一に熱が伝わりにくくなり、濃度の均一性が低くなる。さらには、定着不良(いわゆる定着オフセット)が発生し、定着フィルムが汚染されることがあった。
次に、離型剤を多量に含有した場合、トナーの可塑化や離型性が向上する傾向にある。ただし、離型剤を多量に含有した場合においても、軽圧タイプの定着器構成では定着圧が低いため、トナーが十分に変形できずドットの再現性が低くなる。また、可塑性と離型性のバランスが取れず、定着不良が発生しやすくなり定着フィルムが汚染されることがあった。
さらに、結着樹脂を改良し、ワックスを多量に含有したような上述の事例を組み合わせたトナーにおいても、ドットの再現性が低くなったり、定着不良や濃度の均一性が低い画像となり、未だ不十分な状態であった。
また、上述したような既存の技術により定着性を改良したトナーは、長期使用時の画像安定性が低くなり、濃度低下や画質の低下といった画像への影響が見受けられた。また、単に結着樹脂の分子量を低下させたり、結着樹脂のガラス転移温度を低下させたり、離型剤を多量に含有したりしたために、高温高湿度環境下に放置したあとの現像性の低下が生じることがあった。これらのことからも、定着性と現像性の両立については未だ改良の余地がある。
さらに本発明者らが鋭意検討を続けたところ、結着樹脂の分子量および分岐構造を制御し、且つ、トナー中で結着樹脂に相溶した状態で存在しやすく、優れた可塑性を有する離型剤a、およびトナー中でドメインを形成した状態で存在しやすく、優れた離型性を有する離型剤bを選択することによって、可塑性及び離型性に極めて優れたトナーを得ることができることを見出した。さらに、シャープメルト性も大幅に向上できることも明らかとなった。これにより、トナーが軽圧タイプの定着器構成においても良好な定着性を示すことが可能となった。
このような結果をもたらしたことに対して、発明者らは次のような理由によるものであると考えている。
軽圧タイプの定着器構成において、定着性を良化させるために必要な条件として、トナーの可塑化、および、離型性の向上が重要である。
本発明において離型剤としては、1官能または2官能エステルワックスと炭化水素ワックスとを併用する。結着樹脂として一般的に用いられるスチレンアクリル樹脂やポリエステル樹脂などと共に用いる場合、1官能または2官能エステルワックスは主に結着樹脂を可塑化してトナーとしての低温定着性を向上し、炭化水素ワックスは主にトナーとしての離型性を向上する。
本発明ではこれらの離型剤と共に本発明の特徴である特定の結着樹脂を組み合わせることで、各々の離型剤を単独で用いた場合、または、各々の離型剤を併用しつつ、且つ、従来の結着樹脂と組み合わせた場合では発現できない効果が得られることを見出した。
本発明のトナーに用いられる結着樹脂は、以下のi)及びii)を満たす。
i)トナーのテトラヒドロフラン可溶分をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定にて測定した際の分子量500以下の割合が2.5面積%以下である。
ii)トナーのテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であり、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwが
5.0×10-4≦Rw/Mw≦1.0×10-2
を満たす。
本発明のトナーに用いられる結着樹脂は、単に低分子量というだけでは不十分であり、分子鎖の分岐状態も制御することが重要である。すなわち、本発明のトナーのテトラヒドロフラン可溶分は分岐タイプの分子構造ではなく、直鎖タイプに近い分子構造を有することで本発明の目的を達成している。直鎖タイプの分子構造に近い分子構造になることで熱可塑性が向上し、シャープメルト化が可能となる。なお、本発明においては、トナーのテトラヒドロフラン可溶分の分岐の状態に基づいて、トナー中の結着樹脂の分岐の状態を規定している。但し、トナーとしては、結着樹脂の40質量%以下であれば、テトラヒドロ不溶分を含有していても良い。
さらに、本発明のように結着樹脂の分子量および分岐状態を制御することで、可塑性を付与しやすい1官能または2官能エステルワックスの結着樹脂中における分散性が格段に向上する。これは、直鎖タイプの分子構造で、且つ、低分子量化された状態である結着樹脂に、1官能または2官能エステルワックスを導入すると、1官能または2官能エステルワックス自体も直鎖タイプの分子構造であるために結着樹脂中に入り込みやすくなる。すなわち、1官能または2官能エステルワックスと結着樹脂がなじみやすい状態になるために、1官能または2官能エステルワックスの分散性が向上するようになる。また、炭化水素ワックスについては、トナーに一般的に用いられる結着樹脂に炭化水素ワックスを単独で用いた場合には、トナーとしての離型性が向上するものの、炭化水素ワックスが結着樹脂に一部相溶するために、炭化水素ワックスが有する離型性が最大限に発揮されない。しかしながら、1官能または2官能エステルワックスが存在すると、結着樹脂との溶解度が大きい1官能または2官能エステルワックスが優先的に結着樹脂と相溶し、相対的に疎水性の高い炭化水素ワックスがドメインを形成しやすくなる。
このように、直鎖タイプの分子構造であり、かつ低分子量化された結着樹脂と、結着樹脂への溶解度の関係を制御した1官能または2官能エステルワックスと炭化水素ワックスが存在することで、各トナー構成材料が好適な存在状態になり、これまでにない定着性の向上が見られるようになる。
そのため、トナーとして、1官能または2官能エステルワックスがトナー中に分散し、かつ炭化水素ワックスはトナーの中心付近にドメインを形成した状態で存在できる。このようなトナー構造となることで、定着時にトナーが熱を受けた際に、主に1官能または2官能エステルワックスが結着樹脂中に分散していることによるトナーの可塑化がより促進され、トナーが迅速に変形される。
さらにこの変形により、トナー内部に存在する主にドメインとして存在する炭化水素ワックスがトナー外部に押し出されやすくなり、トナーの離型性が発現されやすくなり、定着フィルムの汚れが抑制されることが明らかになった。
また、上記のような結着樹脂及び離型剤を用いて、トナーの構造を制御することによって、さらにドット再現性が向上し、長期使用時にもこの効果が持続するということが明らかとなった。
これは、結着樹脂の分子量分布や分岐状態、さらに離型剤の存在状態が適正化されたためにトナーの帯電状態が均一になり、達成できたと考えられる。さらに定着時に軽圧でも定着できるため、トナーが定着時に過度に潰れなくなるため、ドットに忠実な画像が得られると考えられる。
また、本発明のトナーは、高温高湿度環境下での放置後の現像性についても良好な結果であった。これは、低分子量化された結着樹脂を使用しているにもかかわらず、分岐度の小さい結着樹脂に、離型剤aおよび離型剤bを組み合わせることで、高温高湿度環境下においても、結着樹脂、離型剤aおよび離型剤bの相互作用が生じるために保存性が向上した。このため、例えば高温高湿環境下での放置時でも離型剤や結着樹脂中の低分子量成分のトナー表面への染み出しといった問題が生じにくく、高温高湿度環境下に放置後でも良好な帯電性を維持できるために現像性が良好となっている。
本発明のトナーは、離型剤aとして1官能または2官能のエステルワックスを有している。1官能または2官能のエステルワックスは、直鎖タイプの分子構造を有するエステルワックスであり、直鎖タイプの分子構造を有する結着樹脂となじみやすい。そのため、1官能または2官能のエステルワックスはトナー中で均一に分散できるようになり、結果としてトナーの可塑性を付与しやすくなる。一方、3官能以上のエステルワックスでは、エステル結合が3つ以上あるため、分岐した分子構造になる。そのため、直鎖タイプの分子構造を有する結着樹脂とのなじみ性が低下しやすくなり、トナー中での分散が不均一になりやすく、結果として可塑性が低下しやすくなる。さらに、定着時に溶解した際にも樹脂となじみにくいため可塑性は低くなる。
ここで本発明に用いられる結着樹脂は直鎖タイプの分子構造を有するスチレン系共重合体やポリエステル樹脂であることが好ましく、特にスチレンを主成分としたスチレン系共重合体が好ましい。さらに直鎖タイプの分子構造を有するスチレン系共重合体であると、1官能または2官能のエステルワックスと炭化水素ワックスの分散状態を調整しやすくなる。
次に、本発明のトナーは、離型剤bとして炭化水素ワックスを有している。炭化水素ワックスは、一般的に極性を有しているものが少なく、非常に疎水性が高いために、トナー中でドメインを形成しやすくなる。そのため、例えば懸濁重合法などでトナーを製造する場合には、炭化水素ワックスはトナーの中心付近にワックスがドメインを形成しやすくなる。
ここで、本発明のように離型剤bと共に、結着樹脂となじみ性が良好な離型剤aが存在すると、結着樹脂とのなじみ性が低い離型剤bがよりドメインを形成しやすくなり、本発明に好適なトナー構造を達成できるようになる。
このように炭化水素ワックスは結着樹脂とのなじみ性が低いために、定着熱により溶解した際に、トナーから染み出して定着部材との離型性を付与できるようになる。そのため、軽圧タイプの定着器構成であっても良好な定着が可能になる。
上述したような離型剤の結着樹脂へのなじみ性を表す指標として、本発明では結着樹脂への溶解度を用いた。
すなわち本発明は、離型剤aの結着樹脂への溶解度が、離型剤bの結着樹脂への溶解度より高い必要がある。離型剤aの結着樹脂への溶解度が、離型剤bの結着樹脂への溶解度以上であることで、離型剤aが結着樹脂へなじみやすくなるために結着樹脂中に微分散した状態になり、さらに相対的に離型剤bが結着樹脂へなじみにくくなるためにドメインを形成しやすくなる。
このように離型剤aおよび離型剤bの結着樹脂への溶解度を制御することで、トナーとして離型性や可塑性を十分に発揮できるようになる。
離型剤aの中で、特に酸価が2mgKOH/g以下であり、且つ、最大吸熱ピークのピークトップ温度が60℃以上80℃以下の1官能または2官能のエステルワックスが好ましい。酸価が2mgKOH/g以下であるとバインダー樹脂とのなじみ性が向上しやすくなる。また、水系媒体中でトナーを製造する場合は、酸価が2mgKOH/g以下であるとトナー表面に離型剤aが染み出しにくくなるため、保存性や帯電性が向上しやすくなる。
離型剤aの最大吸熱ピークのピークトップ温度が60℃以上であると、保存性や帯電性がより向上しやすくなる。また、80℃以下であると低温定着性がより向上しやすくなる。
なお、離型剤aは、結着樹脂100質量部に対し、5質量部以上20質量部以下含有されていることが好ましい。また、離型剤aと離型剤bの含有量の質量比(離型剤aの含有量/離型剤bの含有量)としては、1/1以上20/1以下の範囲であることが好ましい。また、本発明においてトナー粒子中に含まれる離型剤の総含有量は、結着樹脂100質量部に対し、5質量部以上40質量部以下であることが好ましい。
また、トナーの示差走査熱量(以下DSCとも称する)測定における、前記離型剤aの最大吸熱ピークのピークトップ温度をTma(℃)、前記離型剤bの最大吸熱ピークのピークトップ温度をTmb(℃)としたとき、0≦(Tmb−Tma)≦5であることが好ましい。0≦(Tmb−Tma)≦5であると、溶融性に寄与が大きい1官能または2官能のエステルワックスが、離型性に寄与しやすい炭化水素ワックスに対し、溶融が先に起こりやすくなり、その後、離型性を発揮できるようになるため低温定着性や離型性が向上しやすくなる。また、炭化水素ワックスの最大吸熱ピークのピークトップ温度と1官能または2官能エステルワックスの最大吸熱ピークのピークトップ温度の差が5℃以下であると、前述の溶融と離型が同時に起こりやすくなるため、好ましい。
なお、離型剤aと結着樹脂とが相溶した状態とするためには、トナー製造時に、離型剤aと結着樹脂とを溶融させて、その後、徐々に温度を下げる方法が簡便で好ましい。具体的には、重合反応工程を終了させるための冷却工程での降温速度が10℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは6℃/min以下、さらに好ましくは3℃/min以下である。また、このような冷却工程を管理し易いという観点から、水系媒体中でトナー粒子を製造することが好ましい。
次に、本発明のトナーは、トナーのテトラヒドロフラン可溶分をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定にて測定した際の分子量500以下の割合が2.5面積%以下であることが重要である。
トナーのテトラヒドロフラン可溶分の分子量500以下である超低分子量成分の割合が2.5面積%以下であると、離型剤aの結着樹脂中での局所的な相溶性の差が小さくなるため、トナー中での離型剤aの分散性が均一になり、定着性が良化する傾向になる。さらに、超低分子量成分が減少することで、帯電性が向上し、濃度、画質が向上する。また、超低分子量成分の経時の変化等がなくなるため、長期使用時でのトナー変化も小さくなり、長期に渡り、高濃度、高画質が可能となる。分子量500以下の割合が2.5面積%より大きくなると、結着樹脂全体としては樹脂成分の分子量の分布が大きくなるため、定着時に熱を受けた際に結着樹脂の可塑化が不均一になりやすく濃度ムラや定着不良が生じやすくなる。また、離型剤aの分散性も低下するため、可塑性はさらに低下する傾向にある。
