JP2016161782A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents

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Abstract

【課題】凹凸のあるメディアに対しても優れた低温定着性を有し、画像保存性、耐熱保管性を共に向上させる手段を提供する。
【解決手段】結着樹脂を含む静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが化学的に結合した、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂を含み、かつ、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および前記非晶性樹脂が特定の相分離構造を有し、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、特定の構造を有するグラフト共重合体であり、トナーの示差走査熱量測定における1回目の昇温過程における前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークの温度をTm1(℃)とし、前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH1(J/g)とし、2回目の昇温過程における前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH2(J/g)としたとき、下記式(1)および(2)の関係を満たす、静電荷像現像用トナー。

【選択図】なし

Description

本発明は静電荷像現像用トナーに関する。
近年、プリントスピードの高速化、環境負荷低減等の目的から、トナー画像定着時の熱エネルギーの低減が求められている。
このように、トナー画像定着時の熱エネルギーを低減するため、トナーの低温定着性を向上させることができる技術が求められており、その達成手段の一つとして、シャープメルト性に優れる結晶性ポリエステル等の結晶性樹脂を結着樹脂に用いる方法がある。
例えば、特許文献1では、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性樹脂とを含む結着樹脂を含有する静電荷像現像用トナーが提案されている。このように、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性樹脂とを混合して用いることにより、定着時の温度履歴で結晶性ポリエステル樹脂の融点を超えるときに結晶部分が融解し、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性樹脂とが相溶化することで低温定着化を図ることができる。さらに特許文献1では、上記結着樹脂に含まれる結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂の熱的特性を特定の範囲内とすることにより、従来に比べ低い温度による定着化を可能にしている。
また、結晶性ポリエステル等の結晶性樹脂を結着樹脂に用いる技術として、特許文献2および特許文献3が開示されている。特許文献2では、結晶性ポリエステル系樹脂と非晶性樹脂との共重合体であるハイブリッド樹脂および非晶性樹脂を含むトナー用バインダー樹脂が提案されている。上記トナー用バインダー樹脂は、ハイブリッド樹脂がマトリックス、非晶性樹脂がドメインである相分離構造(海島構造)を有しており、低温定着性に優れることが開示されている。特許文献3では、ビニル系樹脂を含む結着樹脂に結晶性ポリエステル樹脂を導入することで低温定着化されたトナーが開示されている。
特開2006−251564号公報 国際公開第2006/135041号 特開2011−197659号公報
上記特許文献1、特許文献2および特許文献3に開示された技術によれば、低温定着性のよいトナーが得られる。しかしながら、近年ますます印刷物が多様化し、例えばエンボス紙といった凹凸のあるメディア(被印刷物)に対する低温定着性が求められている状況において、上記特許文献1および特許文献2に開示された技術では、十分な低温定着性を得られない場合があった。
さらに、トナーを用いた画像形成技術では、低温定着性のみならず、画像保存性、耐熱保管性といった種々の特性をバランスよく向上させることが求められており、特許文献1、特許文献2および特許文献3に開示された技術は、上記の特性をすべてバランスよく満足させるものではない。
そこで本発明は、エンボス紙等の凹凸のあるメディアに対しても優れた低温定着性を有し、画像保存性、耐熱保管性を共に向上させる手段を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を積み重ねた。その結果、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが特定の形態でグラフトしたハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂を含み、特定の相分離構造を有する結着樹脂を用いて、熱的特性を特定の範囲とすることで、上記課題が解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、上記課題は、結着樹脂を含む静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが化学的に結合した、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂を含み、かつ、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂が分散相を形成し、前記非晶性樹脂が連続相を形成する相分離構造を有し、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、主鎖として前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを有し、側鎖として前記結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するグラフト共重合体であり、トナーの示差走査熱量測定における1回目の昇温過程における前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークの温度をTm1(℃)とし、前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH1(J/g)とし、2回目の昇温過程における前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH2(J/g)としたとき、下記式(1)および(2)の関係を満たす、静電荷像現像用トナーによって解決される。
本発明によれば、エンボス紙等の凹凸のあるメディアに対しても優れた低温定着性を有し、画像保存性、耐熱保管性を共に向上させる手段を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。また、本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%の条件で測定する。
本発明の一実施形態は、「結着樹脂を含む静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが化学的に結合した、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂を含み、かつ、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂が分散相を形成し、前記非晶性樹脂が連続相を形成する相分離構造を有し、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、主鎖として前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを有し、側鎖として前記結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するグラフト共重合体であり、トナーの示差走査熱量測定における1回目の昇温過程における前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークの温度をTm1(℃)とし、前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH1(J/g)とし、2回目の昇温過程における前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH2(J/g)としたとき、上記式(1)および(2)の関係を満たす、静電荷像現像用トナー」である。
なお、本明細書中、「静電荷像現像用トナー」を単に「トナー」とも称する場合がある。また、本明細書中、「ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂」を単に「ハイブリッド樹脂」とも称する場合がある。
本発明に係るトナーは、上記のように、トナーを構成する結着樹脂が、特定の形態を有するグラフト共重合体であるハイブリッド樹脂と非晶性樹脂とを含み、これらの樹脂が特定の相分離構造を有する。加えて、本発明のトナーは、特定の熱的特性を有する。
上述したように、結晶性ポリエステル樹脂はトナーの低温定着性向上に有効である。より具体的には、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性樹脂とを混合して用いると、結晶性ポリエステル樹脂の融点を超えるときに結晶部分が融解し、非晶性樹脂と相溶化することで低温定着化が可能である。しかしながら、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性樹脂とを組み合わせた場合、トナーが可塑化し、トナーの画像保存性や耐熱保管性が低下することがあった。これに対し、非晶性樹脂に対する結晶性ポリエステル樹脂の相溶性を適切な範囲に制御することにより、低温定着性、画像保存性、耐熱保管性をバランスよく向上させることができる。
一方で、近年、印刷物が多様化する傾向にある中で、エンボス紙等、凹凸のあるメディアに対する低温定着性が求められるようになってきている。このような凹凸のあるメディアは、普通紙よりも厳しい低温定着性が求められるが、特許文献1、特許文献2および特許文献3に開示された技術では、かような厳しい要求を十分に満たすことはできなかった。
そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、驚くべきことに、特定の形態を有するグラフト共重合体であるハイブリッド樹脂と非晶性樹脂とを含む結着樹脂を用いることにより、凹凸のあるメディアに対しても優れた低温定着性を有するトナーが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明のトナーに含まれる結着樹脂に含まれるハイブリッド樹脂は、上記の通り、主鎖としてポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット(本明細書中、単に「非晶性樹脂ユニット」とも称する場合がある)を、側鎖として結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するグラフト共重合体である。すなわち、本発明において用いられるハイブリッド樹脂は、非晶性樹脂ユニットを幹とし、また、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを枝とした櫛形構造をとるグラフト共重合体である。
同種の樹脂同士は親和性が高いため、結晶性ポリエステル樹脂ユニットは、結晶性ポリエステル樹脂ユニット同士で分子間凝集しやすい傾向があるが、上記のような櫛形構造をとることにより、本発明のトナーでは、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向が揃いやすく、また、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを密に配向させることができる。したがって、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの凝集が一層促進されるため、トナー中の結着樹脂の結晶化度が高くなる(結晶化しやすくなる)。その結果、本発明に係るトナーは、シャープメルト性に優れ、例えばエンボス紙等の凹凸のあるメディアに対しても、コールドオフセットを抑制することができ、優れた低温定着性を示す。
加えて、本発明のトナーは、上記の式(1)および(2)の関係を満たす。ここで、上記式(1)において、ΔH2/ΔH1が大きい場合、加熱定着時、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との相溶が抑制されていることを示し、一方、上記値が小さい場合、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂とが相溶しやすいことを示す。したがって、上記式(1)のように、ΔH2/ΔH1の値が0.15よりも大きく、0.95以下であるとき、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との相溶は適度に制御されている。このように、相溶が適度に制御された結着樹脂は、可塑化しすぎることに起因する画像保存性の低下や耐熱保管性の低下を抑制することができる。
また、式(2)は、ハイブリッド樹脂の融点が55〜80℃の範囲内にあることを示している。上記式(2)を満たす本発明のトナーは、加熱定着時、トナーを十分に軟化させることができ、さらなる低温定着性の向上に寄与する。
さらに、本発明のトナーに含まれる結着樹脂は、ハイブリッド樹脂が分散相(ドメイン)、非晶性樹脂が連続相(マトリックス)を形成する相分離構造をとるため、結晶性ポリエステル樹脂ユニットのトナー表面への露出が抑制される。このような構成とすることで、プリンター内部の温度が上昇した際にトナー粒子表面の樹脂の可塑化が生じにくくなり、粒子間の凝集が抑制される。つまり耐熱保管性が良好になるため、粒子凝集塊による画像不良が発生しにくくなる。
また、結晶性ポリエステル樹脂ユニットがトナー表面に露出することに起因するトナーの帯電性の悪化を抑制することができ、帯電均一性もまた向上させる効果があると推測される。
なお、上記のメカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら制限されるものではない。
以下、本発明について詳説する。
本発明に係る静電荷像現像用トナー(トナー)は、以下で詳説するハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)と、非晶性樹脂とを含有する結着樹脂を必須に含む。そして、本発明のトナーは、上記式(1)および(2)を満たす。このとき、式(1)および(2)における定義は以下の通りである;
Tm1(℃):示差走査熱量測定(DSC)における1回目の昇温過程におけるハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークの温度;
ΔH1(J/g):上記吸熱ピークに基づく吸熱量;
ΔH2(J/g):2回目の昇温過程におけるハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークに基づく吸熱量。
なお、上記Tm1、ΔH1およびΔH2に係る定義は上記の通りであるが、より具体的には、下記実施例に記載の方法によって測定された値を採用するものとする。
上記式(1)に示されるΔH2/ΔH1の値は、0.15より大きく、0.95以下である。このような関係を満たすトナーは、結着樹脂中に含まれるハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との相溶が適度に制御された状態にある。したがって、加熱定着後も可塑化することなく、良好な画像保存性が保持される。
上記ΔH2/ΔH1の値は、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との相溶を抑制し、画像保存性を向上させるという観点から、0.40以上であると好ましく、0.50以上であるとより好ましく、0.70以上であると特に好ましい。一方、上記ΔH2/ΔH1の値は、低温定着性確保の観点からは、0.90以下であると好ましく、0.88以下であるとより好ましい。さらに、0.40≦ΔH2/ΔH1≦0.90であると好ましい。また、さらに、ΔH1およびΔH2は、下記の式(3)を満たすとより好ましく、下記の式(4)の関係を満たすとさらにより好ましく、0.70≦ΔH2/ΔH1≦0.88の関係を満たすと特に好ましい。
上記式(2)に示されるTm1の値は、ハイブリッド樹脂の融点であり、当該融点が上記式(2)の範囲内であると、トナーを十分に軟化させることができ、十分な低温定着性を確保することができる。種々の特性をバランスよく向上させるという観点から、上記Tm1は、60≦Tm1≦78であるとより好ましく、75≦Tm1≦78であるとさらにより好ましい。
<結着樹脂>
本発明に係るトナーを構成する結着樹脂は、以下で詳説するハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)と、非晶性樹脂とを含む。そして、結着樹脂中、ハイブリッド樹脂は分散相(ドメイン)を形成し、非晶性樹脂は連続相(マトリックス)を形成する相分離構造を有している。なお、結着樹脂が上記のような特定の相分離構造を有していることは、例えば、トナーを必要に応じて四酸化オスミウム等で着色して、走査型電子顕微鏡(SEM)観察や、透過型電子顕微鏡(TEM)観察などを行うことによって確認できる。
このような特定の相分離構造を有することにより、結着樹脂は、プリンター機内におけるトナー粒子間の凝集を抑制できるという利点を有する。また、上記のように、帯電均一性もまた向上させることができる点で好ましい。
上記特定の相分離構造の形成は、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂の分子構造や、上記樹脂の含有量に依存する。したがって、上記特定の相分離構造を形成するためには、結着樹脂を構成するハイブリッド樹脂の含有量は、結着樹脂の全量に対して、3質量%以上60質量%未満であると好ましい。また、上記範囲とすることによりハイブリッド樹脂の添加による各種物性の向上効果が得やすくなる。特に、低温定着性をより向上させるという観点からは、5質量%以上30質量%未満であるとより好ましく、8質量%以上20質量%未満であるとさらに好ましい。なお、トナーからのハイブリッド樹脂の単離・抽出方法としては、例えば特許第3869968号等に記載の方法(ソックスレー抽出器を用いた方法)を採用することができ、これにより含有割合を特定することができる。
