JP2015152715A - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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Abstract
Description
融点(Mpc)が30℃以上100℃以下である結晶性ポリエステル樹脂を用いたトナーは、耐熱保存性及び低温定着性に優れる。具体的には、融点(Mpc)が低すぎる(30℃未満である)結晶性ポリエステル樹脂を用いたトナーは、高温環境下で容易に変形しやすく、耐熱保存性に劣る。融点(Mpc)が高すぎる(100℃を超える)結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーコアを用いて調製されたトナー粒子を含むトナーは、トナーを被記録媒体へ定着させる際にトナーコアが溶融し難いため、低温定着性に劣る。
シェル層を構成する樹脂は、熱硬化性樹脂のモノマーに由来する単位と、熱可塑性樹脂に由来する単位とを含む。例えば、熱可塑性樹脂に由来する単位が、熱硬化性樹脂のモノマー又はプレポリマーに由来する単位で架橋されている。こうした樹脂によって構成されたシェル層は、熱可塑性樹脂に基づく適度な柔軟性と、熱硬化性樹脂のモノマー又はプレポリマーが形成する三次元の架橋構造に基づく適度な機械的強度との両方を兼ね備える。このため、このようなシェル層を有するトナー粒子から構成されるトナーは、耐熱保存性及び低温定着性に優れる。詳しくは、シェル層は保管時又は輸送時に容易に破壊されない。一方、定着時には、温度及び圧力が付与されることで容易に破壊され、トナーコアの軟化又は溶融が速やかに進行する。このため、低い温度でトナーを記録媒体に定着させることが可能になる。
シェル層の厚さ=(シェル層中の熱硬化性樹脂のモノマーの質量+シェル層中の熱可塑性樹脂の質量)/トナーコアの比表面積
トナーの製造方法は、トナーコアを上記の所定の材料からなるシェル層で被覆できる方法であれば特に限定されない。以下、本実施形態の静電潜像現像用トナーの好適な製造方法について説明する。この製造方法においては、トナーコアを製造する工程(トナーコア製造工程)と、トナーコアの表面にシェル層を形成する工程(シェル層形成工程)とを含む。
表1に示すような物性を有する結晶性ポリエステル樹脂A〜Eを準備した。なお、吸熱ピークの半値幅(単位:℃)は、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定した。具体的には、測定試料10mgをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを使用し、測定温度範囲25℃以上200℃以下かつ昇温速度10℃/分の条件で吸熱ピークを得、この吸熱ピークに基づく半値幅を求めた。
表2に示すような物性を有する非結晶性ポリエステル樹脂A〜Gを準備した。なお、非結晶性ポリエステル樹脂A〜Gについては、何れも、明確な吸熱ピークが認められなかったため、吸熱ピークの半値幅を求めることができなかった。
以下の離型剤A〜Cを準備した。
離型剤A:エステルワックス(日油株式会社製「WEP−3」、Mpr:75℃)
離型剤B:エステルワックス(日油株式会社製「WEP−2」、Mpr:50℃)
離型剤C:エステルワックス(日油株式会社製「WEP−8」、Mpr:100℃)
熱可塑性樹脂a:水溶性ポリアクリルアミド(DIC株式会社製[BECKAMINE A−1]、固形分濃度11質量%の水溶液)
熱可塑性樹脂b:アクリルアミド系共重合体(単量体組成:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル/アクリルアミド/メタクリル酸−メトキシポリエチレングリコール=30/50/20、モル比率)(固形分濃度5質量%の水溶液、ガラス転移点:110℃、質量平均分子量:55,000)
熱可塑性樹脂c:シリコーン−アクリルグラフト共重合体(東亞合成株式会社製「サイマック US−480」)、固形分濃度25質量%の水溶液)
熱可塑性樹脂d:水溶性ウレタン樹脂(第一工業製薬株式会社製「スーパーフレックス170」、固形分濃度30質量%の水溶液)
[トナーコアの調製]
結着樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂Aを22.5質量部、非結晶性ポリエステル樹脂Aを67.5質量部、着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3、銅フタロシアニン)5質量部、及び離型剤Aを5質量部とを、混合機(ヘンシェルミキサー)を用いて混合し混合物を得た。
温度計、及び撹拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコに、イオン交換水300mLを入れた後、ウォーターバスを用いてフラスコ内部の温度を30℃に保持した。次いで、フラスコ内に希塩酸を加えて、フラスコ内の水性媒体のpHを4に調整した。pH調整後、フラスコ内に、シェル層の原料として、メチロールメラミン水溶液(昭和電工株式会社製「ミルベン607」、固形分濃度80質量%)3.2mLと、熱可塑性樹脂aの水溶液(固形分濃度11質量%の水溶性ポリアクリルアミドの水溶液)0.8mLとを添加した。次いで、フラスコの内容物を撹拌し、シェル層の原料を水性媒体に溶解させ、シェル層の原料の水溶液(A)を得た。
ブフナーロートを用いて、トナー母粒子を含む分散液からトナー母粒子のウエットケーキをろ取した。このウエットケーキをイオン交換水に分散させてトナー母粒子を洗浄した。同様の洗浄を5回繰り返した。