なお、本発明のトナーのテトラヒドロフラン可溶分について、超低分子量成分はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。一方、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwはサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(以下、SEC−MALLSとも称する)により測定している。サイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)を用いることによって、平均回転半径Rw等の分子構造に関して詳細なデータを得ることができる。
なお、本発明においてトナーのテトラヒドロフラン可溶分の分子量500以下の割合を2.5面積%以下にするためには、重合開始剤の種類、量、および反応条件を変更することにより達成することができる。例えば、重合開始剤の種類としては、反応性が高いもので、且つ、重合開始剤が開裂した際に生成するラジカル種が単一であるものが好ましい。反応性が高いことで、重合反応が進みやすくなり、超低分子量成分の生成を抑制しやすくなる。また、生成するラジカル種が単一であることによって、異なるラジカルに比べて反応性のばらつきが生じにくく、樹脂の分子量を調整しやすくなる。
次に、本発明のトナーは、トナーのテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であり、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwの比Rw/Mwが5.0×10-4以上1.0×10-2以下であることが重要である。尚、平均回転半径Rwの単位は、“nm”である。
以下に、サイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)について説明する。
SEC(通常のGPC)による測定では、分子サイズ毎の存在量が求められる。それに対し、SEC−MALLS(分離手段としてのSECと多角度光散乱検出器を結合した装置)では、光散乱を利用することにより、同じ分子サイズの分子からなる混合試料に対して、分岐や架橋といった分子構造の違いを反映した、より真実に近い分子量の分布を求めることができ、また1分子あたりの広がりを表す慣性二乗半径Rg2を求めることができる。これにより、トナーの分子設計を精密に行うことが可能となる。
従来のSEC法では、測定する分子がカラムを通過する際、分子篩い効果を受け、分子サイズの大きいものから準じ溶出し、分子量が測定される。この場合、分子量が等しい線状ポリマーと分岐ポリマーでは前者のほうが溶液中での分子サイズが大きいので早く溶出することになる。従って、SEC法で測定される分岐ポリマーの分子量は、SEC−MALLS法で得られる分子量より小さく測定される。
一方、本発明の光散乱法では測定分子のRayleigh散乱を利用した。
散乱光の強度に及ぼす光の入射角と試料濃度の依存性を測定し、Zimm法、Berry法等で解析することで、線状ポリマー、分岐ポリマー全ての分子形態において、より真実に近い分子量(絶対分子量)を決定できる。本発明では、SEC−MALLS測定法にて光散乱光の強度の測定を行い、以下のZimm式で表わされる関係をDebye Plotを利用して解析し、絶対分子量に基づいた重量平均分子量(Mw)、慣性二乗半径(Rg2)を導出した。また、Debye Plotとは、縦軸をK・C/R(θ)、横軸をsin2(θ/2)としてプロットしたグラフであり、その際の縦軸の切片からMw(重量平均分子量)を算出し、傾きから慣性二乗半径Rg2を算出することができる。
但し、溶出時間ごとの各成分に対して数平均分子量Mn、重量平均分子量Mw及び慣性二乗半径Rg2が算出されるため、試料全体の数平均分子量Mn及び重量平均分子量Mw及び慣性二乗半径Rg2を得るためには、それぞれの平均値を更に算出する必要がある。
尚、後述する装置を用いて測定した場合には、装置から直接のアウトプットとして、試料全体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び平均回転半径(Rw)の値が得られる。
Figure 2012083739
Figure 2012083739
ここで、慣性二乗半径Rg2は、一般的に1分子あたりの広がりを示す値であり、その平方根である平均回転半径Rw(Rw=(Rg21/2)を重量平均分子量Mwで割ることにより得られた値Rw/Mwは、各分子の分岐度を示すと考えられる。
つまり、Rw/Mwが小さいほど分子量に対し広がりが小さいため、分子の分岐度は大きく、逆にRw/Mwが大きいほど分子量に対し広がりが大きいため、直鎖状の分子であると考えられる。
本発明では、トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をSEC−MALLSにて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であることが重要であり、好ましくは5000以上25000以下である。重量平均分子量Mwが100000以下であることは、すなわち、トナーに含まれる結着樹脂が低分子量であることを意味しており、軽圧タイプの定着器構成においても、特定の離型剤と組み合わせることにより容易に定着が可能となる。また、重量平均分子量Mwが5000以上であると、トナーが帯電する際にトナーの弾性が保たれるため、均一に帯電しやすくなる。また長期使用時の画像濃度、画質が保持できるようになる。重量平均分子量Mwが100000より大きくなると、トナーが可塑化しにくくなり、定着性が悪化する。また、離型剤aの分散性が低下しやすくなり、さらに定着が困難になりやすい。一方、重量平均分子量Mwが5000より小さくなると、トナーが帯電する際にトナーの弾性が低下しやすくなり、帯電が不均一になりやすい。また、長期使用時には、トナーが変形されやすくなるため、濃度や画質の低下が起こりやすくなる。
次に、トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分の重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwの比Rw/Mwが5.0×10-4以上1.0×10-2以下であるということは、トナー中の結着樹脂が直鎖タイプの分子構造を有していることを意味している。それにより、トナー中における離型剤aなどの材料の分散性が向上し、定着性や長期使用時の画質が向上しやすくなる。
また、結着樹脂と離型剤aとの相互作用が強くなり、高温高湿度環境下での保存性が向上し、高温高湿度環境下に放置した後でも良好な現像性を維持することができる。
Rw/Mwが5.0×10-4より小さくなる、すなわち、分岐タイプの分子構造を意味しており、トナー中の材料、特に1官能または2官能のエステルワックスの分散性が低下する。Rw/Mwが1.0×10-2より大きくなると、トナーを安定して製造しにくくなり、得られたトナーの長期使用時の画像濃度ムラが生じやすくなる。
なお、Rw/Mwが2.0×10-3以上1.0×10-2以下であることがより好ましい。Rw/Mwがこの範囲に含まれることで、定着性や長期使用時の濃度や画質がより向上しやすくなる。
平均回転半径Rwは、20以上70以下であることが好ましい。20以上70以下であると結着樹脂の分子量が低いため、分岐度を制御しやすくなる。
また、トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の数平均分子量Mn(25℃)は500以上3000以下であることが好ましく、より好ましくは数平均分子量Mnが1000以上2500以下である。トナーがこの要件を満たすことによって、トナーの変形を適切にコントロールできるため、低温定着性が良化する他、長期使用時の帯電安定性が高くなり、ドット再現性が向上しやすくなる。さらに保存安定性も向上する。
また、本発明では、トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の数平均分子量Mn(25℃)と、135℃におけるオルトジクロロベンゼン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の数平均分子量Mn(135℃)の比(Mn(135℃)/Mn(25℃))が25未満であっても本発明の効果を得ることができる。
重量平均分子量Mw、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwの比Rw/Mwは、後述するように重合開始剤の種類、量、および反応条件を変更することにより調整することができる。
また軽圧タイプの定着器構成において、良好な定着を実現するためには、トナーに均一に定着熱が伝わることが好ましい。そのためにトナー形状としては球状であることが好ましい。球状となることで紙上のトナーが最密充填に近づくため熱効率が良化しやすくなる。
このようなことから、トナーは平均円形度が0.960以上であることが好ましい。平均円形度が0.960以上であると熱伝導率が均一になり、低温定着が可能となり、均一濃度、ドット再現性が向上しやすくなる。さらには、平均円形度が高くなることで、現像の際にトナーに掛かるシェアが均一になりやすく、長期にわたり、均一濃度、高画質を実現しやすくなる。また、高温高湿度環境下に放置したあとでも、良好な流動性および帯電性を有しているために良好な現像性を得られやすくなる。
次に、長期使用時のトナー粒子表面の状態の外添剤の埋め込み等による変化を小さくするためには、トナー粒子自体の流動性を高くすることが有効である。トナー粒子の流動性を表す指標としては、粉体流動性測定装置により測定される撹拌速度が100mm/secの時のTotal Energyがある。
本発明のトナーは、トナー粒子の粉体流動性測定装置により測定される撹拌速度が100mm/secの時のTotal Energyが、500mJ以上1000mJ以下であることが好ましい。Total Energyが500mJ以上であると摩擦帯電性が向上しやすくなるため好ましい。一方、Total Energyが1000mJ以下であると、流動性が高くなるため好ましい。このような理由からTotal Energyが500mJ以上1000mJ以下であると摩擦帯電性と流動性のバランスが取れるため、長期使用時に、例えば、外部添加剤などが埋め込まれた際にも画像濃度、画質を高く保持しやすくなるため好ましい。
このようなトナー粒子自体の流動性を高くする、および、保存性を向上させるためには、トナー粒子表面に強固な外殻を設けることが有効である。外殻を有することで粒子の硬度が増し、流動性が高くなる。また外殻を有することで外部添加剤の埋め込みが抑制できるため耐ストレス性の向上、長期使用時のトナー特性の変化量低減を実現できる。
また、外殻としては、トナー粒子間での被覆状態のバラツキが小さく、かつ、各粒子においては、結着樹脂の露出を防ぎ、均一に覆えていることが重要であった。このような外殻を形成するためには、例えばトナーの湿式製法の場合、単純に外殻となる材料を混ぜてトナー粒子を形成したり、芯材を形成したあとに外殻材料を添加するだけでは不十分であり、結着樹脂との相互関係をコントロールする必要がある。つまり、重量平均分子量Mw、平均回転半径Rwを調整し、さらに外殻剤の種類、量を制御することで、初めて外殻材料がトナー表面に均一に覆い、さらに、外殻に適度な厚みを有するようになるため、均一かつ強固な外殻を形成できるようになる。そうすることで、本発明を満足するトナー特性を発現することができる。すなわち、長期にわたり高い画像濃度、およびドット再現性の高い画像を得ることが可能となり、併せて低温定着性を向上することができる。
このような外殻剤の種類としてはポリエステル樹脂が好ましく、特に、チタン系の触媒を用いて重縮合したポリエステルが好ましい。チタン系の触媒を用いて重縮合したポリエステルは、均質なポリエステルになりやすいため、トナー粒子表面を均一に覆いやすくなるため好ましい。
また、均質なポリエステルと本発明の低分子量かつ直鎖タイプの分子構造を有する結着樹脂が組み合わされることで、例えば懸濁重合のように、重合性単量体のような低粘度な状態でトナー粒子が形成される際に分子運動が十分行えるようになり、より均一に外殻が覆るようになる。
ポリエステル樹脂の結着樹脂100質量部に対する含有量としては、7質量部以上30質量部以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂の含有量が7質量部以上であると、トナー粒子の流動性が向上しやすくなる。また、ポリエステル樹脂の含有量が30質量部以下であると、離型剤や着色剤等の分散性が良化しやすくなり、低温定着性が向上する。
次に本発明の結着樹脂は重合開始剤としてパーオキシジカーボネートを用いて重合した樹脂を主成分としていることが好ましい。例えばラジカル重合により結着樹脂を生成する場合には、重合開始剤としてパーオキシジカーボネートを用いると、開裂した際に同一のカーボネートラジカルを2つ生成する。また、カーボネートラジカルは脱炭酸反応を起こしにくいため、反応系内には同一のラジカルが存在しやすくなり、重合性単量体に対し効率よくラジカル重合を開始することができる。そのため、従来の過酸化物タイプの重合開始剤に対して少量で低分子量化が可能になる。さらに、少量で低分子量化が可能であると副反応等が起こりにくくなるため、直鎖タイプの分子構造を生成しやすくなるので好ましい。