一方、結着樹脂に含まれる非晶性樹脂の含有量は、結着樹脂の全量に対して、40質量%を超えて97質量%以下であると好ましい。さらに非晶性樹脂の含有量は、結着樹脂の全量に対して70質量%を超えて95質量%以下とするとより好ましく、80質量%を超えて92質量%以下であるとさらに好ましい。なお、結着樹脂中に含まれる樹脂は、上記ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂以外の樹脂を含んでいてもよいが、好ましくは、結着樹脂は、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂からなる。以下、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂について、それぞれ説明する。
(ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂))
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが化学的に結合した樹脂である。
上記において、結晶性ポリエステル樹脂ユニットとは、結晶性ポリエステル樹脂に由来する部分を指す。すなわち、結晶性ポリエステル樹脂を構成するものと同じ化学構造の分子鎖を指す。また、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとは、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂に由来する部分を指す。すなわち、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂を構成するものと同じ化学構造の分子鎖を指す。
結着樹脂に含まれるハイブリッド樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと共に、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを含み、特定の形態のグラフト共重合体である。具体的には、ハイブリッド樹脂は、主鎖がポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットであり、側鎖が結晶性ポリエステル樹脂ユニットであるグラフト共重合体である。
このようなグラフト共重合体とすることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向が一方向に揃いやすくなると共に、結晶性ポリエステル樹脂ユニットが密に配向しやすくなるため、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができる。その結果、トナー中の結着樹脂が結晶化しやすくなる。したがって、本発明に係るトナーは、シャープメルト性に優れ、例えばエンボス紙等の凹凸のあるメディアに対しても、コールドオフセットを抑制することができ、優れた低温定着性を示す。また、上記の上記形態のグラフト共重合体とすることにより、ΔH1およびΔH2を制御しやすくなる。
ハイブリッド樹脂の重量平均分子量(Mw)は、十分な低温定着性および優れた長期耐熱保管安定性を確実に両立して得るという観点から、5000〜100000であると好ましく、7000〜50000であるとより好ましく、8000〜20000であると特に好ましい。
なお、結着樹脂に含まれるハイブリッド樹脂には、さらにスルホン酸基、カルボキシル基、ウレタン基などの置換基が導入されていてもよい。上記置換基の導入は、結晶性ポリエステル樹脂ユニット中でもよいし、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット中であってもよい。
≪結晶性ポリエステル樹脂ユニット≫
結晶性ポリエステル樹脂ユニットは、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)と、2価以上のアルコール(多価アルコール)との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂に由来する部分であって、トナーの示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂ユニットをいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、実施例に記載の示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/minで測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットは、上記定義したとおりであれば特に限定されない。例えば、結晶性ポリエステル樹脂ユニットによる主鎖に他成分を共重合させた構造を有する樹脂や、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを他成分からなる主鎖に共重合させた構造を有する樹脂について、この樹脂を含むトナーが上記のように明確な吸熱ピークを示すものであれば、その樹脂は、本発明でいう結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するハイブリッド樹脂に該当する。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットは、多価カルボン酸成分および多価アルコール成分から生成される。この際、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを構成する多価カルボン酸成分の炭素数C(acid)および多価アルコール成分の炭素数C(alcohol)は、下記式(5)〜(7)の関係を満たすと好ましい。
上記を満たす多価カルボン酸および多価アルコールを用いることにより、上記式ΔH1、ΔH2およびTm1を上記式(1)および(2)の関係を満たすように調整しやすくなる。
上記式(5)を満たすことにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの分子鎖の規則性が高まり、結晶性がより高くなる。また、上記式(6)および(7)を満たすことにより、異なる分子間での結晶性ポリエステル樹脂ユニット同士の相互作用が増大し、結晶性がより高くなる。その結果、低温定着性をより向上させやすくなる。
なお、多価カルボン酸成分を2種以上含有する場合、上記C(acid)は、最も含有量の多い多価カルボン酸成分の炭素数とする。同量の場合は、炭素数が最も大きい多価カルボン酸成分の炭素数をC(acid)とする。
同様に、多価アルコール成分を2種以上含有する場合、上記C(alcohol)は、最も含有量の多い多価アルコール成分の炭素数とする。同量の場合は、炭素数が最も大きい多価カルボン酸成分の炭素数をC(alcohol)とする。
また、多価カルボン酸成分および多価アルコール成分の価数としては、好ましくはそれぞれ2〜3であり、特に好ましくはそれぞれ2であるため、特に好ましい形態として価数がそれぞれ2である場合(すなわち、ジカルボン酸成分、ジオール成分)について説明する。
ジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸を用いることが好ましく、芳香族ジカルボン酸を併用してもよい。脂肪族ジカルボン酸としては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジカルボン酸成分は、一種類のものに限定されるものではなく、二種類以上を混合して用いてもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸(ドデカン二酸)、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸(テトラデカン二酸)、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸などが挙げられ、また、これらの低級アルキルエステルや酸無水物を用いることもできる。
上記の脂肪族ジカルボン酸の中でも、上述のとおり本発明の効果が得られやすいことから、炭素数6〜14の脂肪族ジカルボン酸であることが好ましい。
脂肪族ジカルボン酸と共に用いることのできる芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸などが挙げられる。これらの中でも、入手容易性および乳化容易性の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸を用いることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成するためのジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸の含有量が50構成モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70構成モル%以上であり、さらに好ましくは80構成モル%以上であり、特に好ましくは100構成モル%である。ジカルボン酸成分における脂肪族ジカルボン酸の含有量が50構成モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの結晶性を十分に確保することができる。
また、ジオール成分としては、脂肪族ジオールを用いることが好ましく、必要に応じて脂肪族ジオール以外のジオールを含有させてもよい。脂肪族ジオールとしては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジオール成分は、一種単独で用いてもよいし、二種以上用いてもよい。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオールなどが挙げられる。
ジオール成分としては、脂肪族ジオールの中でも、上述のとおり本発明の効果が得られやすいことから、炭素数2〜12の脂肪族ジオールであることが好ましく、上記式(7)を満たす脂肪族ジオール、すなわち炭素数6〜12の脂肪族ジオールがより好ましい。
必要に応じて用いられる脂肪族ジオール以外のジオールとしては、二重結合を有するジオール、スルホン酸基を有するジオールなどが挙げられ、具体的には、二重結合を有するジオールとしては、例えば、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ブテン−1,6−ジオール、4−ブテン−1,8−ジオールなどが挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成するためのジオール成分としては、脂肪族ジオールの含有量が50構成モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70構成モル%以上であり、さらに好ましくは80構成モル%以上であり、特に好ましくは100構成モル%である。ジオール成分における脂肪族ジオールの含有量が50構成モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの結晶性を確保することができて製造されるトナーに優れた低温定着性が得られると共に最終的に形成される画像に光沢性が得られる。
上記のジオール成分とジカルボン酸成分との使用比率は、ジオール成分のヒドロキシル基[OH]とジカルボン酸成分のカルボキシル基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]が、1.5/1〜1/1.5とされることが好ましく、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。ジオール成分とジカルボン酸成分との使用比率が上記の範囲にあることにより、上記式ΔH1、ΔH2およびTm1を上記式(1)および(2)の関係を満たすように調整しやすくなる。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットの形成方法は特に制限されず、公知のエステル化触媒を利用して、上記多価カルボン酸および多価アルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより当該ユニットを形成することができる。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットの製造の際に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等の第2族元素を含む化合物;アルミニウム、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及びアミン化合物等が挙げられる。具体的には、スズ化合物としては、ジブチルスズオキシド、オクチル酸スズ、ジオクチル酸スズ、これらの塩等などを挙げることができる。チタン化合物としては、テトラノルマルブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラメチルチタネート、テトラステアリルチタネートなどのチタンアルコキシド;ポリヒドロキシチタンステアレートなどのチタンアシレート;チタンテトラアセチルアセトナート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネートなどなどのチタンキレートなどを挙げることができる。ゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウムなどを挙げることができる。さらにアルミニウム化合物としては、ポリ水酸化アルミニウムなどの酸化物、アルミニウムアルコキシドなどが挙げられ、トリブチルアルミネートなどを挙げることができる。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合温度は特に限定されるものではないが、150〜250℃であることが好ましい。また、重合時間は特に限定されるものではないが、0.5〜10時間とすると好ましい。重合中には、必要に応じて反応系内を減圧にしてもよい。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットの含有量は、ハイブリッド樹脂の全量に対して65質量%を超えて95質量%以下であると好ましい。さらに、上記含有量は、70質量%を超えて90質量%以下であるとより好ましく、75質量%を超えて85質量%以下であるとさらに好ましい。上記範囲とすることにより、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができる。なお、ハイブリッド樹脂中の各ユニットの構成成分および含有割合は、たとえばNMR測定、メチル化反応P−GC/MS測定により特定することができる。
≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫
ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットは、結着樹脂を構成する非晶性樹脂とハイブリッド樹脂との親和性を制御するために必須のユニットである。非晶性樹脂ユニットが存在することで、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との親和性が向上し、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との相溶性を制御しやすくなる。
非晶性樹脂ユニットは、上記結晶性ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂に由来する部分である。ハイブリッド樹脂中(さらには、トナー中)に非晶性樹脂ユニットを含有することは、たとえばNMR測定、メチル化反応P−GC/MS測定を用いて化学構造を特定することによって確認することができる。
また、非晶性樹脂ユニットは、当該ユニットと同じ化学構造および分子量を有する樹脂について示差走査熱量測定(DSC)を行った時に、融点を有さず、比較的高いガラス転移温度(Tg)を有する樹脂ユニットである。このとき、当該ユニットと同じ化学構造および分子量を有する樹脂について、DSC測定において1度目の昇温過程におけるガラス転移温度(Tg1)が、30〜80℃であることが好ましく、特に40〜65℃であることが好ましい。なお、ガラス転移温度(Tg1)は、実施例に記載の方法で測定することができる。
非晶性樹脂ユニットは、上記定義したとおりであれば特に限定されない。例えば、非晶性樹脂ユニットによる主鎖に他成分を共重合させた構造を有する樹脂や、非晶性樹脂ユニットを他成分からなる主鎖に共重合させた構造を有する樹脂について、この樹脂を含むトナーが上記のような非晶性樹脂ユニットを有するものであれば、その樹脂は、本発明でいう非晶性樹脂ユニットを有するハイブリッド樹脂に該当する。
非晶性樹脂ユニットの含有量は、ハイブリッド樹脂の全量に対して、5質量%以上35質量%未満であると好ましい。さらに、上記含有量は、10質量%以上30質量%未満であるとより好ましく、15質量%以上25質量%未満であるとさらに好ましい。上記範囲とすることにより、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができ、上記式(1)の関係を満たすための結着樹脂を得ることができる。なお、ΔH1およびΔH2は、結着樹脂中におけるハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との含有比率や、結晶性ポリエステル樹脂ユニットおよび非晶性樹脂ユニットの化学構造等に依存するものであるが、特に、ハイブリッド樹脂中の非晶性樹脂ユニットの含有量比を上記範囲内とすることにより、上記式(1)を満たすための結着樹脂を容易に得ることができる。
非晶性樹脂ユニットは、結着樹脂に含まれる非晶性樹脂(すなわち、ハイブリッド樹脂以外の樹脂)と同種の樹脂で構成されると好ましい。このような形態とすることにより、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との親和性がより向上し、ハイブリッド樹脂が非晶性樹脂中にさらに取り込まれやすくなり、相溶性を制御しやすくなるほか、ΔH1およびΔH2の値を制御しやくなる。