トナー母粒子のウエットケーキを、エタノール水溶液(濃度50質量%)に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーを連続式表面改質装置(フロイント・ターボ株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)に供給することにより、スラリー中のトナー母粒子を乾燥させた(乾燥条件は、熱風温度45℃、ブロアー風量2m3/分)。
乾燥後のトナー母粒子100質量部と、外添剤としてのシリカ(日本アエロジル株式会社製「REA90」)1.0質量部とを、10Lヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて5分間混合し、トナー母粒子表面にシリカを付着させた。その後、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別し、実施例1のトナーを得た。
メチロールメラミン水溶液の使用量と、熱可塑性樹脂a(ポリアクリルアミドの水溶液)の使用量とを、表3に記載したように変更した以外は、実施例1と概ね同様の手法で、実施例2〜3のトナーを得た。
3.2mLのメチロールメラミンの水溶液を、4.0mLのグリオキザール系モノマーの水溶液(DIC株式会社製「BECKAMINE NS−11」、固形分濃度40質量%)に変更し、グリオキザール系モノマーの水溶液と共に、2mLの複合金属触媒水溶液(DIC株式会社製「CATALIST GT−3」)を添加し、更に、熱可塑性樹脂aの使用量を2.0mLにした以外は、実施例1と概ね同様の手法で、実施例4のトナーを得た。
3.2mLのメチロールメラミンの水溶液を、4mLのメチロール化尿素の水溶液(DIC株式会社製、「BECKAMINE J−300S」、固形分濃度70質量%)に変更し、メチロール化尿素の水溶液と共に、2mLの有機アミン触媒水溶液(DIC株式会社製、「CATALIST 376」)を添加し、更に、熱可塑性樹脂aの使用量を2.0mLにした以外は、実施例1と概ね同様の手法で、実施例5のトナーを得た。
熱可塑性樹脂aを、それぞれ、熱可塑性樹脂b、c、又はdに変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、実施例6〜8のトナーを得た。
メチロールメラミン水溶液の使用量と、熱可塑性樹脂a(ポリアクリルアミドの水溶液)の使用量とを、それぞれ、表3に記載したように変更した以外は、実施例1と概ね同様の手法で、実施例9及び10のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂と、非結晶性ポリエステル樹脂の種類とを、それぞれ、表3に記載したように変更した以外は、実施例11と概ね同様の手法で、実施例11のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂の種類及を、表3に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、実施例12のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂の添加量と、非結晶性ポリエステル樹脂の添加量とを、それぞれ、表3に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、実施例13〜14のトナーを得た。
非結晶性ポリエステル樹脂の種類を、表3に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、実施例15〜18のトナーを得た。
離型剤の種類を、表3に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、実施例19〜20のトナーを得た。
メチロールメラミン水溶液の添加量を4.0mLに変更し、更に熱可塑性樹脂の水溶液を用いなかった以外は、実施例1と概ね同様の手法で、比較例1のトナーを得た。
メチロールメラミン水溶液を用いず、更に熱可塑性樹脂aの水溶液の使用量を4.0mlに変更した以外は、実施例1と概ね同様の手法で、比較例2のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂の種類と、非結晶性ポリエステル樹脂の種類とを、表4に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、比較例3のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂の種類を、表4に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、比較例4〜5のトナーを得た。
シェル層の形成工程を行わず、トナーコアをトナー母粒子として用いた。トナー母粒子を実施例1と概ね同様の手法で外添処理し、比較例6のトナーを得た。
結着樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂を用いなかった以外は、実施例2と概ね同様の手法を用いて、比較例7のトナーを得た。
結晶性ポリエステル樹脂の種類量と、非結晶性ポリエステル樹脂の種類とを、表4に記載したように変更した以外は、実施例2と概ね同様の手法で、比較例8のトナーを得た。
結着樹脂として、非結晶性ポリエステル樹脂を用いなかった以外は、実施例2と概ね同様にしてトナーを得ようとした。しかし、十分な溶融混練を行うことができず、トナーコアを製造することができなかった。
高架式フローテスターを用いて測定した。
実施例1〜20、比較例1、3〜5及び比較例7〜8のトナーに含まれるトナー粒子の断面のTEM写真を、以下の方法に従って撮影した。なお、比較例2のトナーは、シェル層を形成する際に熱可塑性樹脂のみしか用いなかったため、また比較例6のトナーは、シェル層の形成工程を行っていないため、いずれもシェル層の厚さを測定することができなかった。トナー粒子の断面のTEM写真から、以下の方法に従って、シェル層の厚さを測定した。