本発明の結着樹脂をラジカル重合により生成する場合には、重合開始剤の10時間半減期温度に対して15℃以上高い温度で使用することが好ましい。重合開始剤を15℃以上高い温度で使用すると、重合開始剤の開裂が迅速になり、低分子量化を達成しやすくなる。また反応系内には同一のラジカルが生成しやすくなり、副反応が起こりにくくなるため、直鎖タイプの分子構造を有する結着樹脂が生成しやすくなる。
重合開始剤の添加方法は、一括または分割で添加することが可能である。
本発明のトナーに用いられる結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂を用いることができ、これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。この中でも特にスチレンを主成分とするスチレン系共重合体が現像特性、定着性等の点で好ましく、スチレン−アクリル酸アルキル系共重合体、またはスチレン−メタクリル酸アルキル系共重合体を主成分とすることがより好ましい。これらを用いることで、結着樹脂を直鎖タイプの分子構造にしやすくなり、離型剤a、および離型剤bの存在状態を好適にしやすくなる。
本発明のトナーには、帯電特性向上のために必要に応じて荷電制御剤を配合しても良い。荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、帯電スピードが速く、且つ一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が特に好ましい。更に、トナーを後述するような重合法を用いて製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。荷電制御剤のうち、ネガ系荷電制御剤として具体的な化合物として、サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸などの芳香族カルボン酸の金属化合物;アゾ染料又はアゾ顔料の金属塩又は金属錯体;スルフォン酸又はカルボン酸基を側鎖に持つ高分子型化合物;ホウ素化合物;尿素化合物;ケイ素化合物;カリックスアレーン等が挙げられる。ポジ系荷電制御剤としては、四級アンモニウム塩、該四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物等が挙げられる。
荷電制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法と、懸濁重合によりトナーの製造を行う場合には、造粒前に重合性単量体組成物中に荷電制御剤を添加する方法が一般的である。また、水中で油液滴を形成し重合を行っている最中、又は重合後に荷電制御剤を溶解、懸濁させた重合性単量体を加えることによりシード重合を行い、トナー表面を均一に覆うことも可能である。また、荷電制御剤として有機金属化合物を用いる場合は、トナー粒子にこれら化合物を添加し、シェアをかけ混合・撹拌することにより導入することも可能である。
これらの荷電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるものであり一義的に限定されるものではない。しかし、トナー粒子に内部添加する場合、好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上5質量部以下の範囲で用いられる。また、トナー粒子に外部添加する場合、トナー100質量部に対し好ましくは0.005質量部以上1.0質量部以下、より好ましくは0.01質量部以上0.3質量部以下である。
本発明のトナーは目的の色味に合わせた着色剤を含有する。本発明のトナーに用いられる着色剤としては公知の有機顔料又は染料、カーボンブラック、磁性体等のいずれも用いることができる。
具体的には、シアン系着色剤として、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体,アントラキノン化合物,塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1,C.I.ピグメントブルー7,C.I.ピグメントブルー15,C.I.ピグメントブルー15:1,C.I.ピグメントブルー15:2,C.I.ピグメントブルー15:3,C.I.ピグメントブルー15:4,C.I.ピグメントブルー60,C.I.ピグメントブルー62,C.I.ピグメントブルー66等が挙げられる。
マゼンタ系着色剤としては、縮合アゾ化合物,ジケトピロロピロール化合物,アントラキノン,キナクリドン化合物,塩基染料レーキ化合物,ナフトール化合物,ベンズイミダゾロン化合物,チオインジゴ化合物,ペリレン化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2,C.I.ピグメントレッド3,C.I.ピグメントレッド5,C.I.ピグメントレッド6,C.I.ピグメントレッド7,C.I.ピグメントバイオレット19,C.I.ピグメントレッド23,C.I.ピグメントレッド48:2,C.I.ピグメントレッド48:3,C.I.ピグメントレッド48:4,C.I.ピグメントレッド57:1,C.I.ピグメントレッド81:1,C.I.ピグメントレッド122,C.I.ピグメントレッド144,C.I.ピグメントレッド146,C.I.ピグメントレッド166,C.I.ピグメントレッド169,C.I.ピグメントレッド177,C.I.ピグメントレッド184,C.I.ピグメントレッド185,C.I.ピグメントレッド202,C.I.ピグメントレッド206,C.I.ピグメントレッド220,C.I.ピグメントレッド221,C.I.ピルメントレッド254等が挙げられる。
イエロー系着色剤としては、縮合アゾ化合物,イソインドリノン化合物,アントラキノン化合物,アゾ金属錯体,メチン化合物,アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー12,C.I.ピグメントイエロー13,C.I.ピグメントイエロー14,C.I.ピグメントイエロー15,C.I.ピグメントイエロー17,C.I.ピグメントイエロー62,C.I.ピグメントイエロー74,C.I.ピグメントイエロー83,C.I.ピグメントイエロー93,C.I.ピグメントイエロー94,C.I.ピグメントイエロー95,C.I.ピグメントイエロー97,C.I.ピグメントイエロー109,C.I.ピグメントイエロー110,C.I.ピグメントイエロー111,C.I.ピグメントイエロー120,C.I.ピグメントイエロー127,C.I.ピグメントイエロー128,C.I.ピグメントイエロー129,C.I.ピグメントイエロー147,C.I.ピグメントイエロー151,C.I.ピグメントイエロー154,C.I.ピグメントイエロー168,C.I.ピグメントイエロー174,C.I.ピグメントイエロー175,C.I.ピグメントイエロー176,C.I.ピグメントイエロー180,C.I.ピグメントイエロー181,C.I.ピグメントイエロー191,C.I.ピグメントイエロー194等が挙げられる。
これらの着色剤は、単独で又は2種以上を混合し、更には固溶体の状態でも用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角,彩度,明度,耐光性,OHP透明性,トナーへの分散性の点から適宜選択される。また、着色剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下が好ましい。
また、黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、上記イエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用いて黒色に調色されたものが利用される。黒色着色剤としてカーボンブラックを用いた場合、その添加量は、結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下が好ましい。
また、本発明のトナーを磁性トナーとして用いる場合、着色剤として磁性体を用いることも可能である。黒色着色剤として磁性体を用いる場合、磁性体の添加量は結着樹脂100質量部に対し20質量部以上150質量部以下が好ましい。
磁性体の添加量が20質量部以上であるとトナーの着色力が高く、カブリも抑制しやすくなる。また150質量部以下であると、磁性体への吸熱量が小さくなるため定着性がより良化しやすくなる。
なお、トナー中の磁性体の含有量の測定は、パーキンエルマー社製熱分析装置、TGA7を用いて測定することができる。測定方法は以下の通りである。窒素雰囲気下において昇温速度25℃/分で常温から900℃までトナーを加熱する。100℃から750℃までの間の減量質量%を結着樹脂量とし、残存質量を近似的に磁性体量とする。
本発明において重合法を用いてトナーを製造する場合、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要がある。そこで、着色剤は、表面改質、例えば、重合阻害のない物質による疎水化処理を施しておいたほうが良い。特に、染料やカーボンブラックは、重合阻害性を有するものが多いので使用の際に注意を要する。
カーボンブラックについては、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、例えば、ポリオルガノシロキサン等で処理を行っても良い。
本発明のトナーに磁性体を用いる場合、磁性体は、四三酸化鉄やγ−酸化鉄などの磁性酸化鉄を主成分とするものであり、リン、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素などの元素を含んでもよい。これら磁性体は、窒素吸着法によるBET比表面積が2m2/g以上30m2/g以下であることが好ましく、3m2/g以上28m2/g以下であることがより好ましい。また、モース硬度が5以上7以下のものが好ましい。磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、及び、鱗片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、及び、球形等の異方性の少ないものが、画像濃度を高める上で好ましい。
磁性体は、体積平均粒径(Dv)が0.10μm以上0.40μm以下であることが好ましい。体積平均粒径(Dv)が0.10μm以上であると、磁性体が凝集しにくくなり、トナー中での磁性体の均一分散性が向上する。また体積平均粒径(Dv)が0.40μm以下ではトナーの着色力が向上するため好ましく用いられる。
なお、磁性体の体積平均粒径(Dv)は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナー粒子を十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ得られた硬化物を得る。得られた硬化物をミクロトームにより薄片状のサンプルとして、透過型電子顕微鏡(TEM)において1万倍乃至4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体粒子径を測定する。そして、磁性体の投影面積に等しい円の相当径を基に、体積平均粒径(Dv)の算出を行う。また、画像解析装置により粒径を測定することも可能である。
本発明のトナーに用いられる磁性体は、例えば下記の方法で製造することができる。第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量又は当量以上の水酸化ナトリウム等のアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。調製した水溶液をpH7以上に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応を行い、磁性酸化鉄粉体の芯となる種晶をまず生成する。
次に、種晶を含むスラリー状の液に前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。液のpHを5から10に維持しながら空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄粉体を成長させる。この時、任意のpH及び反応温度、撹拌条件を選択することにより、磁性体の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて液のpHは酸性側に移行していくが、液のpHは5未満にしない方が好ましい。このようにして得られた磁性体を定法によりろ過、洗浄、乾燥することにより磁性体を得ることができる。
また、本発明において重合法にてトナーを製造する場合、磁性体表面を疎水化処理することが非常に好ましい。乾式にて表面処理をする場合、洗浄・ろ過・乾燥した磁性体にカップリング剤処理を行う。湿式にて表面処理を行う場合、酸化反応終了後、乾燥させたものを再分散させる、又は酸化反応終了後、洗浄、濾過して得られた酸化鉄体を乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させ、カップリング処理を行う。具体的には、再分散液を十分撹拌しながらシランカップリング剤を添加し、加水分解後温度を上げる、或いは、加水分解後に分散液のpHをアルカリ域に調整することでカップリング処理を行う。この中でも、均一な表面処理を行うという観点から、酸化反応終了後、ろ過、洗浄後に乾燥させずそのままリスラリー化し、表面処理を行うことが好ましい。