ここで、「同種の樹脂」とは、繰り返し単位中に特徴的な化学結合が共通に含まれていることを意味する。ここで、「特徴的な化学結合」とは、物質・材料研究機構(NIMS)物質・材料データベース(http://polymer.nims.go.jp/PoLyInfo/guide/jp/term_polymer.html)に記載の「ポリマー分類」に従う。すなわち、ポリアクリル、ポリアミド、ポリ酸無水物、ポリカーボネート、ポリジエン、ポリエステル、ポリハロオレフィン、ポリイミド、ポリイミン、ポリケトン、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリフェニレン、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリウレア、ポリビニルおよびその他のポリマーの計22種によって分類されたポリマーを構成する化学結合を「特徴的な化学結合」という。
また、樹脂が共重合体である場合における「同種の樹脂」とは、共重合体を構成する複数のモノマー種の化学構造において、上記化学結合を有するモノマー種を構成単位としている場合、特徴的な化学結合を共通に有する樹脂同士を指す。したがって、樹脂自体の示す特性が互いに異なる場合や、共重合体を構成するモノマー種のモル成分比が互いに異なる場合であっても、特徴的な化学結合を共通に有していれば同種の樹脂とみなす。
例えば、スチレン、ブチルアクリレートおよびアクリル酸によって形成される樹脂(または樹脂ユニット)と、スチレン、ブチルアクリレートおよびメタクリル酸によって形成される樹脂(または樹脂ユニット)とは、少なくともポリアクリルを構成する化学結合を有しているため、これらは同種の樹脂である。さらに例示すると、スチレン、ブチルアクリレートおよびアクリル酸によって形成される樹脂(または樹脂ユニット)と、スチレン、ブチルアクリレート、アクリル酸、テレフタル酸およびフマル酸によって形成される樹脂(または樹脂ユニット)とは、互いに共通する化学結合として、少なくともポリアクリルを構成する化学結合を有している。したがって、これらは同種の樹脂である。
非晶性樹脂ユニットを構成する樹脂成分は特に制限されないが、例えば、ビニル樹脂ユニット、ウレタン樹脂ユニット、ウレア樹脂ユニットなどが挙げられる。なかでも、熱可塑性を制御しやすいという理由から、ビニル樹脂ユニットおよびウレア樹脂ユニットが好ましく、ビニル樹脂ユニットが特に好ましい。
・ビニル樹脂ユニット
ビニル樹脂ユニットとしては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、アクリル酸エステル樹脂ユニット、スチレン−アクリル酸エステル樹脂ユニット、エチレン−酢酸ビニル樹脂ユニットなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のビニル樹脂ユニットのなかでも、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン−アクリル酸エステル樹脂ユニット(スチレン−アクリル樹脂ユニット)が好ましい。したがって、以下では、非晶性樹脂ユニットとしてのスチレンアクリル樹脂ユニットについて説明する。
スチレンアクリル樹脂ユニットは、少なくとも、スチレン単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体とを付加重合させて形成されるものである。ここでいうスチレン単量体は、CH=CH−Cの構造式で表されるスチレンの他に、スチレン構造中に公知の側鎖や官能基を有する構造のものを含むものである。また、ここでいう(メタ)アクリル酸エステル単量体は、CH=CHCOOR(Rはアルキル基)で表されるアクリル酸エステル化合物やメタクリル酸エステル化合物の他に、アクリル酸エステル誘導体やメタクリル酸エステル誘導体等の構造中に公知の側鎖や官能基を有するエステル化合物を含むものである。
以下に、スチレンアクリル樹脂ユニットの形成が可能なスチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例を示すが、本発明で使用されるスチレンアクリル樹脂ユニットの形成に使用可能なものは以下に示すものに限定されるものではない。
先ず、スチレン単量体の具体例としては、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、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、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−ドデシルスチレン等が挙げられる。これらスチレン単量体は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
また、(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、フェニルアクリレート等のアクリル酸エステル単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。
なお、本明細書中、「(メタ)アクリル酸エステル単量体」とは、「アクリル酸エステル単量体」と「メタクリル酸エステル単量体」を総称したもので、たとえば、「(メタ)アクリル酸メチル」は「アクリル酸メチル」と「メタクリル酸メチル」を総称したものである。
これらのアクリル酸エステル単量体またはメタクリル酸エステル単量体は、単独でもまたは2種以上を組み合わせても使用することができる。すなわち、スチレン単量体と2種以上のアクリル酸エステル単量体とを用いて共重合体を形成すること、スチレン単量体と2種以上のメタクリル酸エステル単量体とを用いて共重合体を形成すること、あるいは、スチレン単量体とアクリル酸エステル単量体およびメタクリル酸エステル単量体とを併用して共重合体を形成することのいずれも可能である。
非晶性樹脂ユニット中のスチレン単量体に由来する構成単位の含有率は、非晶性樹脂ユニットの全量に対し、40〜90質量%であると好ましい。また、非晶性樹脂ユニット中の(メタ)アクリル酸エステル単量体に由来する構成単位の含有率は、非晶性樹脂ユニットの全量に対し、10〜60質量%であると好ましい。このような範囲とすることにより、ハイブリッド樹脂の可塑性を制御することが容易となる。
さらに、非晶性樹脂ユニットは、上記スチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体の他、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットに化学的に結合するための化合物もまた付加重合されてなると好ましい。具体的には、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットに含まれる、多価アルコール由来のヒドロキシル基[−OH]または多価カルボン酸由来のカルボキシル基[−COOH]とエステル結合する化合物を用いると好ましい。したがって、非晶性樹脂ユニットは、上記スチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体に対して付加重合可能であり、かつ、カルボキシル基[−COOH]またはヒドロキシル基[−OH]を有する化合物をさらに重合してなると好ましい。
かような化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル等のカルボキシル基を有する化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のヒドロキシル基を有する化合物が挙げられる。
非晶性樹脂ユニット中の上記化合物に由来する構成単位の含有率は、非晶性樹脂ユニットの全量に対し、0.5〜20質量%であると好ましい。
スチレンアクリル樹脂ユニットの形成方法は、特に制限されず、公知の油溶性あるいは水溶性の重合開始剤を使用して単量体を重合する方法が挙げられる。油溶性の重合開始剤としては、具体的には、以下に示すアゾ系またはジアゾ系重合開始剤や過酸化物系重合開始剤がある。
アゾ系またはジアゾ系重合開始剤としては、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が挙げられる。
過酸化物系重合開始剤としては、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、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、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、2,2−ビス−(4,4−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス−(t−ブチルパーオキシ)トリアジン等が挙げられる。
また、乳化重合法で樹脂粒子を形成する場合は水溶性ラジカル重合開始剤が使用可能である。水溶性重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸およびその塩、過酸化水素等が挙げられる。
・ウレア樹脂ユニット
ウレア樹脂ユニットとしては、イソシアネート成分とアミン成分との反応から得られたものであれば特に制限されないが、イソシアネート基を有するイソシアネート変性非晶性樹脂と、アミノ基を有するアミノ変性非晶性樹脂とを反応させて得られたものであると好ましい。さらに、上記イソシアネート変性非晶性樹脂およびアミノ変性非晶性樹脂は、それぞれ、イソシアネート変性非晶性ポリエステル樹脂(以下、「イソシアネート変性ポリエステル樹脂」とも称する)およびアミノ変性非晶性ポリエステル樹脂(以下、「アミノ変性ポリエステル樹脂」とも称する)であると好ましい。これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
イソシアネート変性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸と、多価アルコールとを重縮合反応させ、かつ、この重縮合反応によって得られる活性水素を含有する基(活性水素基)を有するポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)を、さらに多価イソシアネート化合物と反応(イソシアネート変性反応)させることによって得られるものである。
ここで、未変性ポリエステル樹脂に係る活性水素基としては、ヒドロキシ基(アルコール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基などが挙げられ、これらのうちではヒドロキシ基(アルコール性水酸基)が好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)を得るために用いられる多価カルボン酸および多価アルコールは、特に制限されず、公知のものを用いることができる。
多価カルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、などの芳香族カルボン酸類;フマル酸などの脂肪族カルボン酸類;及びこれらの酸の低級アルキルエステル、酸無水物などが挙げられる。さらに多価カルボン酸として、上記に加え、アジピン酸、アゼライン酸などの飽和炭化水素基を有する脂肪族カルボン酸類およびこれらの低級アルキルエステル、酸無水物などを用いてもよい。これら多価カルボン酸は1種単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
また、多価アルコールとしては、例えば、ビスフェノール類およびこれらのアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。なかでも、帯電均一性を向上させるという点で、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物を用いることが好ましい。これらの多価アルコールは1種単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)を得る方法は、特に制限されず、≪結晶性ポリエステル樹脂ユニット≫の項において説明したものと同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
上記に例示した多価カルボン酸および多価アルコールを重縮合反応させることにより得られた非晶性ポリエステル樹脂に対し、多価イソシアネート化合物を反応させることによりイソシアネート変性ポリエステル樹脂を得ることができる。
ここで用いることができる多価イソシアネート化合物としては、特に制限されないが、テトラメチレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート、トリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、イソシアヌレート類、および当該脂肪族ポリイソシアネートあるいは当該脂環式ポリイソシアネートを、フェノール誘導体、オキシムあるいはカプロラクタムなどでブロックしたものなどが挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。これらの多価イソシアネート化合物と上記非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)とを公知の方法を用いて反応させることにより、イソシアネート変性ポリエステル樹脂を得ることができる。
他方、アミノ変性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸と、多価アルコールとを重縮合反応させることによって得られる非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)を、さらにアミン化合物と反応させることによって得られるものである。
ここで、アミノ変性ポリエステル樹脂としては、アミノ基が末端に導入されてなる構成のものと、アミノ基が末端以外、すなわち主鎖中に導入されてなる構成のものがある。アミノ基が末端に導入されてなる構成のアミノ変性ポリエステル樹脂は、アミン化合物として、未変性の非晶性ポリエステル樹脂における多価アルコールに由来のアルコール残基(ヒドロキシ基)と反応しうる官能基を有するもの(以下、「アミン化合物(a)」とも称する。)を用いる手法によって得ることもできるが、反応容易性の観点から、未変性の非晶性ポリエステル樹脂における多価カルボン酸に由来のカルボン酸残基(カルボキシル基)と反応しうる官能基を有するもの(以下、「アミン化合物(b)」とも称する。)を用いる手法が好ましい。
上記アミン化合物(a)としては、特に制限されないが、アミノプロピオン酸、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン等のアミノカルボン酸、およびこれらの化合物の誘導体が挙げられる。
上記アミン化合物(b)としては、アミノアルコール、多価アミン化合物、およびこれらの化合物の誘導体が挙げられる。
アミノアルコールとしては、例えばアミノエタノール、N,N−ジメチル−2−アミノエタノール、3−アミノ−1−プロパノールなどが挙げられる。なかでも、反応性および入手しやすさの観点から、N,N−ジメチル−2−アミノエタノールが好ましい。
また、多価アミン化合物としては、フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族ジアミン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなどの脂環式ジアミン、および、エチレンジアミンなどの脂肪族ジアミンなどのジアミン;ジエチレントリアミンなどの3価以上の多価アミンが挙げられる。
さらに、上記化合物の誘導体としては、上記アミン化合物(a)またはアミン化合物(b)とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。なかでも、反応性の観点から、イソホロンジアミンとメチルエチルケトンから得られるケチミン化合物が好ましい。
アミン化合物は、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。上記アミン化合物と非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)とを公知の方法を用いて反応させることにより、アミノ変性ポリエステル樹脂を得ることができる。なお、非晶性ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)は、上記イソシアネート変性ポリエステル樹脂を得るためのものと同様のものを用いることができる。
さらに、イソシアネート変性ポリエステル樹脂およびアミノ変性ポリエステル樹脂中には、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットに化学的に結合するための化合物もまた重合されてなると好ましい。具体的には、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットに含まれる、多価アルコール由来のヒドロキシル基[−OH]または多価カルボン酸由来のカルボキシル基[−COOH]とエステル結合する化合物を用いると好ましい。
かような化合物としては、トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸;およびこれらの酸の低級アルキルエステルや酸無水物;1,2,3−ブタントリオール、2−メチル−1,2,3−プロパントリオール等の3価以上の多価アルコールが挙げられる。
上記アミノ変性ポリエステル樹脂と、イソシアネート変性ポリエステル樹脂とを重縮合反応させることにより、ポリウレア樹脂を得ることができる。この時の反応条件は特に制限されず、公知の方法をそのまま、あるいは適宜改変して用いることができる。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)の製造方法≫
本発明に係る結着樹脂に含まれるハイブリッド樹脂の製造方法は、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとを分子結合させた構造の重合体を形成することが可能な方法であれば、特に制限されるものではない。ハイブリッド樹脂の具体的な製造方法としては、例えば、以下に示す方法が挙げられる。