まず、トナーを常温硬化性のエポキシ樹脂中に分散させ、40℃の雰囲気に2日間静置し、硬化物を得た。得られた硬化物を、四酸化オスミウムを用いて染色した。その後、得られた硬化物から、ミクロトーム(ライカ株式会社製「EM UC6」)を用いて、厚さ200nmのトナー粒子の断面観察用の薄片試料を切り出した。得られた薄片試料を、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子株式会社製「JSM−6700F」)を用いて倍率3000倍及び10000倍で観察し、トナー粒子の断面のTEM写真を撮影した。
実施例1〜20、及び比較例1〜8のトナーについて、以下の方法に従って、耐熱保存性を評価した。
凝集度(%)=(篩上に残留したトナーの質量/篩別前のトナーの質量)×100
○(良い):凝集度が30%以下である。
×(良くない):凝集度が30%を超える。
実施例1〜20、及び比較例1〜8のトナーについて、以下の方法に従って、低温定着性、及び耐高温オフセット性を評価した。低温定着性、及び耐高温オフセット性の評価には、以下の方法に従って調製した2成分現像剤と実施例1〜20、及び比較例1〜8のトナーを用いた。
評価機として、定着温度を調節できるように改造したプリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「FSC−5250DN」)を用いた。上述のようにして調製した何れかの2成分現像剤を評価機の現像部に投入し、上記の2成分現像剤に対応するトナーを評価機のトナーコンテナに投入した。評価機において、線速を200mm/秒、及びトナー載り量を1.0mg/cm2に設定して、被記録媒体に未定着のソリッド画像が形成されたた。定着温度を100℃以上200℃以下の範囲で、評価機の定着装置の定着温度を100℃から5℃ずつ上昇させて、未定着のソリッド画像を定着させた。ソリッド画像を定着させた被記録媒体を、画像を形成した面が内側となるように半分に折り曲げ、布帛で覆った1kgの分銅を用いて、折り目上を5往復摩擦した。次いで、被記録媒体を広げ、折り曲げ部のトナーの剥がれが1mm以下の場合を合格と判定し、1mmを超える場合を不合格と判定した。トナーの剥がれが合格と判定される最低の定着温度を、最低定着温度とした。低温定着性を、下記基準に従って評価した。
○(良い):最低定着温度が140℃以下である。
×(良くない):最低定着温度が140℃を超える。
低温定着性の評価と同様の評価機、及び被記録媒体を用い、同様の条件で、被記録媒体に未定着のソリッド画像を形成した。評価機の定着装置の定着温度を170℃から10℃ずつ上昇させて、10℃毎にオフセットが発生する最低温度(第一オフセット発生温度)を確認した。次いで、評価機の定着装置の定着温度を、第一オフセット発生温度より10℃低い温度から1℃ずつ上昇させて、1℃毎にオフセットが発生する最低温度を確認した。評価機の定着装置の定着温度を1℃ずつ上昇させた際に、オフセットが発生した最低温度をオフセット発生温度とした。耐高温オフセット性を、下記基準に従って評価した。
○(良い):オフセット発生温度が190℃以上である。
×(良くない):オフセット発生温度が190℃未満である。
Claims (6)
- 複数のトナー粒子を含む、静電潜像現像用トナーであって、
前記複数のトナー粒子の各々は結着樹脂を含むトナーコアと、前記トナーコアの表面を被覆するシェル層とを含み
前記結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂と、非結晶性ポリエステル樹脂とを含み、
示差走査熱量計を用いて測定される、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点Mpcが30℃以上100℃以下であり、
前記Mpcと前記非結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点Tgncとの差(Mpc−Tgnc)が、10℃以上80℃以下であり、
前記シェル層が、熱硬化性樹脂のモノマーに由来する単位と熱可塑性樹脂に由来する単位とを含む樹脂からなり、
前記熱硬化性樹脂が、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びグリオキザール樹脂からなるアミノ樹脂群より選択される1種以上の樹脂である、静電潜像現像用トナー。
- pH4に調整された水性媒体中で測定される前記トナーコアのゼータ電位が負極性である、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記シェル層中の窒素原子の含有量が10質量%以上である、請求項1又は2に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記シェル層を構成する前記樹脂中の前記熱可塑性樹脂に由来する単位の含有量(Wp)に対する前記熱硬化性樹脂のモノマーに由来する単位の含有量(Ws)の比率(Ws/Wp)が3/7以上8/2以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記熱可塑性樹脂が、(メタ)アクリルアミドに由来する単位を含む、請求項1〜4の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記非結晶性ポリエステル樹脂の酸価が5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であり、前記非結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価が15mgKOH/g以上80mgKOH/g以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナー。
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