磁性体の表面処理を湿式で、すなわち水系媒体中において磁性体をカップリング剤で処理するには、まず水系媒体中で磁性体を一次粒径となるよう十分に分散させ、沈降、凝集しないように撹拌羽根等で撹拌する。次いで上記分散液に任意量のカップリング剤を投入し、カップリング剤を加水分解しながら表面処理するが、この時も撹拌を行いつつピンミル、ラインミルなどの装置を使いながら凝集しないように十分に分散させつつ表面処理を行うことがより好ましい。
ここで、水系媒体とは、水を主要成分としている媒体である。具体的には、水そのもの、水に少量の界面活性剤を添加したもの、水にpH調整剤を添加したもの、水に有機溶剤を添加したものが挙げられる。界面活性剤としては、ポリビニルアルコールなどのノンイオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤は、水に対して0.1から5.0質量%添加することが好ましい。pH調製剤としては、塩酸等の無機酸が挙げられる。有機溶剤としてはアルコール類等が挙げられる。
本発明における磁性体の表面処理において使用できるカップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。より好ましく用いられるのはシランカップリング剤であり、一般式(1)で示されるものである。
mSiYn 一般式(1)
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1から3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基などの官能基を示し、nは1から3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
一般式(1)で示されるシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
この中で、高い疎水性を磁性体に付与するという観点では、下記一般式(2)で示されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を用いることが好ましい。
p2p+1−Si−(OCq2q+13 一般式(2)
[式中、pは2乃至20の整数を示し、qは1乃至3の整数を示す。]
上記式におけるpが2乃至20の整数(より好ましくは、3乃至15の整数)を示し、qが1乃至3の整数(より好ましくは、1又は2の整数)を示すアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用することが好ましい。
上記シランカップリング剤を用いる場合、単独で処理する、或いは複数の種類を併用して処理することが可能である。複数の種類を併用する場合、それぞれのカップリング剤で個別に処理してもよいし、同時に処理してもよい。
用いるカップリング剤の総処理量は磁性体100質量部に対して0.9質量部以上3.0質量部以下であることが好ましく、磁性体の表面積、カップリング剤の反応性等に応じて処理剤の量を調整することが重要である。
本発明では、磁性体以外に他の着色剤を併用しても良い。併用し得る着色剤としては、上記した公知の染料及び顔料の他、磁性又は非磁性の無機化合物が挙げられる。具体的には、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属粒子、又はこれらにクロム、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、希土類元素などを加えた合金。ヘマタイトなどの粒子、チタンブラック、ニグロシン染料/顔料、カーボンブラック、フタロシアニン等が挙げられる。これらもまた、表面を処理して用いることが好ましい。
トナーの重量平均粒径(D4)は5.0μm以上9.0μm以下であることが十分な画像特性を得る上で好ましい。重量平均粒径(D4)は5.0μm以上であると現像ブレードによる規制が十分になりやすく、均一に帯電しやすくなる。また、重量平均粒径(D4)が9.0μm以下になると、ドット再現性が向上し易くなり、高精細な画像が得られ易くなる。
本発明のトナーのガラス転移温度(Tg)は40℃以上70℃以下であることが好ましい。ガラス転移温度が40℃以上では保存安定性が向上すると共に、長期使用においてトナー劣化しにくくなる。またガラス転移温度が70℃以下であると定着性が向上する。よって、定着性と保存安定性、そして現像性のバランスを考えるとトナーのガラス転移温度は40℃以上70℃以下であることが好ましい。
本発明のトナーは長期使用時の画像安定性の向上のためにコア−シェル構造を有していることが好ましい。これは、シェル層(外殻)を有することによりトナーの表面性が均一になり、流動性が向上すると共に帯電性が均一になるためである。
また、高分子量体のシェルが均一に表層を覆うため、長期保存においても離型剤の染み出し等が生じ難く保存安定性が向上する。
このため、シェル層には非晶質の高分子量体を用いることが好ましく、帯電の安定性と言う観点から酸価は1.0mgKOH/g以上20.0mgKOH/g以下であることが好ましい。シェル層に用いる高分子量体の酸価が20.0mgKOH/g以下であると、トナーの帯電性が安定化しやすいため、特に高温高湿環境下での現像性が向上する。またシェル層に用いる高分子量体の酸価が1.0mgKOH/g以上であるとしっかりしたシェルを形成しやすくなり保存安定性がより向上する。
シェルを形成させる具体的手法としては、コア粒子にシェル用の微粒子を埋め込んだり、本発明に好適な製造方法である水系媒体中でトナーを製造する場合はコア粒子にシェル用の超微粒子を付着させ、乾燥させることによりシェル層を形成させることが可能である。また、溶解懸濁法、懸濁重合法においてはシェル用の高分子量体の酸価、親水性を利用し水との界面、即ち、トナー表面近傍にこれら高分子量体を偏在せしめ、シェルを形成することが可能である。さらには、所謂シード重合法によりコア粒子表面にモノマーを膨潤させ、重合することによりシェルを形成することができる。
シェル層用の高分子量体としては例えば、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ポリエステル共重合体、ポリアクリレート−ポリエステル共重合体、ポリメタクリレート−ポリエステル共重合体、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂等があり、これらを単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。また、これらポリマー中にアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基等の官能基を導入しても良い。
これらの樹脂の中でも、先述したようにポリエステルが好ましい。
本発明に使用されるポリエステル樹脂は、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはその両者を適宜選択して使用することが可能である。
本発明に使用されるポリエステル樹脂は、アルコール成分と酸成分から構成される通常のものが使用でき、両成分については以下に例示する。
アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ブテンジオール、オクテンジオール、シクロヘキセンジメタノール、水素化ビスフェノールA、また式(I)で表されるビスフェノール誘導体;
Figure 2012083739
[式中、Rはエチレンまたはプロピレン基であり、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2乃至10である。]
あるいは式(I)の化合物の水添物、また、式(II)で示されるジオール;
Figure 2012083739
あるいは式(II)の化合物の水添物のジオールが挙げられる。
2価のカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸またはその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸またはその無水物、またさらに炭素数6から18のアルキルまたはアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸またはその無水物などが挙げられる。
さらに、アルコール成分としてグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテルの如き多価アルコールが挙げられ、酸成分としてトリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等の多価カルボン酸が挙げられる。
上記ポリエステル樹脂の中では、帯電特性、環境安定性が優れておりその他の電子写真特性においてバランスのとれた前記のビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が好ましく使用される。この化合物の場合には、定着性やトナーの耐久性の点においてアルキレンオキサイドの平均付加モル数は2以上10以下が好ましい。
本発明におけるポリエステル樹脂は全成分中45モル%以上55モル%以下がアルコール成分であり、55モル%以上45モル%以下が酸成分であることが好ましい。
本発明におけるポリエステル樹脂は、スズ系触媒、アンチモン系触媒、チタン系触媒などいずれの触媒を用いて製造することができるが、先述したようにチタン系触媒を用いることが好ましい。
また、シェルを形成する高分子量体の数平均分子量は2500以上25000以下が好ましく用いられる。数平均分子量が2500以上であると現像性、耐ブロッキング性、耐久性が向上する。また数平均分子量が25000以下であると低温定着性が向上するので好ましい。なお、数平均分子量はGPCにより測定できる。
次に、1官能または2官能エステルとしては、具体的には、カルナウバワックス、モンタン酸エステルワックス等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスなどの如き脂肪酸エステル類から酸成分の一部または全部を脱酸したもの;植物性油脂の水素添加等によって得られる、ヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物;ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル等の飽和脂肪酸モノエステル類;セバシン酸ジベヘニル、ドデカン二酸ジステアリル、オクタデカン二酸ジステアリル等の飽和脂肪族ジカルボン酸と飽和脂肪族アルコールとのジエステル化物;ノナンジオールジベヘネート、ドデカンジオールジステアレート等の飽和脂肪族ジオールと飽和脂肪酸とのジエステル化物;が挙げられる。
この中で、飽和脂肪酸モノエステル類やジエステル化物が好ましく用いられる。
離型剤aは結着樹脂100質量部に対して5質量部以上20質量部以下の範囲で用いることができる。5質量部以上20質量部以下の範囲であると結着樹脂への分散性が良好になり、定着性と長期使用時の現像安定性が向上する。
次に炭化水素ワックスとしては、具体的には、例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュ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又はそれらのブロック共重合物;脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸等のビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類が用いられる。好ましくは、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスが用いられ、結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上20質量部以下の範囲で用いられる。
離型剤aおよび離型剤bは、示差走査熱量計により測定されるDSC曲線において、昇温時に60℃以上85℃以下の領域に最大吸熱ピークを有するものが好ましい。上記温度領域に最大吸熱ピークを有することにより、低温定着性および現像安定性が向上する。また、本発明に好適なトナー粒子の製造方法である懸濁重合法によりトナー粒子を製造する際には重合性単量体への溶解性が高くなるため、所望の離型剤の分散状態に制御しやすくなる。
本発明においては、離型剤aや離型剤bの他に、公知のワックスを添加することができる。具体的には、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸等の飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸等の不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール等の飽和アルコール類;ソルビトール等の多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド等の飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミド等の不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミド等の芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、フウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);炭素数12以上の長鎖アルキルアルコール又は長鎖アルキルカルボン酸;等が挙げられる。