(1)非晶性樹脂ユニットを予め重合しておき、当該非晶性樹脂ユニットの存在下で結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する重合反応を行ってハイブリッド樹脂を製造する方法
この方法では、先ず、上述した非晶性樹脂ユニットを構成する単量体(または非晶性樹脂ユニットを構成する樹脂)を反応させて非晶性樹脂ユニットを形成する。次に、非晶性樹脂ユニットの存在下で、多価カルボン酸と多価アルコールとを重合反応させて結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する。このとき、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合反応させると共に、非晶性樹脂ユニットに対し、多価カルボン酸または多価アルコールを反応させることにより、ハイブリッド樹脂が形成される。
上記方法において、結晶性ポリエステル樹脂ユニットまたは非晶性樹脂ユニット中に、これらユニットが互いに反応可能となる部位を組み込んでおくと好ましい。具体的には、非晶性樹脂ユニットの形成時、非晶性樹脂ユニットを構成する単量体の他に、結晶性ポリエステル樹脂ユニットに残存するカルボキシ基[−COOH]またはヒドロキシル基[−OH]と反応可能な部位および非晶性樹脂ユニットと反応可能な部位を有する化合物も使用する。すなわち、この化合物が結晶性ポリエステル樹脂ユニット中のカルボキシ基[−COOH]またはヒドロキシル基[−OH]と反応することにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットは非晶性樹脂ユニットと化学的に結合することができる。
もしくは、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの形成時、多価アルコールまたは多価カルボン酸と反応可能であり、かつ、非晶性樹脂ユニットと反応可能な部位を有する化合物を使用してもよい。
上記の方法を用いることにより、非晶性樹脂ユニットに結晶性ポリエステル樹脂ユニットが分子結合した構造(グラフト構造)のハイブリッド樹脂を形成することができる。
(2)結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとをそれぞれ形成しておき、これらを結合させてハイブリッド樹脂を製造する方法
この方法では、先ず、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合反応させて結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する。また、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する反応系とは別に、上述した非晶性樹脂ユニットを構成する単量体を重合させて非晶性樹脂ユニットを形成する。このとき、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが互いに反応可能な部位を組み込んでおくと好ましい。なお、このような反応可能な部位を組み込む方法は、上述の通りであるため、その詳細な説明は省略する。
次に、上記で形成した結晶性ポリエステルユニットと、非晶性樹脂ユニットとを反応させることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが分子結合した構造のハイブリッド樹脂を形成することができる。
また、上記反応可能な部位が結晶性ポリエステル樹脂ユニットおよび非晶性樹脂ユニットに組み込まれていない場合は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが共存する系を形成しておき、そこへ結晶性ポリエステル樹脂ユニットおよび非晶性樹脂ユニットと結合可能な部位を有する化合物を投入する方法を採用してもよい。そして、当該化合物を介して、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが分子結合した構造のハイブリッド樹脂を形成することができる。
上記(1)および(2)の形成方法の中でも、(1)の方法は非晶性樹脂鎖に結晶性ポリエステル樹脂鎖をグラフト化した構造のハイブリッド樹脂を形成し易いことや生産工程を簡素化できるため好ましい。(1)の方法は、非晶性樹脂ユニットを予め形成してから結晶性ポリエステル樹脂ユニットを結合させるため、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向が均一になりやすい。したがって、本発明で規定するトナーに適したハイブリッド樹脂を確実に形成することができるので好ましい。
(非晶性樹脂)
非晶性樹脂は、上記ハイブリッド樹脂と共に結着樹脂を構成する。非晶性樹脂は、特に限定されるものではないが、当該樹脂について示差走査熱量測定(DSC)を行った時に、融点を有さず、比較的高いガラス転移温度(Tg)を有する樹脂である。なお、DSC測定において1度目の昇温過程におけるガラス転移温度をTg1とし、2度目の昇温過程におけるガラス転移温度をTg2としたとき、上記非晶性樹脂のTg1が、35〜80℃であることが好ましく、特に45〜65℃であることが好ましい。(実施例55、61、58℃)また、上記非晶性樹脂のTg2は20〜70℃であることが好ましく、特に30〜55℃であることが好ましい。なお、ガラス転移温度(Tg1およびTg2)は、実施例に記載の方法で測定することができる。
非晶性樹脂は、その可塑性を制御しやすいという観点から、重量平均分子量(Mw)が、5000〜150000であると好ましく、10000〜70000であるとより好ましい。
非晶性樹脂は、上記≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項に記載のユニットを構成する樹脂成分を含んでいると好ましい。すなわち、非晶性樹脂は、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂などであると好ましい。さらに、非晶性樹脂は、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂等といった、非晶性のポリエステル樹脂であってもよい。
結着樹脂に含まれる非晶性樹脂は、ハイブリッド樹脂の非晶性樹脂ユニットと同種の樹脂で構成されると好ましい。ここで、「同種の樹脂で構成される」とは、同種の樹脂のみからなる形態であってもよいし、または、同種の樹脂のみならず、他の非晶性樹脂を含む形態であってもよい。ただし、同種の樹脂と他の非晶性樹脂とを含む形態の場合、当該同種の樹脂の含有量は、非晶性樹脂全量に対して15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であるとより好ましい。
さらに、非晶性樹脂は、ハイブリッド樹脂の非晶性樹脂ユニットと同種の樹脂に由来するユニットと、他の非晶性樹脂に由来するユニットを有する共重合体であってもよい。このとき、共重合体は、ブロック共重合体、グラフト共重合体などのいずれであってもよいが、ハイブリッド樹脂との相溶性を制御しやすいという観点から、グラフト共重合体であると好ましい。ただし、この場合、ハイブリッド樹脂の非晶性樹脂ユニットと同種の樹脂に由来するユニットの含有量は、非晶性樹脂全量に対して、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であるとより好ましい。
なお、「同種の樹脂」に係る定義は、上記≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項において説明したため、詳細な説明を省略する。
非晶性樹脂として用いられる樹脂は、上記の樹脂の中でも、ビニル樹脂、ポリウレア樹脂またはスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂であると好ましく、ビニル樹脂であると特に好ましい。ビニル樹脂やスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂は、特にハイブリッド樹脂の非晶性樹脂ユニットがビニル樹脂ユニットである場合において、ハイブリッド樹脂との相溶性を制御しやすく、また、ΔH1およびΔH2の値を制御しやすいという点で好適である。また、ポリウレア樹脂は、特にハイブリッド樹脂の非晶性樹脂ユニットがポリウレア樹脂ユニットである場合において、ハイブリッド樹脂との相溶性を制御しやすく、また、ΔH1およびΔH2の値を制御しやすいという点で好適である。
したがって、以下では、ビニル樹脂およびポリウレア樹脂、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂およびポリウレア樹脂についてそれぞれ説明する。
≪ビニル樹脂≫
非晶性樹脂としてビニル樹脂を用いる場合、ビニル樹脂としては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、アクリル酸エステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のビニル樹脂のなかでも、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン−アクリル酸エステル樹脂(スチレンアクリル樹脂)が好ましい。
スチレンアクリル樹脂を構成する単量体としては、上記≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項において、スチレンアクリル樹脂ユニットを構成する単量体として挙げた化合物と同様のものが使用できる。
よって、詳細な説明を省略するが、スチレン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、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン;(メタ)アクリル酸エステル単量体としてはメチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート等のアクリル酸エステル単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート等のメタクリル酸エステルを用いると好ましい。これらスチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
また、他の単量体が重合されていてもよく、その例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
スチレンアクリル樹脂中のスチレン単量体に由来する構成単位の含有率は、スチレンアクリル樹脂の全量に対し、40〜90質量%であると好ましい。また、スチレンアクリル樹脂中の(メタ)アクリル酸エステル単量体に由来する構成単位の含有率は、スチレンアクリル樹脂の全量に対し、10〜60質量%であると好ましい。このような範囲とすることにより、非晶性樹脂の可塑性を制御することが容易となる。
スチレンアクリル樹脂中の上記他の単量体に由来する構成単位の含有率は、スチレンアクリル樹脂の全量に対し、0.5〜30質量%であると好ましい。
スチレンアクリル樹脂の製造方法は、特に制限されず、上記≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項において説明した、スチレンアクリル樹脂ユニットの形成方法と同様の方法によって製造することができる。
≪スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂≫
非晶性樹脂として、非晶性のスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂を用いてもよい。ここで、「スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂」とは、非晶性のポリエステル分子鎖(以下、ポリエステルセグメントとも称する)に、スチレンアクリル共重合体分子鎖(以下、スチレンアクリル共重合体セグメントとも称する)を分子結合させた構造のポリエステル分子より構成される樹脂のことである。すなわち、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂は、ポリエステルセグメントにスチレンアクリル共重合体セグメントを共有結合させた共重合体構造を有する樹脂である。
ここで、非晶性樹脂として用いられるスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂は、以下の点で上記ハイブリッド樹脂と明確に区別される。すなわち、非晶性のスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂を構成するポリエステルセグメントは、上記ハイブリッド樹脂を構成する結晶性ポリエステル樹脂ユニットとは異なり、明確な融点を有さず、比較的高いガラス転移温度(Tg)を有する非晶性の分子鎖である。このようなことは、トナーについて示差走査熱量測定(DSC)を行うことによって確認できる。また、ポリエステルセグメントを構成する単量体(化学構造)は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを構成する単量体(化学構造)とは異なるため、例えば、NMR等の分析によっても区別することができる。
上記ポリエステルセグメントは、多価アルコール成分および多価カルボン酸成分によって形成される。
上記多価アルコール成分としては、特に限定されるものではないが、帯電性やトナー強度の観点から、芳香族ジオールまたはその誘導体であることが好ましく、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール類、およびこれらのエチレンオキサイド付加物、プロピレンオキサイド付加物などのビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などを挙げることができる。
これらの中でも、特にトナーの帯電均一性を向上させるという観点から、多価アルコール成分としてはビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物とプロピレンオキサイド付加物を用いることが好ましい。これらの多価アルコール成分は1種単独で用いてもよく2種以上併用してもよい。
上記多価アルコール成分と縮合させる多価カルボン酸成分としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、などの芳香族カルボン酸類;フマル酸、無水マレイン酸、アルケニルコハク酸などの脂肪族カルボン酸類;及びこれらの酸の低級アルキルエステル、酸無水物などが挙げられ、これらを1種又は2種以上用いることができる。
ポリエステルセグメントの形成方法は特に制限されず、上記≪結晶性ポリエステル樹脂ユニット≫の項において説明した、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの形成方法と同様の方法によって製造することができる。
上記スチレンアクリル共重合体セグメントは、上記≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項において説明したスチレンアクリル樹脂ユニットと同様の単量体に由来する分子鎖である。よって、当該セグメントを構成する単量体の種類、組成比率、当該セグメントの形成方法等について、詳細な説明は省略する。
スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂中のポリエステルセグメントの含有率は、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂の全量に対し、40〜90質量%であると好ましい。また、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂中のスチレンアクリル共重合体セグメントの含有率は、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂の全量に対し、10〜60質量%であると好ましい。このような範囲とすることにより、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂の可塑性を制御することが容易となる。
≪ポリウレア樹脂≫
非晶性樹脂として用いられるポリウレア樹脂は、≪ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット≫の項で説明した「・ウレア樹脂ユニット」の項において説明した単量体と同じものを用いることができ、また、その製造方法も公知のものをそのまま、あるいは適宜改変した用いることができるため、ここは詳細な説明を省略する。
(結着樹脂の形態)
本発明のトナーに含まれる結着樹脂は、ハイブリッド樹脂と、非晶性樹脂とを含んでいれば、その形態(樹脂粒子の形態)は如何なるものであってもよい。
たとえば、結着樹脂により構成される樹脂粒子(結着樹脂粒子)は、いわゆる単層構造を有するものであってもよいし、コア−シェル構造(コア粒子の表面にシェル部を形成する樹脂を凝集、融着させた形態)を有するものであってもよい。コア−シェル構造の樹脂粒子は、着色剤やワックス等を含有したガラス転移温度が比較的低めの樹脂粒子(コア粒子)表面に、比較的高めのガラス転移温度を有する樹脂領域(シェル部)を有する。
なお、コア−シェル構造は、シェル部がコア粒子を完全に被覆した構造のものに限定されるものではなく、例えば、シェル部がコア粒子を完全に被覆せず、所々コア粒子が露出しているものも含む。
コア−シェル構造の断面構造は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)や走査型プローブ顕微鏡(SPM)等の公知の手段を用いて確認することが可能である。
コア−シェル構造の樹脂粒子とする場合、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂が、コア粒子またはシェル部のいずれかに含まれていればよいが、結晶性ポリエステル樹脂ユニットに起因する帯電性の低下を抑制し、帯電均一性をより向上させるという観点からという観点から、少なくとも、ハイブリッド樹脂がコア粒子に含まれている形態であると好ましい。このとき、非晶性樹脂は、コア粒子およびシェル部のいずれに含まれていてもよいが、コア粒子においてハイブリッド樹脂および非晶性樹脂を含み、さらにシェル部において非晶性樹脂を含む形態であると特に好ましい。かような形態とすることにより、コア粒子においてハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との親和性が高くなり、かつハイブリッド樹脂が表面により露出しにくくなるため、機械的強度もまた向上させることができる。