本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを含有するトナーであり、公知のいずれの方法によっても製造することが可能である。まず、粉砕法により製造する場合は、例えば、結着樹脂、着色剤、離型剤a、離型剤b、荷電制御剤等のトナーとして必要な成分及びその他の添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合器により十分混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練してトナー材料を分散又は溶解させ、冷却固化、粉砕後、分級、必要に応じて表面処理を行ってトナー粒子を得ることができる。溶融混練時の温度、混練条件を制御することで結着樹脂中の離型剤aおよび離型剤bの分散状態を調整することができる。また、分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
粉砕工程は、機械衝撃式、ジェット式等の公知の粉砕装置を用いた方法により行うことができる。また、本発明の好ましい円形度を有するトナーを得るためには、更に熱をかけて粉砕したり、補助的に機械的衝撃を加える処理を行ったりすることが好ましい。また、微粉砕(必要に応じて分級)されたトナー粒子を熱水中に分散させる湯浴法、熱気流中を通過させる方法などを用いても良い。
機械的衝撃力を加える手段としては、例えば川崎重工社製のクリプトロンシステムやターボ工業社製のターボミル等の機械衝撃式粉砕機を用いる方法が挙げられる。また、ホソカワミクロン社製のメカノフージョンシステムや奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム等の装置のように、高速回転する羽根によりトナーをケーシングの内側に遠心力により押しつけ、圧縮力、摩擦力等の力によりトナーに機械的衝撃力を加える方法が挙げられる。熱気流中を通過させる方法としては、メテオレインボー(日本ニューマチック工業社製)が挙げられる。
本発明のトナーは、上述のように粉砕法によって製造することも可能であるが、この粉砕法で得られるトナー粒子は一般に不定形のものである。この為、本発明の均一帯電性を得る為には、機械的・熱的或いは何らかの特殊な処理を行うことが必要となり、生産性が劣るものとなる。そこで、本発明のトナーは分散重合法、会合凝集法、溶解懸濁法、懸濁重合法等、水系媒体中でトナーを製造することが好ましい。水系媒体中でトナーを製造することで、本発明の特徴である結着樹脂を適正化し、さらに好適な離型剤を選択することで、高度に構造制御されたトナーを得やすくなる。
特に懸濁重合法は重合性単量体からトナーを製造するため、製造初期の液粘度を低減し易くなり、着色剤や離型剤の存在状態を調整しやすくなる。さらに形状をそろえ易いため均一帯電を達成し易い、定着時に均一に熱が付与されやすくなるなど本発明の好適な物性を満たしやすく非常に好ましい。
懸濁重合法とは、重合性単量体及び着色剤(更に必要に応じて重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤)を均一に溶解又は分散させて重合性単量体組成物を得る。その後、この重合性単量体組成物を分散安定剤を含有する連続層(例えば水相)中に適当な撹拌器を用いて分散し同時に重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナーを得るものである。この懸濁重合法で得られるトナー(以後「重合トナー」ともいう)は、個々のトナー粒子形状がほぼ球形に揃っているため、均一帯電性および着色剤の分散性などの本発明に好適な物性要件を満たすトナーが得られやすい。
本発明に関わる重合トナーの製造において、重合性単量体組成物を構成する重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
重合性単量体としては、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−エチルスチレン等のスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類、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n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、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のメタクリル酸エステル類;その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等の単量体が挙げられる。これらの単量体は単独で、又は混合して使用し得る。上述の単量体の中でも、スチレン又はスチレン誘導体を単独で、或いは他の単量体と混合して使用することがトナー構造を制御し、トナーの現像特性及び耐久性を向上しやすい点から好ましい。特に、スチレンとアクリル酸アルキルまたは、スチレンとメタクリル酸アルキルを主成分として使用することがより好ましい。
本発明のトナーの重合法による製造において使用される重合開始剤としては、重合反応時における半減期が0.5時間以上30時間以下であるものが好ましい。また、重合性単量体100質量部に対して0.5質量部以上20質量部以下の添加量で用いて重合反応を行うと、分子量5,000以上50,000以下の間に極大を有する重合体を得、トナーに好ましい強度と適当な溶融特性を与えることができる。
また、重合反応温度としては、10時間半減期温度より15℃以上35℃以下高い温度で重合反応することが好ましい。10時間半減期温度より15℃以上35℃以下高い温度で重合反応することで、重合反応が促進され、結着樹脂の過度な分岐や架橋を抑制しやすくなる。
具体的な重合開始剤例としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系又はジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(セカンダリーブチル)パーオキシジカーボネート等の過酸化物系重合開始剤が挙げられる。この中でも、パーオキシジカーボネートタイプであるジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(セカンダリーブチル)パーオキシジカーボネートが先述したように低分子量かつ直鎖タイプの分子構造を有する結着樹脂を製造しやすいため好ましく用いられる。
本発明のトナーを重合法により製造する際は、架橋剤を添加しても良く、好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対して0.001質量部以上15質量部以下である。
ここで架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等のような芳香族ジビニル化合物;例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート等のような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホン等のジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物;が単独で、又は2種以上の混合物として用いられる。
本発明のトナーを重合法で製造する方法では、一般に上述のトナー組成物等を適宜加えて、ホモジナイザー、ボールミル、超音波分散機等の分散機に依って均一に溶解又は分散させた重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁する。この時、高速撹拌機もしくは超音波分散機のような高速分散機を使用して一気に所望のトナー粒子のサイズとするほうが、得られるトナー粒子の粒径がシャープになる。重合開始剤添加の時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体又は溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
造粒後は、通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持され且つ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。
本発明のトナーを製造する場合には、分散安定剤として公知の界面活性剤や有機分散剤・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は、その立体障害性により分散安定性を得ているので反応温度を変化させても安定性が崩れ難く、洗浄も容易でトナーに悪影響を与え難いため、好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、燐酸三カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛、ヒドロキシアパタイト等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の無機化合物が挙げられる。
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して0.2質量部以上20質量部以下を使用することが好ましい。また、上記分散安定剤は単独で用いても良いし、複数種を併用してもよい。更に、0.001質量部以上0.1質量部以下の界面活性剤を併用しても良い。
これら無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用しても良いが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中にて該無機分散剤粒子を生成させて用いることができる。例えば、燐酸三カルシウムの場合、高速撹拌下、燐酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性の燐酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。この時、同時に水溶性の塩化ナトリウム塩が副生するが、水系媒体中に水溶性塩が存在すると、重合性単量体の水への溶解が抑制されて、乳化重合による超微粒トナーが発生し難くなるので、より好都合である。
界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等が挙げられる。
上記重合性単量体を重合する工程において、重合温度は40℃以上、一般には50℃以上90℃以下の温度に設定される。この温度範囲で重合を行なうと、内部に封じられるべき低融点物質が相分離により析出して内包化がより完全となる。
その後、50℃以上90℃以下の反応温度から冷却し、重合反応工程を終了させる冷却工程がある。その際に、離型剤aと結着樹脂の相溶状態を保つように徐々に冷却することが好ましい。
上記重合性単量体の重合終了後、得られた重合体粒子を公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥することによりトナー粒子が得られる。このトナー粒子に、後述するような無機微粉体を必要に応じて混合して該トナー粒子の表面に付着させることで、本発明のトナーを得ることができる。また、製造工程(無機微粉体の混合前)に分級工程を入れ、トナー粒子中に含まれる粗粉や微粉をカットすることも可能である。
本発明においてトナーは、トナー粒子と共に無機微粉体を有していてもよい。この無機微粉体は、個数平均1次粒径が4nm以上80nm以下であることが好ましく、より好ましくは6nm以上40nm以下である。無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のために添加される。さらに無機微粉体を疎水化処理することによってトナーの帯電量の調整、環境安定性の向上等の機能を付与することできる。
本発明において、無機微粉体の個数平均1次粒径の測定法は、公知の測定方法を用いることができ、具体的には走査型電子顕微鏡により拡大撮影したトナーの写真を用いて行うことができる。
本発明で用いられる無機微粉体としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどが使用できる。シリカ微粉体としては、例えば、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。しかし、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2-等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム、塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、それらも包含する。
個数平均1次粒径が4nm以上80nm以下の無機微粉体の添加量は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上3.0質量部以下であることが好ましい。無機微粉体の含有量は、蛍光X線分析を用い、標準試料から作成した検量線を用いて定量できる。
本発明において無機微粉体は疎水化処理されたものであることが、トナーの環境安定性を向上させることができるため好ましい。無機微粉体の疎水化処理に用いる処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機硅素化合物、有機チタン化合物等の処理剤を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記処理剤の中でも、シリコーンオイルにより処理したものが好ましく、無機微粉体をシラン化合物で疎水化処理すると同時に又は処理した後に、シリコーンオイルにより処理したものがより好ましい。このような無機微粉体の処理方法としては、例えば第一段反応として、シラン化合物でシリル化反応を行いシラノール基を化学結合により消失させた後、第二段反応としてシリコーンオイルにより表面に疎水性の薄膜を形成することができる。
上記シリコーンオイルは、25℃における粘度が10mm2/s以上200,000mm2/s以下のもの好ましく、更には3,000mm2/s以上80,000mm2/s以下のものがより好ましい。
使用されるシリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等が特に好ましい。
無機微粉体をシリコーンオイルで処理する方法としては、例えば、シラン化合物で処理された無機微粉体とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサー等の混合機を用いて直接混合する方法や、無機微粉体にシリコーンオイルを噴霧する方法が挙げられる。或いは、適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解又は分散させた後、無機微粉体を加えて混合し、溶剤を除去する方法でもよい。無機微粉体の凝集体の生成が比較的少ない点で噴霧する方法がより好ましい。
シリコーンオイルの処理量は、無機微粉体100質量部に対し1質量部以上40質量部以下が好ましく、より好ましくは3質量部以上35質量部以下である。
本発明で用いられる無機微粉体は、トナーに良好な流動性を付与させる為に、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が20m2/g以上350m2/g以下のものが好ましく、25m2/g以上300m2/g以下のものがより好ましい。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(湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて算出される。
本発明のトナーには、更に他の添加剤、例えばフッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤;ケーキング防止剤;または逆極性の有機微粒子及び無機微粒子を現像性向上剤として少量用いることもできる。これらの添加剤の表面を疎水化処理して用いることも可能である。
本発明のトナーを好適に用いることの出来る画像形成装置の一例を図に沿って具体的に説明する。
図1の画像形成装置において、100は感光体で、その周囲に一次帯電ローラ117、現像器140、転写帯電ローラ114、クリーナ116、レジスタローラ124等が設けられている。そして感光体100は一次帯電ローラ117によって、例えば−700Vに帯電される(印加電圧は交流電圧−2.0kVpp、直流電圧−700Vdc)。そして、レーザー発生装置121によりレーザー光123を感光体100に照射することによって露光される。感光体100上の静電潜像は現像器140によって一成分磁性現像剤で現像され、転写材を介して感光体に当接された転写帯電ローラ114により転写材上へ転写される。トナー画像をのせた転写材は搬送ベルト125により定着器126へ運ばれ転写材上に定着される。また、一部感光体上に残されたトナーはクリーナ116によりクリーニングされる。
現像器140は図2に示すように感光体100に近接してアルミニウム、ステンレスの如き非磁性金属で作られた円筒状のトナー担持体102(以下、現像スリーブとも称す)が配設され、感光体100と現像スリーブ102との間隙は図示されない現像スリーブ/感光体間隙保持部材等により約300μmに維持されている。現像スリーブ内にはマグネットローラ104が現像スリーブ102と同心的に固定、配設されている。但し、現像スリーブ102は回転可能である。
マグネットローラ104には図示のように複数の磁極が具備されており、S1は現像、N1はトナーコート量規制、S2はトナーの取り込み/搬送、N2はトナーの吹き出し防止に影響している。トナーは、トナー塗布ローラ141によって、現像スリーブ102に塗布され、付着して搬送される。搬送されるトナー量を規制する部材である現像ブレード103が配設され、現像ブレード103の現像スリーブ102に対する当接圧により現像領域に搬送されるトナー量が制御される。現像領域では、感光体100と現像スリーブ102との間に直流及び交流の現像バイアスが印加され、現像スリーブ上の現像剤は静電潜像に応じて感光体100上に飛翔し可視像となる。
次に、本発明に係る各物性の測定方法に関して記載する。
<トナーの平均粒径及び粒度分布>
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
<トナーの平均円形度>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
測定には、対物レンズとして「UPlanApro」(倍率10倍、開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上、39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.985μm以上、39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
<トナーの25℃におけるSEC−MALLS測定(Mw、Rw、Mn(25℃))>
本発明のトナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分の重量平均分子量Mn、平均回転半径Rw、及び、個数平均分子量Mn(25℃)をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)測定により求めた。
トナー0.03gをテトラヒドロフラン10mlに分散し、25℃で24時間振とう機で振とうし、0.2μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いる。
[分析条件]
分離カラム:Shodex(TSK GMHHR−H HT20)×2
カラム温度:25℃
移動相溶媒:テトラヒドロフラン
移動相流速:1.0ml/min.
試料濃度 :約0.3%
注入量 :300μl
検出器1 :多角度光散乱検出器 Wyatt DAWN EOS
検出器2 :示差屈折率検出器 Shodex RI−71
尚、データの解析は、ASTRA for Windows(登録商標) 4.73.04 (Wyatt Technology Corp.)を用いて行った。
<トナーの135℃におけるSEC−MALLS測定(Mn(135℃))>
本発明のトナーの135℃におけるオルトジクロロベンゼン可溶分の個数平均分子量Mn(135℃)をSEC−MALLS測定により求めた。
トナー0.03gをオルトジクロロベンゼン10mlに分散し、135℃で24時間振とう機で振とうし、0.2μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いる。
[分析条件]
分離カラム:Shodex(TSK GMHHR−H HT20)×2
カラム温度:135℃
移動相溶媒:オルトジクロロベンゼン
移動相流速:1.0ml/min.
試料濃度 :約0.3%
注入量 :300μl
検出器1 :多角度光散乱検出器 Wyatt DAWN EOS
検出器2 :示差屈折率検出器 Shodex RI−71
尚、データの解析は、ASTRA for Windows(登録商標) 4.73.04 (Wyatt Technology Corp.)を用いて行った。
<トナーのテトラヒドロフラン可溶分の分子量500以下の割合、並びに、ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnの測定>
トナーのテトラヒドロフラン可溶分の分子量500以下の割合およびポリエステル樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、トナー、または、ポリエステル樹脂をテトラヒドロフラン(以下、THFとも称する)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
トナーのテトラヒドロフラン可溶分の分子量500以下の割合は、このGPC測定によって得られたチャート(横軸:リテンションタイム、縦軸:RIで検出される電圧値)における面積の割合である。
また、試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。GPC測定によって得られたチャートに分子量校正曲線を適用することによって得られた分子量分布から、ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mw、及び、数平均分子量Mnを算出した。
<離型剤の最大吸熱ピークのピークトップ温度の測定>
離型剤の最大吸熱ピークのピークトップ温度(融点)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、離型剤約10mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30℃から200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。尚、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30℃から200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、離型剤のDSC測定における吸熱曲線の吸熱ピークトップとする。
<離型剤の酸価測定方法>
離型剤の酸価はJIS K1557−1970に準じ測定する。具体的な測定方法を以下に示す。
まず、離型剤を2gを精秤する(W(g))。200mlの三角フラスコに試料を入れ、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間溶解する。指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加える。0.1規定のKOHもアルコール溶液を用いて上記溶液をビュレットを用いて滴定する。この時のKOH溶液の量をS(ml)とする。ブランクテストをし、この時のKOH溶液の量をB(ml)とする。
次式により酸価を計算する。
酸価=〔(S−B)×f×5.61〕/W
(f:KOH溶液のファクター)
<離型剤の結着樹脂への溶解度>
離型剤の結着樹脂への溶解度の測定は以下のように行う。
・スチレン−アクリル樹脂
(スチレン74質量部とブチルアクリレート26質量部を重合して得た樹脂。ガラス転移温度(Tg)=54.0℃、数平均分子量(Mn)=20000、重量平均分子量(Mw)=200000) :0.10g
・離型剤 :0.01g
上記をメノウ乳鉢にて混合し、試料1とする。
測定装置としては、示差走査熱量分析装置である「Q1000」(TA Instruments社製)や「DSC2920」(TA Instruments社製)を用いることができ、ASTM D3418−82に準じて測定する。
例えば「Q1000」を用いて、試料1を約10mg精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用いて、以下のシーケンスで吸熱量の測定を行う。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
そして、2サイクル目の吸熱ピーク熱量をΔH1、4サイクル目の吸熱ピーク熱量をΔH2とし、下記式により溶解度を求める。なお、吸熱ピーク熱量は、昇温過程での温度30〜120℃の範囲におけるDSC曲線での最大の吸熱ピークの熱量とする。
溶解度=(1−ΔH2/ΔH1)×100
<シーケンス>
1サイクル目:
・30℃にて1分間保持
・2℃/分で60℃まで昇温。昇温後、10分間保持
・10℃/分で30℃まで降温。
2サイクル目:
・30℃にて1分間保持
・10℃/分で120℃まで昇温。昇温後、10分間保持
・10℃/分で30℃まで降温。
3サイクル目:
・30℃にて1分間保持
・2℃/分で60℃まで昇温。昇温後、10分間保持
・10℃/分で30℃まで降温。
4サイクル目:
・30℃にて1分間保持
・10℃/分で120℃まで昇温。昇温後、10分間保持
・10℃/分で30℃まで降温。
尚、上記したスチレン−アクリル樹脂を用いることが好ましいが、調製が困難である場合には、ガラス転移温度54.0℃±1.0℃、数平均分子量(Mn)20000±2000、重量平均分子量(Mw)200000±20000のスチレン−アクリル樹脂を用いて測定しても良い。上記の範囲内であれば、溶解度としてはほぼ同様の値が得られる。