コア部の含有量は、コア部とシェル部との合計の樹脂量を100質量%として、30〜95質量%が好ましい。
<その他の成分>
本発明のトナー中には、上記必須成分の他、必要に応じて、離型剤、着色剤、荷電制御剤などの内添剤;無機微粒子、有機微粒子、滑材などの外添剤が含有されていてもよい。
(離型剤(ワックス))
トナーを構成する離型剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナウバワックス、モンタンワックス、ベヘニルベヘネート、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1、18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の融点は、好ましくは40〜160℃であり、より好ましくは50〜120℃である。融点を上記範囲内にすることにより、トナーの耐熱保管性が確保されるとともに、低温で定着を行う場合でもコールドオフセット等を起こさずに安定したトナー画像形成が行える。また、トナー中の離型剤の含有量は、1〜30質量%が好ましく、より好ましくは5〜20質量%である。
<着色剤>
トナーを構成しうる着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などを任意に使用することができ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが使用される。磁性体としては鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイトなどの強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金、例えばマンガン−銅−アルミニウム、マンガン−銅−錫などのホイスラー合金と呼ばれる種類の合金、二酸化クロムなどを用いることができる。
黒色の着色剤としては、例えば、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、ランプブラック等のカーボンブラック、更にマグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。
マゼンタもしくはレッド用の着色剤としては、C.I.ピグメントレッド2、同3、同5、同6、同7、同15、同16、同48:1、同53:1、同57:1、同60、同63、同64、同68、同81、同83、同87、同88、同89、同90、同112、同114、同122、同123、同139、同144、同149、同150、同163、同166、同170、同177、同178、同184、同202、同206、同207、同209、同222、同238、同269等が挙げられる。
また、オレンジまたはイエロー用の着色剤としては、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー12、同14、同15、同17、同74、同83、同93、同94、同138、同155、同162、同180、同185等が挙げられる。
さらに、グリーンまたはシアン用の着色剤としては、C.I.ピグメントブルー2、同3、同15、同15:2、同15:3、同15:4、同16、同17、同60、同62、同66、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
これらの着色剤は必要に応じて単独もしくは二つ以上を選択併用することも可能である。
着色剤の添加量はトナー全体に対して好ましくは1〜30質量%、より好ましくは2〜20質量%の範囲で、これらの混合物も用いることができる。かような範囲であると画像の色再現性を確保できる。
また、着色剤の大きさとしては、体積平均粒径で、10〜1000nm、50〜500nmが好ましく、さらには80〜300nmが特に好ましい。
<荷電制御剤>
荷電制御剤としては、ニグロシン系染料、ナフテン酸または高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第4級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩など、公知の種々の化合物を用いることができる。
荷電制御剤の添加量は、最終的に得られるトナー粒子中における結着樹脂100質量%に対して通常0.1〜10質量%、好ましくは0.5〜5質量%となる量とされる。
荷電制御剤粒子の大きさとしては、数平均一次粒子径で10〜1000nm、50〜500nmが好ましく、さらには80〜300nmが特に好ましい。
<外添剤>
トナーとしての帯電性能や流動性、あるいはクリーニング性を向上させる観点から、トナー粒子の表面に公知の無機微粒子や有機微粒子などの粒子、滑材を外添剤として添加することできる。
無機微粒子としては、シリカ、チタニア、アルミナ、チタン酸ストロンチウムなどによる無機微粒子を好ましいものとして挙げられる。
必要に応じてこれらの無機微粒子は疎水化処理されていてもよい。
有機微粒子としては、数平均一次粒子径が10〜2000nm程度の球形の有機微粒子を使用することができる。具体的には、スチレンやメチルメタクリレートなどの単独重合体やこれらの共重合体による有機微粒子を使用することができる。
滑材は、クリーニング性や転写性をさらに向上させる目的で使用されるものであって、滑材としては、例えば、ステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウムなどの塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、リノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩、リシノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩などの高級脂肪酸の金属塩が挙げられる。これらの外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
外添剤の添加量は、トナー粒子100質量%に対して0.1〜10.0質量%であることが好ましい。
外添剤の添加方法としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機などの公知の種々の混合装置を使用して添加する方法が挙げられる。
[静電荷像現像用トナー(トナー)]
本発明のトナーの平均粒径は、体積平均粒径で3.0〜8.0μm、好ましくは4.0〜7.5μmである。上記の範囲であることにより、定着時において飛翔して加熱部材に付着し定着オフセットを発生させる付着力の大きいトナー粒子が少なくなり、また、転写効率が高くなってハーフトーンの画質が向上し、細線やドットなどの画質が向上する。また、トナー流動性も確保できる。
トナーの平均粒径は、トナーの製造時の凝集・融着工程における凝集剤の濃度や溶剤の添加量、または融着時間、さらには結着樹脂の組成によって制御することができる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、転写効率の向上の観点から、下記数式1で示される平均円形度が0.920〜1.000であることが好ましく、0.940〜0.995であることがより好ましい。
なお、平均円形度は、例えば、平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定することができる。
<本発明のトナーの製造方法>
本発明のトナーを製造する方法としては、特に限定されず、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法、ポリエステル伸長法、分散重合法など公知の方法が挙げられる。
これらの中でも、粒径の均一性、形状の制御性、コア−シェル構造形成の容易性の観点からは、乳化凝集法を採用することが好ましい。以下、乳化凝集法について説明する。
(乳化凝集法)
乳化凝集法は、界面活性剤や分散安定剤によって分散された樹脂の微粒子(以下、「樹脂微粒子」ともいう)の分散液を、着色剤の微粒子などのトナー粒子構成成分の分散液と混合し、凝集剤を添加することによって所望のトナーの粒径となるまで凝集させ、その後または凝集と同時に、樹脂微粒子間の融着を行い、形状制御を行うことにより、トナー粒子を形成する方法である。
ここで、樹脂微粒子は、組成の異なる樹脂よりなる2層以上の構成とする複数層で形成された複合粒子とすることもできる。
樹脂微粒子は、例えば、乳化重合法、ミニエマルション重合法、転相乳化法などにより製造、またはいくつかの製法を組み合わせて製造することができる。樹脂微粒子に内添剤を含有させる場合には、中でもミニエマルション重合法を用いることが好ましい。
トナー粒子中に内添剤を含有させる場合は、樹脂微粒子が内添剤を含有したものとしてもよく、また、別途内添剤のみよりなる内添剤微粒子の分散液を調製し、当該内添剤微粒子を、樹脂微粒子を凝集させる際に、共に凝集させてもよい。
また、乳化凝集法によってはコア−シェル構造を有するトナー粒子を得ることもでき、具体的にコア−シェル構造を有するトナー粒子は、先ず、コア粒子用の結着樹脂微粒子と着色剤とを凝集(、融着)させてコア粒子を作製し、次いで、コア粒子の分散液中にシェル部用の結着樹脂微粒子を添加して、コア粒子表面にシェル部用の結着樹脂微粒子を凝集、融着させてコア粒子表面を被覆するシェル部を形成することにより得ることができる。
乳化凝集法によりトナーを製造する場合、好ましい実施形態によるトナーの製造方法は、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子分散液および非晶性樹脂微粒子分散液を調製する工程(以下、調製工程とも称する)(a)と、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子分散液および非晶性樹脂微粒子分散液を混合して凝集・融着させる工程(以下、凝集・融着工程とも称する)(b)と、を含む。
以下、各工程(a)および(b)、ならびにこれらの工程以外に任意で行われる各工程(c)〜(e)について詳述する。
(a)調製工程
工程(a)は、下記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子分散液調製工程および非晶性樹脂微粒子分散液調製工程があり、また、必要に応じて、着色剤分散液調製工程や離型剤微粒子分散液調製工程などを含む。
(a−1)ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子分散液調製工程
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)微粒子分散液調製工程は、トナー粒子を構成するハイブリッド樹脂を合成し、このハイブリッド樹脂を水系媒体中に微粒子状に分散させてハイブリッド樹脂微粒子の分散液を調製する工程である。
ハイブリッド樹脂の製造方法は上記記載したとおりであるため、詳細を割愛するが、上記式(1)および(2)を満たすために、ハイブリッド樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂ユニットおよび非晶性樹脂ユニットの含有割合を上記好ましい範囲とすることが好ましい。また、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂の種類(化学構造)、特に、ハイブリッド樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂ユニットを構成する多価アルコール成分の炭素数(C(alcohol))および多価カルボン酸成分の炭素数(C(acid))などを調節し、上記の好ましい範囲とするとよい。
ハイブリッド樹脂微粒子分散液は、例えば溶剤を用いることなく、水系媒体中において分散処理を行う方法、あるいはハイブリッド樹脂を酢酸エチルなどの溶剤に溶解させて溶液とし、分散機を用いて当該溶液を水系媒体中に乳化分散させた後、脱溶剤処理を行う方法などが挙げられる。
本発明において、「水系媒体」とは、少なくとも水が50質量%以上含有されたものをいい、水以外の成分としては、水に溶解する有機溶剤を挙げることができ、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、メチルセルソルブ、テトラヒドロフランなどが挙げられる。これらのうち、樹脂を溶解しない有機溶剤であるメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール系有機溶剤を使用することが好ましい。好ましくは、水系媒体として水のみを使用する。
ハイブリッド樹脂は結晶性ポリエステル樹脂ユニット中にカルボキシル基を含む場合がある。このような場合、当該ユニットに含まれるカルボキシル基をイオン乖離させて、水相に安定に乳化させて乳化を円滑に進めるためにアンモニア、水酸化ナトリウムなどを添加してもよい。
さらに、水系媒体中には、分散安定剤が溶解されていてもよく、また油滴の分散安定性を向上させる目的で、界面活性剤や樹脂微粒子などが添加されていてもよい。
分散安定剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、リン酸三カルシウムなどのように酸やアルカリに可溶性のものを使用することが好ましく、または環境面の視点からは、酵素により分解可能なものを使用することが好ましい。
界面活性剤としては、公知のアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤を用いることができる。
また、分散安定性の向上のための樹脂微粒子としては、ポリメタクリル酸メチル樹脂微粒子、ポリスチレン樹脂微粒子、ポリスチレン−アクリロニトリル樹脂微粒子などが挙げられる。
このような上記分散処理は、機械的エネルギーを利用して行うことができ、分散機としては、特に限定されるものではなく、ホモジナイザー、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機、高圧衝撃式分散機アルティマイザーなどが挙げられる。
このように準備されたハイブリッド樹脂微粒子分散液におけるハイブリッド樹脂微粒子(油滴)の粒径は、体積基準のメジアン径で、60〜1000nmとされることが好ましく、さらに好ましくは80〜500nmである。なお、この体積平均粒径は、実施例に記載の方法で測定する。なお、この油滴の体積平均粒径は、乳化分散時の機械的エネルギーの大きさなどによりコントロールすることができる。
また、ハイブリッド樹脂微粒子分散液におけるハイブリッド樹脂微粒子の含有量は、分散液100質量%に対して10〜50質量%の範囲とすることが好ましく、15〜40質量%の範囲がより好ましい。このような範囲であると、粒度分布の広がりを抑制し、トナー特性を向上させることができる。
(a−2)非晶性樹脂微粒子分散液調製工程
非晶性樹脂微粒子分散液調製工程は、トナー粒子を構成する非晶性樹脂を合成し、この非晶性樹脂を水系媒体中に微粒子状に分散させて非晶性樹脂微粒子の分散液を調製する工程である。
非晶性樹脂の製造方法は上記記載したとおりであるため、詳細を割愛する。
非晶性樹脂を水系媒体中に分散させる方法としては、非晶性樹脂を得るための単量体から非晶性樹脂微粒子を形成し、当該非晶性樹脂微粒子の水系分散液を調製する方法(I)や、非晶性樹脂を有機溶媒(溶剤)中に溶解または分散させて油相液を調製し、油相液を、転相乳化などによって水系媒体中に分散させて、所望の粒径に制御された状態の油滴を形成させた後、有機溶媒(溶剤)を除去する方法(II)が挙げられる。
方法(I)では、まず、非晶性樹脂を得るための単量体を重合開始剤と共に水系媒体中に添加して重合し、基礎粒子を得る。次に、当該樹脂微粒子が分散している分散液中に、非晶性樹脂を得るためのラジカル重合性単量体および重合開始剤を添加し、上記基礎粒子にラジカル重合性単量体をシード重合する手法を用いることが好ましい。
このとき、重合開始剤としては、水溶性重合開始剤を用いることができる。水溶性重合開始剤としては、例えば過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの水溶性ラジカル重合開始剤を好適に用いることができる。
また、非晶性樹脂微粒子を得るためのシード重合反応系には、非晶性樹脂の分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、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;n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート、ステアリル−3−メルカプトプロピオネートなどのメルカプトプロピオン酸;およびスチレンダイマーなどを用いることができる。これらは一種単独であるいは二種以上組み合わせて用いることができる。
なお、方法(I)では、非晶性樹脂を得るための単量体から非晶性樹脂微粒子を形成する際に、前記単量体とともに離型剤を分散させることにより、コア部に離型剤を含有させてもよい。
方法(II)において、油相液の調製に使用される有機溶媒(溶剤)としては、上記と同様に、油滴の形成後の除去処理が容易である観点から、沸点が低く、かつ、水への溶解性が低いものが好ましく、具体的には、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。これらは一種単独であるいは二種以上組み合わせて用いることができる。
有機溶媒(溶剤)の使用量(二種類以上使用する場合はその合計使用量)は、非晶性樹脂100質量部に対して、通常10〜500質量部、好ましくは100〜450質量部、さらに好ましくは200〜400質量部である。
水系媒体の使用量は、油相液100質量部に対して、50〜2,000質量部であることが好ましく、100〜1,000質量部であることがより好ましい。水系媒体の使用量を上記の範囲とすることで、水系媒体中において油相液を所望の粒径に乳化分散させることができる。
また、上記と同様に、水系媒体中には、分散安定剤が溶解されていてもよく、また油滴の分散安定性を向上させる目的で、界面活性剤や樹脂微粒子などが添加されていてもよい。
このような油相液の乳化分散は、上記と同様に、機械的エネルギーを利用して行うことができ、乳化分散を行うための分散機としては、特に限定されるものではなく、上記(a−1)において説明したものを用いることができる。
油滴の形成後における有機溶媒の除去は、非晶性樹脂微粒子が水系媒体中に分散された状態の分散液全体を、徐々に撹拌状態で昇温し、一定の温度域において強い撹拌を与えた後、脱溶媒を行うなどの操作により行うことができる。あるいは、エバポレータ等の装置を用いて減圧しながら除去することができる。
上記方法(I)または(II)によって準備された非晶性樹脂微粒子分散液における非晶性樹脂微粒子(油滴)の粒径は、体積基準のメジアン径で、60〜1000nmとされることが好ましく、さらに好ましくは80〜500nmである。なお、この体積平均粒径は、実施例に記載の方法で測定する。なお、この油滴の体積平均粒径は、乳化分散時の機械的エネルギーの大きさによりコントロールすることができる。
また、非晶性樹脂微粒子分散液における非晶性樹脂微粒子の含有量は、5〜50質量%の範囲とすることが好ましく、より好ましくは10〜30質量%の範囲である。このような範囲であると、粒度分布の広がりを抑制し、トナー特性を向上させることができる。
(a−3)着色剤分散液調製工程/離型剤微粒子分散液調製工程
着色剤分散液調製工程は、着色剤を水系媒体中に微粒子状に分散させて着色剤微粒子の分散液を調製する工程である。また、離型剤微粒子分散液調製工程は、トナー粒子として離型剤を含有するものを所望する場合に必要に応じて行う工程であって、離型剤を水系媒体中に微粒子状に分散させて離型剤微粒子の分散液を調製する工程である。
当該水系媒体は上記(a−1)で説明した通りであり、この水系媒体中には、分散安定性を向上させる目的で、界面活性剤や樹脂微粒子などが添加されていてもよい。
着色剤/離型剤の分散は、機械的エネルギーを利用して行うことができ、このような分散機としては、特に限定されるものではなく、上記(a−1)において説明したものを用いることができる。
着色剤分散液における着色剤の含有量は、10〜50質量%の範囲とすることが好ましく、15〜40質量%の範囲とすることがより好ましい。このような範囲であると、色再現性確保の効果がある。また、離型剤微粒子分散液における離型剤微粒子の含有量は、10〜50質量%の範囲とすることが好ましく、15〜40質量%の範囲とすることがより好ましい。このような範囲であると、ホットオフセット防止および分離性確保の効果が得られる。
(b)凝集・融着工程
この凝集・融着工程は、水系媒体中で前述のハイブリッド樹脂微粒子および非晶性樹脂微粒子と、必要に応じて着色剤粒子および/または離型剤微粒子とを凝集させ、凝集させると同時にこれら粒子を融着させて結着樹脂を得る工程である。
この工程では、上記式(1)および(2)を満たすように、分散液を混合する。ここで、上記式(1)および(2)を満たすために、結着樹脂中のハイブリッド樹脂および非晶性樹脂の含有割合を調節し、上記の好ましい範囲となるように各分散液量を調節すると好適である。
この工程では、まず、上記式(1)および(2)を満たす結着樹脂が得られるように、ハイブリッド樹脂微粒子および非晶性樹脂微粒子と、必要に応じて着色剤粒子および/または離型剤微粒子とを混合し、水系媒体中にこれら粒子を分散させる。次に、アルカリ金属塩や第2族元素を含む塩等を凝集剤として添加した後、ハイブリッド樹脂微粒子および非晶性樹脂微粒子のガラス転移温度以上の温度で加熱して凝集を進行させ、同時に樹脂粒子同士を融着させる。
具体的には、前述の手順で作製した、ハイブリッド樹脂の分散液および非晶性樹脂の分散液と、必要に応じて着色剤粒子分散液および/または離型剤微粒子分散液とを混合し、塩化マグネシウム等の凝集剤を添加することにより、ハイブリッド樹脂微粒子および非晶性樹脂微粒子と、必要に応じて着色剤粒子および/または離型剤微粒子とを凝集させると同時に粒子同士が融着して結着樹脂が形成される。そして、凝集した粒子の大きさが目標の大きさになった時に、食塩水等の塩を添加して凝集を停止させる。
本工程で用いられる凝集剤は、特に制限されるものではないが、金属塩から選択されるものが好適に使用される。例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の塩等の1価の金属の塩、例えば、カルシウム、マグネシウム、マンガン、銅等の2価の金属の塩、鉄、アルミニウム等の3価の金属の塩等がある。具体的な塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン等が挙げられ、これらの中で特に好ましくは2価の金属の塩である。2価の金属の塩を使用すると、より少量で凝集を進めることができる。これら凝集剤は、単独でもまたは2種以上を組み合わせても使用することができる。
凝集工程においては、凝集剤を添加した後に放置する放置時間(加熱を開始するまでの時間)をできるだけ短くすることが好ましい。すなわち、凝集剤を添加した後、凝集用分散液の加熱をできるだけ速やかに開始し、ハイブリッド樹脂および非晶性樹脂のガラス転移温度以上とすることが好ましい。この理由は明確ではないが、放置時間の経過によって粒子の凝集状態が変動して、得られるトナー粒子の粒径分布が不安定になったり、表面性が変動したりする問題が発生する虞があるからである。放置時間は、通常30分以内とされ、好ましくは10分以内である。凝集剤を添加する温度は特に限定されないが、結着樹脂であるハイブリッド樹脂および非晶性樹脂のガラス転移温度以下であることが好ましい。
また、凝集工程においては、凝集剤を添加した後、加熱により速やかに昇温させることが好ましく、昇温速度は0.8℃/分以上とすることが好ましい。昇温速度の上限は、特に限定されないが、急速な融着の進行による粗大粒子の発生を抑制する観点から15℃/分以下とすることが好ましい。さらに、凝集用分散液がガラス転移温度以上の温度に到達した後、当該凝集用分散液の温度を一定時間、好ましくは体積基準のメジアン径が4.5〜7.0μmになるまで保持することにより、融着を継続させることが肝要である(第1の熟成工程)。また、熟成中の粒子の平均円形度を測定し、好ましくは0.920〜1.000になるまで第1の熟成工程を行うことが好ましい。
これにより、粒子の成長(ハイブリッド樹脂微粒子、非晶性樹脂微粒子、および必要に応じて着色剤粒子/離型剤微粒子の凝集)と、融着(粒子間の界面の消失)とを効果的に進行させることができ、最終的に得られるトナー粒子の耐久性を向上することができる。
なお、コア−シェル構造の結着樹脂を得る場合には、上記の第1の熟成工程において、シェル部を形成する樹脂(好ましくは上記の非晶性樹脂)の水系分散液をさらに添加し、上記で得られた単層構造の結着樹脂の粒子(コア粒子)の表面にシェル部を形成する樹脂を凝集、融着させる。これにより、コア−シェル構造を有する結着樹脂が得られる(シェル化工程)。この際、シェル化工程に引き続き、コア粒子表面へのシェルの凝集、融着をより強固にし、かつ粒子の形状が所望の形状になるまで、さらに反応系の加熱処理を行うとよい(第2の熟成工程)。この第2の熟成工程は、コア−シェル構造を有するトナー粒子の平均円形度が、上記平均円形度の範囲になるまで行えばよい。
(c)冷却工程
この冷却工程は、上記のトナー粒子の分散液を冷却処理する工程である。冷却処理における冷却速度は、特に制限されないが、0.2〜20℃/分が好ましい。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。
(d)濾過、洗浄、乾燥工程
濾過工程では、トナー粒子の分散液からトナー粒子を濾別する。濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェなどを使用して行う減圧濾過法、フィルタープレスなどを使用して行う濾過法などがあり、特に限定されるものではない。
次いで、洗浄工程で洗浄することにより濾別されたトナー粒子(ケーキ状の集合物)から界面活性剤や凝集剤などの付着物を除去する。洗浄処理は、濾液の電気伝導度が、例えば5〜10μS/cmレベルになるまで水洗処理を行うものである。
乾燥工程では、洗浄処理されたトナー粒子に乾燥処理が施される。この乾燥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、減圧乾燥機等公知の乾燥機が挙げられ、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、撹拌式乾燥機等を使用することも可能である。乾燥処理されたトナー粒子に含有される水分量は、5質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2質量%以下である。
また、乾燥処理されたトナー粒子同士が弱い粒子間引力で凝集している場合には、解砕処理を行ってもよい。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。
(e)外添剤処理工程
この工程は、乾燥処理したトナー粒子表面へ必要に応じて外添剤を添加、混合してトナーを作製する工程である。外添剤の添加により、トナーの流動性や帯電性が改良され、また、クリーニング性の向上等が実現される。
(現像剤)
以上のようなトナーは、例えば磁性体を含有させて一成分磁性トナーとして使用する場合、いわゆるキャリアと混合して二成分現像剤として使用する場合、非磁性トナーを単独で使用する場合などが考えられ、いずれも好適に使用することができる。
二成分現像剤を構成するキャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子を用いることが好ましい。
キャリアとしては、その体積平均粒径としては15〜100μmのものが好ましく、25〜60μmのものがより好ましい。
キャリアとしては、さらに樹脂により被覆されているもの、または樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることが好ましい。被覆用の樹脂組成としては、特に限定はないが、例えば、オレフィン樹脂、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体、スチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エステル樹脂あるいはフッ素樹脂などが用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂など使用することができる。
<定着方法>
本発明のトナーを使用する好適な定着方法としては、いわゆる接触加熱方式のものを挙げることができる。接触加熱方式としては、特に熱圧定着方式、さらには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挙げることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の代表的な実施形態を示し、本発明につきさらに説明するが、無論、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、実施例中において特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を表す。
<測定方法>
(ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピーク温度(Tm1)、吸熱量(ΔH1、ΔH2))
上記吸熱ピーク温度(Tm1)および吸熱量(ΔH1、ΔH2)は、トナーの示差走査熱量測定を行うことにより求めた。示差走査熱量測定は、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」(パーキンエルマー社製)を用いた。測定は、昇降速度10℃/minで室温(25℃)から150℃まで昇温し、5分間150℃で等温保持する1回目の昇温過程、冷却速度10℃/minで150℃から0℃まで冷却し、5分間0℃で等温保持する冷却過程、および、昇降速度10℃/minで0℃から150℃まで昇温する2回目の昇温過程をこの順に経る測定条件(昇温・冷却条件)によって行った。上記測定は、トナー3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」のサンプルホルダーにセットして行った。リファレンスとして空のアルミニウム製パンを使用した。
上記測定において、1回目の昇温過程におけるハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の融解ピーク(その半値幅が15℃以内である吸熱ピーク)に基づく吸熱量をΔH1(J/g)、2回目の昇温過程におけるハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の融解ピークに基づく吸熱量をΔH2(J/g)とした。また、上記測定において、1回目の昇温過程により得られた吸熱曲線から解析を行い、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピーク(その半値幅が15℃以内である吸熱ピーク)のトップ温度を、Tm1(℃)とした。
(各樹脂の融点(Tc)およびガラス転移温度(Tg))
トナーを構成する各樹脂の融点およびガラス転移温度は、各樹脂について示差走査熱量測定を行うことにより求めた。示差走査熱量測定は、上記と同様のものを用いた。測定は、上記測定条件(昇温・冷却条件)と同様にして行った。上記測定は、各樹脂3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」のサンプルホルダーにセットして行った。リファレンスとして空のアルミニウム製パンを使用した。
上記測定において、1回目の昇温過程における樹脂の融解ピーク(その半値幅が15℃以内である吸熱ピーク)のトップ温度を、その樹脂の融点(Tc)とした。また、非晶性樹脂については、上記測定において、1回目の昇温過程により得られた吸熱曲線より求められるオンセット温度をガラス転移温度Tg1(℃)、2回目の昇温過程により得られたオンセット温度をガラス転移温度Tg2(℃)とした。
(重量平均分子量(Mw)の測定)
各樹脂の重量平均分子量(Mw)(ポリスチレン換算)は、GPC装置として、「HLC−8220」(東ソー社製)およびカラムとして「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM−M3連」(東ソー社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2ml/minで流し、測定試料を室温において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mlになるようにテトラヒドロフランに溶解させ、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て試料溶液を得、この試料溶液10μLを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定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。検量線測定用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical社製の分子量が6×102 、2.1×103 、4×103 、1.75×104 、5.1×104 、1.1×105 、3.9×105 、8.6×105 、2×106 、4.48×106 のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を測定し、検量線を作成した。また、検出器には屈折率検出器を用いた。
(樹脂粒子、着色剤粒子等の平均粒径)
樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒径(体積基準のメジアン径)は、「UPA−150」(マイクロトラック社製)で測定した。
(TEMによる観察)
トナー粒子を構成する結着樹脂の微細構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて以下のように行った。
まず、トナー粒子を常温硬化性のエポキシ樹脂中に十分分散させた後、包埋し、粒径100nm程度のスチレン微粉末に分散させた後、加圧成形を行ってトナーを含有させてなるブロックを作製した。続いて、作製したブロックに、必要に応じて四酸化オスミウムを用いて染色処理を施した後、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームで厚さ80〜200nmの薄片状に切り出して測定用試料を作製した。
次に、薄片状の測定用試料を、透過型電子顕微鏡(TEM)にセットして、トナーの断面構造を写真撮影した。電子顕微鏡の倍率は5000倍とした。
<トナー粒子の製造>
(製造例1:離型剤粒子分散液(W)の調製)
離型剤としてのベヘニルベヘネート(融点73℃)60質量部と、イオン性界面活性剤「ネオゲン RK」(第一工業製薬社製)5質量部と、イオン交換水240質量部とを混合した溶液を95℃に加熱し、ホモジナイザー「ウルトラタックスT50」(IKA社製)を用いて十分に分散した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーを用いて分散処理することにより、固形分量が20質量%の離型剤粒子分散液(W)を調製した。この離型剤粒子分散液中の粒子の体積平均粒径は、240nmであった。
(合成例1:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の合成)
両反応性モノマーを含む、下記の付加重合系樹脂(スチレンアクリル樹脂:StAc)ユニットの原料モノマーおよびラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 34質量部
n−ブチルアクリレート 12質量部
アクリル酸 2質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 7質量部。
また、下記の重縮合系樹脂(結晶性ポリエステル樹脂:CPEs)ユニットの原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
セバシン酸 96質量部
1,12−ドデカンジオール 97質量部。
次いで、撹拌下で付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーを90分かけて滴下し、60分間熟成を行ったのち、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去した。なお、このとき除去されたモノマー量は、上記の樹脂の原料モノマー量に対してごく微量であった。
その後、エステル化触媒としてTi(OBu)を0.3質量部投入し、235℃まで昇温、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。