また、本発明では結着樹脂として、低分子量の結着樹脂や分岐構造を調整した結着樹脂を用いている。この場合には、溶解度の絶対値は変化するものの、離型剤の結着樹脂への溶解度の大小関係は変わらないことを確認している。そのため、本発明では上記の測定値を離型剤aおよび離型剤bの結着樹脂への溶解度として用いた。
<トナー粒子のTotal Energy>
本発明における、トナー粒子における、プロペラ型ブレードを撹拌速度100mm/secでトナー粒子層に侵入させた時のTotal Energyは、粉体流動性測定装置パウダーレオメータFT−4(Freeman Technology社製)(以下、FT−4とも称する)を用いることによって測定する。
具体的には、以下の操作により測定を行う。尚、全ての操作において、プロペラ型ブレードは、FT−4測定専用48mm径ブレード(図3参照;48mm×10mmのブレード板の中心に法線方向に回転軸が存在し、ブレード板は、両最外縁部分(回転軸から24mm部分)が、70°、回転軸から12mmの部分が35°といったように、反時計回りになめらかにねじられたもので、材質はSUS製。型番:C210。以下、ブレードと省略する場合がある)を用いる。
FT−4測定専用の直径50mm、容積160mlの円筒状のスプリット容器(型番:C203。容器底面からスプリット部分までの高さ82mm。材質は、ガラス。以下、容器と省略する場合がある)に23℃、60%環境に3日以上放置された磁性トナー粒子を100g入れることで粉体層(トナー粒子層)とする。
(1)コンディショニング操作
(a)粉体層表面に対して時計回り(ブレードの回転により粉体層がほぐされる方向)の回転方向に、ブレードの回転スピードを、ブレードの最外縁部の周速60(mm/sec)とし、粉体層への垂直方向の進入速度を、移動中のブレードの最外縁部が描く軌跡と粉体層表面とのなす角が、5(deg)のスピード(以降、なす角と省略する場合がある)として、粉体層表面から粉体層の底面から10mmの位置まで進入させる。その後、粉体層表面に対して時計回りの回転方向に、ブレードの回転スピードが60(mm/sec)、粉体層への垂直方向の進入速度を、なす角が、2(deg)となるスピードで、磁性粉体層の底面から1mmの位置まで進入させる操作を行った後、粉体層表面に対して時計回りの回転方向に、ブレードの回転スピードが60(mm/sec)、粉体層からの抜き取り速度をなす角が、5(deg)のスピードで、粉体層の底面から100mmの位置まで移動させ、抜き取りを行う。抜き取りが完了したら、ブレードを時計回り、反時計回りに交互に小さく回転させることでブレードに付着したトナーを払い落とす。
(b)一連の上記(1)−(a)の操作を5回行うことで、トナー粉体層中に巻き込まれている空気を取り除き、安定した磁性トナー粉体層を作る。
(2)スプリット操作
上述のFT−4測定専用セルのスプリット部分で粉体層をすり切り、粉体層上部のトナーを取り除くことで、同じ体積の粉体層を形成する。
(3)測定操作
(a)上記(1)−(a)と同様のコンディショニング操作を一回行う。次に粉体層表面に対して反時計回り(ブレードの回転により粉体層が押し込まれる方向)の回転方向に、ブレードの回転スピードを100(mm/sec)とし、粉体層への垂直方向の進入速度を、なす角が、5(deg)となるスピードで、粉体層の底面から10mmの位置まで進入させる。その後、粉体層表面に対して時計回りの回転方向に、ブレードの回転スピードを60(mm/sec)とし、粉体層への垂直方向の進入速度を、なす角が、2(deg)となるスピードで、粉体層の底面から1mmの位置まで進入させる操作を行った後、粉体層表面に対して時計回りの回転方向に、ブレードの回転スピードを60(mm/sec)とし、粉体層からの垂直方向の抜き取り速度をなす角が、5(deg)となるスピードで、粉体層の底面から100mmの位置まで抜き取りを行う。抜き取りが完了したら、ブレードを時計回り、反時計回りに交互に小さく回転させることでブレードに付着したトナーを払い落とす。
(b)上記、一連の操作を7回繰り返し、7回目にブレードの回転スピードが100(mm/sec)で、トナー粉体層の底面から100mmの位置から測定を開始する。底面から10mmの位置まで進入させた時に得られる、回転トルクと垂直荷重の総和を、撹拌速度が100mm/secの時のTotal Energyとする。
<重合転化率>
懸濁重合法における重合転化率は、残留スチレンモノマーの定量により算出した。すなわち、添加したスチレンモノマー中の全量が下記測定においてすべて検出された時を重合添加率0%とし、重合反応が進行することでスチレンモノマーがトナー中から検出されなくなった時を重合転化率100%とした。
トナー中の残留スチレンモノマーの定量は、ガスクロマトグラフィー(GC)により、以下のようにして測定する。
トナー約500mgを精秤しサンプルビンに入れる。これに精秤した約10gのアセトンを加えてフタをした後、よく混合し、発振周波数42kHz、電気的出力125Wの卓上型超音波洗浄器(例えば、商品名「B2510J−MTH」、ブランソン社製)にて超音波を30分間照射する。その後、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)を用いて濾過を行い、濾液2μlをガスクロマトグラフィーで分析する。そして、予めスチレンを用いて作成した検量線により、残留スチレンモノマーの残存量を算出する。
測定装置及び測定条件は、下記の通りである。
GC:HP社 6890GC
カラム:HP社 INNOWax(200μm×0.40μm×25m)
キャリアーガス:He(コンスタントプレッシャーモード:20psi)
オーブン:(1)50℃で10分ホールド
(2)10℃/分で200℃まで昇温
(3)200℃で5分ホールド
注入口:200℃、パルスドスプリットレスモード
(20→40psi、until:0.5分)
スプリット比:5.0:1.0
検出器:250℃(FID)
<テトラヒドロフラン不溶分の測定方法>
トナー約1.5gを秤量(W1g)し、予め秤量した円筒濾紙(例えば、商品名No.86R(サイズ28×100mm)、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。そして溶媒としてテトラヒドロフラン200mlを用い10時間抽出する。このとき、溶媒の抽出サイクルが約5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。
抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を含む円筒濾紙の質量を秤量し、円筒濾紙の質量を差し引くことにより、抽出残分の質量(W2g)を算出する。
次に、樹脂成分以外の成分の含有量(W3g)を以下の手順で求める。予め秤量した30mlの磁性るつぼに約2gのトナーを秤量(Wag)する。るつぼを電気炉に入れ約900℃で約3時間加熱し、電気炉中で放冷し、常温下でデシケーター中に1時間以上放冷し、焼却残灰分を含むるつぼの質量を秤量し、るつぼの質量を差し引くことにより焼却残灰分(Wbg)を算出する。そして、下式により、試料W1g中の焼却残灰分の質量(W3g)を算出する。
W3=W1×(Wb/Wa)
この場合、テトラヒドロフラン不溶分は、下式で求められる。
テトラヒドロフラン不溶分(質量%)={(W2−W3)/(W1−W3)}×100
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。なお、「部」という記載に関して、特に断りのない限り質量基準である。
<1官能または2官能エステルワックス>
1官能または2官能エステルワックスとして、以下の表1のものを用意した。
Figure 2012083739
<炭化水素ワックス>
炭化水素ワックスとして、以下の表2のものを用意した。
Figure 2012083739
<重合開始剤>
重合開始剤として、以下の表3のものを用意した。
Figure 2012083739
<ポリエステル樹脂1の合成>
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、下記成分を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。
ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 225部
ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物 450部
テレフタル酸 280部
チタン系触媒(チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)) 2部
次いで5乃至20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2mgKOH/g以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸62部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕してポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂1は、重量平均分子量Mw=10500、数平均分子量Mn=3800、酸価6であった。
<ポリエステル樹脂2の合成>
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、下記成分を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。
ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 225部
ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物 450部
テレフタル酸 280部
アンチモン系触媒(三酸化アンチモン) 2部
次いで5乃至20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2mgKOH/g以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸62部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕してポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂1は、重量平均分子量Mw=10300、数平均分子量Mn=4000、酸価7であった。
<磁性酸化鉄1の製造例>
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄イオンに対して1.0当量の水酸化ナトリウム溶液(Feに対しP換算で1質量%のヘキサメタリン酸ナトリウムを含有)を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液をpH9に維持しながら、空気を吹き込み、80℃で酸化反応を行い、種晶を生成させるスラリー液を調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(水酸化ナトリウムのナトリウム成分)に対し1.0当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた。スラリー液をpH8に維持して、空気を吹込みながら酸化反応を進め、酸化反応の終期にpHを約6に調整した。シランカップリング剤として、n−C613Si(OCH33を磁性酸化鉄100部に対し1.5部添加し、十分撹拌した。生成した疎水性酸化鉄粒子を常法により洗浄、濾過、乾燥した。凝集している粒子を解砕処理した後、温度70℃で5時間熱処理を行って、磁性酸化鉄1を得た。
磁性酸化鉄1の平均粒径は0.25μm、磁場79.6kA/m(1000エルステッド)における飽和磁化が67.3Am2/kg(emu/g)、残留磁化が4.0Am2/kg(emu/g)であった。
<トナー1の製造>
イオン交換水720部に0.1mol/L−Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L−CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
スチレン 75部
n−ブチルアクリレート 25部
ジビニルベンゼン 0.5部
ポリエステル樹脂1 15部
負荷電制御剤 T−77(保土ヶ谷化学製) 1部
磁性酸化鉄1 90部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに離型剤aとしてE4を10部、離型剤bとしてP2を5部、および重合開始剤R1(10時間半減期温度51℃)を4部混合溶解し、重合性単量体組成物とした。
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて10,000rpmで15分間撹拌し、造粒した。
その後、パドル撹拌翼で撹拌し、反応温度70℃(R1の10時間半減期温度より19℃高い温度)にて360分間重合反応行った。
その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子1を得た。
トナー粒子1を100部と、一次粒径12nmのシリカにヘキサメチルジシラザンで処理をした後シリコーンオイルで処理し、処理後のBET比表面積値が120m2/gの疎水性シリカ微粉体1.0部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))を用い混合し、トナー1を調製した。トナー1の製造条件と物性を表4及び5に示す。