次に200℃まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて1時間反応させることによりハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)を得た。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)は、その全量に対してCPEs以外の樹脂(StAc)ユニットを20質量%含み、また、StAcにCPEsがグラフト化した形態の樹脂であった。また、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の重量平均分子量(Mw)は14,000、融点(Tc)は76℃であった。
(合成例2〜6:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c2)〜(c6)の合成)
重縮合系樹脂(CPEs)の原料モノマーの種類および添加量を、それぞれ以下のように変更したこと以外は、上記合成例1と同様にしてハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c2)〜(c6)をそれぞれ得た。なお、このとき、付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーの組成比および原料モノマーの添加量は、上記合成例1と同様とした。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c2)〜(c6)の重量平均分子量(Mw)を、それぞれ表1−1に示す。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c2)≫
ドデカン二酸 114質量部
1,9−ノナンジオール 79質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c3)≫
アジピン酸 107質量部
1,6−ヘキサンジオール 86質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c4)≫
ドデカン二酸 103質量部
1,12−ドデカンジオール 91質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c5)≫
セバシン酸 108質量部
1,9−ノナンジオール 86質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c6)≫
セバシン酸 104質量部
1,10−デカンジオール 90質量部
(合成例7〜10:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c7)〜(c10)の合成)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂中の付加重合系樹脂(StAc)ユニットの含有割合が表1−1の値となるように重縮合系樹脂(CPEs)の原料モノマーの添加量を変更したこと以外は、上記合成例1と同様にしてハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c7)〜(c10)を得た。なお、このとき、付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーの組成比および原料モノマーの添加量、ならびに重縮合系樹脂(CPEs)の原料モノマーの組成比は、上記合成例1と同様とした。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c7)〜(c10)の重量平均分子量(Mw)を、それぞれ表1−1に示す。
(合成例11〜13:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c11)〜(c13)の合成)
重縮合系樹脂(CPEs)の原料モノマーの種類および添加量を、それぞれ以下のように変更したこと以外は、上記合成例1と同様にしてハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c11)〜(c13)をそれぞれ得た。なお、このとき、付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーの組成比および原料モノマーの添加量は、上記合成例1と同様とした。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c11)〜(c13)の重量平均分子量(Mw)を、それぞれ表1−1に示す。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c11)≫
テトラデカン二酸 108質量部
1,12−ドデカンジオール 85質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c12)≫
コハク酸 96質量部
1,6−ヘキサンジオール 97質量部。
≪ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c13)≫
アジピン酸 119質量部
1,4−ブタンジオール 74質量部。
(合成例14:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c14)の合成)
・アミノ変性ポリエステル樹脂(1)の調製
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229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529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部およびジブチルスズオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、反応容器に無水トリメリット酸44部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、ポリエステル樹脂(1)を得た。
攪拌棒および温度計をセットした反応容器にイソホロンジアミン170部、メチルエチルケトン150部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、ケチミン化合物(1)を得た。ケチミン化合物(1)のアミン価は418であった。
次いで、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、上記で得られたポリエステル樹脂(1)を60質量部、ケチミン化合物(1)を3質量部、酢酸エチル500質量部を入れて45℃に加熱し、均一に溶解させた。次いで45℃で4時間反応を行い、30℃で8時間脱溶剤することで、アミノ変性ポリエステル樹脂(1)を得た。
・イソシアネート変性ポリエステル樹脂(1)の調製
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部およびジブチルスズオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させてポリエステル樹脂(2)を得た。次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、上記で得られたポリエステル樹脂(2)を410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応させ、イソシアネート変性ポリエステル樹脂(1)を得た。イソシアネート変性ポリエステル樹脂(1)の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
[ポリウレア樹脂(1)の調製]
次いで、アミノ変性ポリエステル樹脂(1)を25質量部、イソシアネート変性ポリエステル樹脂(1)60質量部、酢酸エチル500質量部を容器に入れて攪拌し、均一な溶解液を得た。これを45℃で4時間反応させ、さらに30℃で8時間脱溶剤することにより、ハイブリッド樹脂の主鎖を構成するためのポリウレア樹脂(1)を得た。
[結晶性ポリエステル樹脂(1)の調製]
次に冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、セバシン酸96質量部、1、12−ドデカンジオール97質量部を添加し、ジブチルスズオキサイド0.5質量部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させ、結晶性ポリエステル樹脂(1)を得た。
〈ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c14)の合成〉
次いで、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、上記で得られた結晶性ポリエステル樹脂(1)を160質量部、ポリウレア樹脂(1)を40質量部投入し、エステル化触媒としてTi(OBu)0.1を添加、235℃まで昇温、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。
次に200℃まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて1時間反応させることによりハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c14)を得た。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c14)は、その全量に対してCPEs以外の樹脂(ポリウレア)ユニットを20質量%含み、また、ポリウレアにCPEsがグラフト化した形態の樹脂であった。また、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c14)の重量平均分子量(Mw)は13,500、融点(Tc)は76℃であった。
(合成例15:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c15)の合成)
両反応性モノマーを含む、下記の付加重合系樹脂(スチレンアクリル樹脂:StAc)ユニットの原料モノマーおよびラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 34質量部
n−ブチルアクリレート 12質量部
アクリル酸 2質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 7質量部。
次いで、撹拌下で付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーを90分かけて滴下し、60分間熟成を行ったのち、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去し、ビニル樹脂(1)を得た。なお、このとき除去されたモノマー量は、上記の樹脂の原料モノマー量に対してごく微量であった。
次にセバシン酸275質量部およびドデカンジオール277質量部を、撹拌機、温度計、冷却管、窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れた。反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、Ti(OBu)0.1質量部を添加し、窒素ガス気流下、約180℃で8時間撹拌反応を行った。更にTi(OBu)0.2質量部を添加し温度を約220℃に上げ6時間撹拌反応を行った後、反応容器内を10mmHgまで減圧し、減圧下で反応を行い、結晶性ポリエステル樹脂(2)を得た。
上記ビニル樹脂(1)および結晶性ポリエステル樹脂(2)を下記の手順でブロック共重合させた。
まず、還流冷却管、窒素導入管、撹拌機を取り付けたガラス容器に結晶性ポリエステル樹脂(2)92質量部、ビニル樹脂(1)8質量部を投入し、50℃にて撹拌溶解した後、ジシクロカルボジイミド(DCC)2.7部、ジメチルアミノピリジン(DMAP)0.17部を添加し50℃にて2時間反応を行うことで、ビニル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂のブロック共重合体である、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c15)を得た。上記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c15)の重量平均分子量(Mw)は15,000、融点(Tc)は76℃であった。
(合成例16:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c16)の合成)
両反応性モノマーを含む、下記の重縮合系樹脂(結晶性ポリエステル樹脂:CPEs)ユニットの原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、攪拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
セバシン酸 275質量部
1,12−ドデカンジオール 277質量部
メチレンコハク酸 23質量部。
その後、エステル化触媒としてTi(OBu)を0.8質量部投入し、235℃まで昇温、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。
次いで下記の付加重合系樹脂(スチレンアクリル樹脂:StAc)ユニットの原料モノマーおよびラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 107質量部
n−ブチルアクリレート 37質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド)20質量部。
次いで、攪拌下で付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーを90分かけて滴下し、60分間熟成を行ったのち、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去した。なお、このとき除去されたモノマー量は、上記の樹脂の原料モノマー比に対してごく微量であった。
次に170℃まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて1時間反応させることにより結晶性ポリエステル樹脂ユニット(CPEs)を幹、ビニル系樹脂ユニット(StAc)を枝とするグラフト構造を有するハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c16)を合成した。当該ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c16)の重量平均分子量(Mw)は15,000、融点(Tc)は76℃であった。
(合成例17:結晶性ポリエステル樹脂(c17)の合成)
アゼライン酸875.1質量部、1,4−ブタンジオール450.5質量部、およびフマル酸40.7質量部を撹拌機、温度計、冷却管、窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れた。反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、ジブチル錫2.5質量部を添加し、減圧雰囲気下で温度を約220℃に昇温し、6時間撹拌反応を行い、結晶性ポリエステル樹脂(c17)を得た。結晶性ポリエステル樹脂(c17)の重量平均分子量(Mw)は13,000、融点(Tc)は60℃であった。
(製造例2:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)の調製)
上記合成例1で得られたハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)200質量部を酢酸エチル200質量部に溶解し、この溶液を撹拌しながら、イオン交換水800質量部にポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムを濃度が1質量%になるよう溶解させた水溶液をゆっくりと滴下した。この溶液を減圧下、酢酸エチルを除去した後、アンモニアでpHを8.5に調整した。その後、固形分濃度を30質量%に調整した。これにより、水系媒体中にハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)による微粒子が分散されたハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)を調製した。このとき、上記分散液(C1)に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が205nmであった。
(製造例3〜17:ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C2)〜(C16)の調製)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)のかわりにハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c2)〜(c16)をそれぞれ用いたこと以外は、上記製造例2と同様にして、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C2)〜(C16)をそれぞれ調製した。このとき、上記分散液(C2)〜(C16)に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が180〜240nmの範囲内であった。
(製造例18:結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C17)の調製)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)のかわりに、上記合成例17で得られた結晶性ポリエステル樹脂(c17)を用いたこと以外は、上記製造例2と同様にして、結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C17)を調製した。このとき、上記分散液(C17)に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が200nmであった。