<トナー2乃至27の製造>
トナー1の製造において、表4に示すように、ポリエステル樹脂、離型剤a、離型剤b、および重合開始剤の種類、量、反応温度、および重合反応を終了させるための冷却工程での懸濁液の降温速度を変更し、トナー2乃至27を得た。トナー2乃至27の製造条件と物性を表4及び5に示す。なお、トナー12、トナー21、トナー23、およびトナー25については、重合転化率が80%の時点で、重合開始剤を追加添加している。
<トナー28の製造>
スチレン80.5部およびn−ブチルアクリレート19.5部からなるコア用重合性単量体(得られる共重合体の計算Tg=55℃)、磁性酸化鉄1を90部、帯電制御剤(保土ヶ谷化学社製、商品名スピロンブラックTRH)1部、ジビニルベンゼン0.3部、ターシャルドデシルメルカプタン0.8部、ペンタエリスリトールテトラステアレート(ステアリン酸純度約60%)10部及び天然ガス系フィッシャートロプシュワックス(Dシェル・MS社製、商品名FT−100、最大吸熱ピークのピークトップ温度92℃)2部を、高剪断力で混合可能なホモミキサー(TK式、特殊機化工社製)により、12000rpmの回転数で撹拌、混合して均一分散し、コア用重合性単量体組成物(混合液)を得た。
一方、メチルメタクリレート(計算Tg=105℃)5部と水100部を超音波乳化機にて微分散化処理して、シェル用重合性単量体の水分散液を得た。シェル用重合性単量体の液滴の粒径は、得られた液滴を1%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液中に濃度3%で加え、マイクロトラック粒径分布測定器で測定したところ、D90が1.6μmであった。他方、イオン交換水250部に塩化マグネシウム(水溶性多価金属塩)9.8部を溶解した水溶液に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム(水酸化アルカリ金属)6.9部を溶解した水溶液を撹拌下で徐々に添加して、水酸化マグネシウムコロイド(難水溶性金属化合物のコロイド)分散液を調製した。生成した上記コロイドの粒径分布を、マイクロトラック粒径分布測定器(日機装社製)で測定したところ、粒径は、D50(個数粒径分布の50%累積値)が0.38μmで、D90(個数粒径分布の90%累積値)が0.82μmであった。マイクロトラック粒径分布測定器による測定においては、測定レンジ=0.12乃至704μm、測定時間=30秒、媒体=イオン交換水の条件で行った。
上記により得られた水酸化マグネシウムコロイド分散液に、上記コア用重合性単量体組成物を投入し混合した後、t−ブチルパーオキシ−2−エチルへキサノエート4部を添加し、TK式ホモミキサーを用い、12000rpmの回転数で高剪断撹拌して、コア用重合性単量体組成物の液滴を造粒した。造粒した単量体組成物の水分散液を、撹拌翼を装着した反応器にいれ、反応温度90℃で重合反応を開始させ、重合転化率がほぼ100%に達したときに、前記シェル用重合性単量体の水分散液及び1%過硫酸カリウム水溶液1部を添加し、5時間反応を継続した。その後、反応を停止させるために、毎分10℃で室温まで冷却し、コア・シェル型重合体粒子の水分散液を得た。シェル用重合性単量体を添加する直前にコア粒子を取り出して測定した体積平均粒径(dV)は7.1μmであり、体積と個数平均粒径比(dV/dP)は1.26であった。シェル厚みは0.12μmで、トナーの長径を短径で割った値(rl/rs)は1.1、トルエン不溶分は5%であった。
上記により得たコア・シェル型重合体粒子の水分散液を撹拌しながら、硫酸により系のpHを4以下にして酸洗浄(25℃、10分間)を行い、濾過により水を分離した後、新たにイオン交換水500部を加えて再スラリー化し、水洗浄を行った。その後、再度、脱水と水洗浄を数回繰返し行って、固形分を濾過分離した後、乾燥機にて45℃で一昼夜乾燥を行い、トナー粒子28を得た。
上記により得られたトナー粒子28を100部に、疎水化処理したコロイダルシリカ(商品名:R−202、デグサ社製)0.3部を添加し、ヘンシェルミキサーを用いて混合してトナー28を調製した。結果を表4及び5に示す。
Figure 2012083739
Figure 2012083739
<実施例1>
画像形成装置として、プロセススピードを125mm/secとし、定着フィルムと加圧ローラの当接圧を7kgfに改造したLBP−3100(キヤノン製)を使用した。
この画像形成装置にトナー1を使用し、常温常湿度環境下(温度25.0℃、湿度50%RH)で、8ポイントのA文字を用い印字率を1%とした画像を印刷した。このとき、初期と間欠モードで4000枚印刷した時の画像濃度についてそれぞれ評価を行った。なお、記録媒体としてはA4の80g/m2の紙を使用した。その結果、この画出し試験を通して高い画像濃度が得られ、濃度ムラもなくドット再現性も良好であった。試験終了時の画像濃度は1.5以上であり、高品位な画像を得ることができた。また、4000枚の画出し試験後に定着フィルムを観察したところ、汚れは見られなかった。
さらに同様の画像形成装置を、定着ユニットの定着温度が調整できるように改造し、トナー1を使用し、常温常湿度環境下(温度25.0℃、湿度50%RH)にてXerox75g/m2の紙を用いて定着性評価を行った。その結果、定着下限温度が180℃未満であり、良好な低温定着性であった。結果を表6に示した。
ここで、本発明の実施例、ならびに、比較例中に記載の評価項目とその判断基準について以下に述べる。
a)画像濃度
初期及び4000枚のプリントアウトを終了した後、ベタ画像部を形成し評価した。尚、画像濃度は画像濃度測定装置である「マクベス反射濃度計」(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分のプリントアウト画像に対する相対濃度を測定した。
また、42.0℃/95%RH環境下に30日間、製造した各トナーを放置し、放置後の初期をプリントアウトした終了した後、ベタ画像部を形成し評価した。
A:1.50以上
B:1.40以上1.50未満
C:1.30以上1.40未満
D:1.30未満
b)濃度ムラ
画出し試験において、初期及び4000枚のプリントアウトを終了した後、単色ベタ画像及びハーフトーン画像をプリントアウトし、その画像均一性を目視で評価した。
A:均一画像で画像ムラが確認できない
B:若干の画像ムラが確認できる
C:画像ムラが確認できるが、実用上可能なレベル
D:顕著な画像ムラが確認できる
c)ドット再現性
ドット再現性は、図4に示す80μm×50μmのチェッカー模様を用いた画出し試験において、初期及び4000枚のプリントアウトを終了した後、顕微鏡により黒色部の欠損の有無を観察し、評価した。
A:100個中欠損が2個以下
B:100個中欠損が3以上5個以下
C:100個中欠損が6以上10個以下
D:100個中欠損が11個以上
d)定着フィルム汚れ
ベタ画像を4000枚のプリントアウトを終了した後の定着フィルム表面の残留トナーの固着状況およびベタ画像を目視で評価した。
A:定着フィルムおよび画像に未発生した
B:定着フィルムおよび画像にほとんど発生せず
C:定着フィルムおよび画像に発生するが実用可能レベル
D:定着フィルムおよび画像に多数発生した
e)低温定着性
未定着画像のトナーのり量が0.6mg/cm2となるように調整した後、温度160℃以上230℃以下の範囲を温度5℃間隔で設定した定着温度で、A4紙中に5cm角のベタ画像を9点出力させた。その画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5回往復し、濃度低下率が15%以上となる温度を定着下限温度として評価した。
A:定着下限温度が180℃未満
B:定着下限温度が180℃以上190℃未満
C:定着下限温度が190℃以上200℃未満
D:定着下限温度が200℃以上
<実施例2乃至19>
トナーとして、トナー1の代わりに、トナー2乃至19をそれぞれ使用し、実施例1と同様の条件で初期及び長期使用時の現像性評価及び定着性評価を行った。その結果、初期の画像特性も問題なく、4000枚のプリントアウト終了までいずれも大きな問題のない結果が得られた。常温常湿環境下での耐久評価結果を表6に示す。
<比較例1乃至9>
トナーとして、トナー1の代わりに、トナー20乃至28をそれぞれ使用し、実施例1と同様の条件で初期及び長期使用時の現像性評価及び定着性評価を行った。その結果、トナー20乃至28では、長期使用時(4000枚後)の定着フィルム汚れのレベルが悪かった。またトナー20乃至28の評価においても長期使用時の画像劣化や定着下限温度の上昇、定着フィルム汚れが発生しており、印刷画像にも影響があった。常温常湿環境下での耐久評価結果を表7に示す。
Figure 2012083739
Figure 2012083739
100 感光体、102 現像スリーブ(トナー担持体)、103 現像ブレード、104 マグネットローラ、114 転写帯電ローラ、116 クリーナ、117 一次帯電ローラ、121 レーザー発生装置、123 レーザー光、124 レジスタローラ、125 搬送ベルト、126 定着器、140 現像器、141 トナー塗布ローラ

Claims (10)

  1. 結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
    (1)前記離型剤aは、1官能または2官能のエステルワックスであり、
    (2)前記離型剤bは、炭化水素ワックスであり、
    (3)前記離型剤aの結着樹脂への溶解度が、前記離型剤bの結着樹脂への溶解度より高く、
    (4)前記トナーのテトラヒドロフラン可溶分をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定にて測定した際の分子量500以下の割合が2.5面積%以下であり、
    (5)前記トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上100000以下であり、重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwが下記式1を満たすことを特徴とするトナー。
    5.0×10-4≦Rw/Mw≦1.0×10-2 式1
  2. 前記トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の重量平均分子量Mwが5000以上25000以下であり、
    重量平均分子量Mwと平均回転半径Rwが下記式2を満たすことを特徴とする請求項1に記載のトナー。
    2.0×10-3≦Rw/Mw≦1.0×10-2 式2
  3. 前記トナーの平均円形度が0.960以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のトナー。
  4. 前記トナー粒子の粉体流動性測定装置により測定される、プロペラ型ブレードを撹拌速度100mm/secでトナー粒子層に侵入させた時のTotal Energyが、500mJ以上1000mJ以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 前記離型剤aが、酸価が2mgKOH/g以下であり、且つ、最大吸熱ピークのピークトップ温度が60℃以上80℃以下の1官能または2官能のエステルワックスであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナー。
  6. 前記結着樹脂はパーオキシジカーボネートを用いて重合性単量体を重合して得られる樹脂を主成分としていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトナー。
  7. 前記トナーの示差走査熱量(DSC)測定における、前記離型剤aの最大吸熱ピークのピークトップ温度をTma(℃)、前記離型剤bの最大吸熱ピークのピークトップ温度をTmb(℃)としたとき、
    0≦(Tmb−Tma)≦5
    であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のトナー。
  8. 前記離型剤aは、前記結着樹脂100質量部に対して5質量部以上20質量部以下含有されており、前記離型剤aと前記離型剤bの含有量の質量比(離型剤aの含有量/離型剤bの含有量)が1/1以上20/1以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナー。
  9. 該トナー粒子が、懸濁重合法で製造されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のトナー。
  10. 該トナーの25℃におけるテトラヒドロフラン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の数平均分子量Mn(25℃)と、135℃におけるオルトジクロロベンゼン可溶分をサイズ排除クロマトグラフィー−多角度光散乱(SEC−MALLS)にて測定した際の数平均分子量Mn(135℃)の比、Mn(135℃)/Mn(25℃)が25未満であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のトナー。
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