(製造例19:非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)の調製)
≪第1段重合≫
撹拌装置、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8質量部およびイオン交換水3000質量部を仕込み、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。昇温後、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、
スチレン 480質量部
n−ブチルアクリレート 250質量部
メタクリル酸 68.0質量部
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x1)を調製した。
≪第2段重合≫
撹拌装置、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7質量部をイオン交換水3000質量部に溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、樹脂微粒子の分散液(x1)260質量部と、
スチレン(St) 284質量部
n−ブチルアクリレート(BA) 92質量部
メタクリル酸(MAA) 13質量部
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 1.5質量部
離型剤:ベヘニルベヘネート(融点73℃) 190質量部
からなる単量体および離型剤を90℃にて溶解させた溶液とを添加し、循環経路を有する機械式分散機「CLEARMIX」(エム・テクニック社製)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。
次いで、この分散液に、過硫酸カリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を84℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x1’)を調製した。
≪第3段重合≫
さらに、樹脂微粒子の分散液(x1’)にイオン交換水400質量部を添加し、よく混合したのち、過硫酸カリウム11質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下で、
スチレン(St) 350質量部
n−ブチルアクリレート(BA) 215質量部
アクリル酸(AA) 30質量部
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 8質量部
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時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、ビニル樹脂からなる非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)を調製した。
得られた非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)について、非晶性樹脂微粒子の体積基準のメジアン径が220nm、ガラス転移温度(Tg1)が55℃、重量平均分子量(Mw)が32,000であった。
(製造例20:非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X2)の調製)
上記合成例14におけるポリウレア樹脂(1)の調製において、反応時間を4時間から8時間に変更した以外は同様にして、ポリウレア樹脂(2)を得た。さらに上記製造例2において、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の代わりに上記で得られたポリウレア樹脂(2)を用いることにより、非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X2)を調製した。このとき、上記分散液(X2)に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が230nm、ガラス転移温度(Tg1)が58℃、重量平均分子量(Mw)が29,000であった。
(製造例21:非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X3)の調製)
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた丸底フラスコに、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物(BPA−EO) 5.0質量部、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物(BPA−PO) 45.0質量部、イソフタル酸15.0質量部、フマル酸35.0質量部を投入し、マントルヒーターを用い200℃まで昇温させた。
その後、ガス導入管より窒素ガスを導入し、フラスコ内を不活性ガス雰囲気に保ちながら撹拌した。その後、原料混合物100質量部に対して、ジブチルスズオキシド0.05質量部を添加し、反応物の温度を200℃に保ちながら所定時間反応させることで非晶性樹脂(x3)を得た。
得られた非晶性樹脂(x3)を溶融状態のまま、乳化機(キャビトロンCD1010、ユーロテック社製)に毎分100gの速度で移送した。別途準備した水性媒体タンクには、試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.40%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら、毎分0.1リットルの速度で上記非晶性樹脂(x3)の溶融体と同時に前記乳化機に移送した。この状態で、回転子の回転速度が60Hz、圧力が0.49MPa(5kg/cm)の条件で乳化機を運転し、非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X3)を得た。得られた非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X3)について、非晶性樹脂微粒子の体積基準のメジアン径が240nm、ガラス転移温度(Tg1)が63℃、重量平均分子量(Mw)が58,000であった。
(製造例22:シェル用非晶性樹脂微粒子の水系分散液(S1)の調製)
両反応性モノマーを含む、下記の付加重合系樹脂(スチレンアクリル樹脂:StAc)ユニットの原料モノマーおよびラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 80質量部
n−ブチルアクリレート 20質量部
アクリル酸 10質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 16質量部。
また、下記の重縮合系樹脂(非晶性ポリエステル樹脂)ユニットの原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 285.7質量部
テレフタル酸 66.9質量部
フマル酸 47.4質量部。
次いで、撹拌下で付加重合系樹脂の原料モノマーを90分かけて滴下し、60分間熟成を行ったのち、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去した。
その後、エステル化触媒としてTi(OBu)を0.4質量部投入し、235℃まで昇温、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。
次に200℃まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて所望の軟化点に達するまで反応を行った。次いで脱溶剤を行い、非晶性樹脂としてのシェル用樹脂(s1)を得た。得られたシェル用樹脂(s1)について、ガラス転移温度(Tg)は61℃、重量平均分子量(Mw)は19000であった。
得られたシェル用樹脂(s1)100質量部を、400質量部の酢酸エチル(関東化学社製)に溶解し、予め作製した0.26質量%濃度のラウリル硫酸ナトリウム溶液638質量部と混合し、撹拌しながら超音波ホモジナイザー「US−150T」(日本精機製作所製)でV−LEVEL 300μAで30分間超音波分散後した後、40℃に加温した状態でダイヤフラム真空ポンプ「V−700」(BUCHI社製)を使用し、減圧下で3時間撹拌しながら酢酸エチルを完全に除去して、固形分量が13.5質量%のシェル用非晶性樹脂微粒子の水系分散液(S1)を調製した。このとき、上記分散液(S1)に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が160nmであった。
(製造例23:着色剤粒子の水系分散液(Cy1)の調製)
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加した。この溶液を撹拌しながら、銅フタロシアニン(C.I.Pigment Blue 15:3)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の水系分散液(Cy1)を調製した。
得られた着色剤粒子の水系分散液(Cy1)について、着色剤粒子の体積基準のメジアン径は110nmであった。
(実施例1:シアントナー(1)の製造)
撹拌装置、温度センサー、冷却管を取り付けた反応容器に、非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)279.5質量部(固形分換算)、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)43質量部(固形分換算)、イオン交換水2000質量部を投入した後、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、着色剤粒子の水系分散液(Cy1)30質量部(固形分換算)を投入し、次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃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3」(ベックマン・コールター社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメジアン径が6.0μmになった時点で、シェル用非晶性樹脂微粒子の水系分散液(S1)107.5質量部(固形分換算)を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数を4000個)平均円形度が0.945になった時点で2.5℃/minの冷却速度で30℃に冷却した。
次いで、固液分離し、脱水したトナーケーキをイオン交換水に再分散し固液分離する操作を3回繰り返して洗浄したのち、40℃で24時間乾燥させることにより、トナー粒子(1)を得た。
得られたトナー粒子(1)100質量部に、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm、疎水化度=68)0.6質量部および疎水性酸化チタン(数平均一次粒子径=20nm、疎水化度=63)1.0質量部を添加し、「ヘンシェルミキサー」(三井三池化工機社製)により回転翼周速35mm/sec、32℃で20分間混合した後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去する外添剤処理を施すことにより、体積平均粒径が6.2μmである、シアントナー(1)を得た。得られたシアントナー(1)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。なお、上記シアントナー(1)の示差走査熱量測定によるTm1と、当該トナー粒子(1)を構成するハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の融点(Tc)はほぼ同じであり、このような傾向は以下の実施例および比較例に関するトナー粒子においても見られた。また、上記方法(TEMによる観察)によってトナー粒子を構成する結着樹脂の微細構造を観察したところ、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂を分散相(ドメイン)、非晶性樹脂が連続相(マトリックス)を構成する海島構造が確認された。
(実施例2〜11:シアントナー(2)〜(11)の製造)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)のかわりにハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(C2)〜(C11)をそれぞれ使用したこと以外は、実施例1と同様にして、シアントナー(2)〜(11)を製造した。得られたシアントナー(2)〜(11)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。また、上記のようなTEMによる観察を行ったところ、実施例1と同様の海島構造が確認された。さらに、上記シアントナー(2)〜(C11)の体積平均粒径は、6.0〜6.5μmの範囲内であった。
(実施例12〜16:シアントナー(12)〜(15)の製造)
結着樹脂中、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂、非晶性樹脂およびシェル用樹脂の含有比率が表1−1の値となるように各分散液の添加量を変更した以外は、実施例1と同様にしてシアントナー(12)〜(15)をそれぞれ製造した。得られたシアントナー(12)〜(15)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。また、上記のようなTEMによる観察を行ったところ、実施例1と同様の海島構造が確認された。さらに、上記シアントナー(12)〜(15)の体積平均粒径は、6.0〜6.5μmの範囲内であった。
(実施例16:シアントナー(16)の製造)
撹拌装置、温度センサー、冷却管を取り付けた反応容器に、シェル用非晶性樹脂微粒子の水系分散液(S1)387質量部(固形分換算)、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)43質量部(固形分換算)、イオン交換水2000質量部を投入した後、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。なお、本実施例において、シェル用非晶性樹脂は、トナー粒子を構成する非晶性樹脂として用いた。
その後、着色剤粒子の水系分散液(Cy1)30質量部(固形分換算)、離型剤粒子分散液(W)43質量部(固形分換算)を投入し、次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃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3」(ベックマン・コールター社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメジアン径が6.5μmになった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数を4000個)平均円形度が0.945になった時点で2.5℃/minの冷却速度で30℃に冷却した。
次いで、固液分離し、脱水したトナーケーキをイオン交換水に再分散し固液分離する操作を3回繰り返して洗浄したのち、40℃で24時間乾燥させることにより、トナー粒子(16)を得た。
次いで、実施例1と同様にして外添剤処理を施すことにより、体積平均粒径が6.3μmである、シアントナー(16)を得た。得られたシアントナー(16)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。また、上記方法(TEMによる観察)によってトナー粒子を構成する結着樹脂の微細構造を観察したところ、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂を分散相(ドメイン)、シェル用非晶性樹脂が連続相(マトリックス)を構成する海島構造が確認された。
(実施例17:シアントナー(17)の製造)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)のかわりにハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂の水系分散液(C14)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、シアントナー(17)を製造した。得られたシアントナー(17)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。また、上記のようなTEMによる観察を行ったところ、実施例1と同様の海島構造が確認された。さらに、上記シアントナー(17)の体積平均粒径は、6.3μmであった。
(比較例1〜4:比較シアントナー(1)〜(4)の製造)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)のかわりにハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(C12)〜(C16)をそれぞれ使用したこと以外は、実施例1と同様にして、比較シアントナー(1)〜(4)をそれぞれ製造した。得られた比較シアントナー(1)〜(4)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。
(比較例5:比較シアントナー(5)の製造)
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)のかわりに結晶性ポリエステル樹脂の水分散液(C17)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、比較シアントナー(5)を製造した。得られた比較シアントナー(5)について、上記の通りTm1、ΔH1およびΔH2を測定した。結果を表1−2に示す。
<現像剤の調製>
シアントナー(1)〜(17)および比較シアントナー(1)〜(5)に対して、シリコー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、トナー粒子濃度が6質量%となるように添加して混合することにより、現像剤(1)〜(17)および比較現像剤(1)〜(5)をそれぞれ製造した。
<評価方法>
(低温定着性)
市販の複合プリンタのフルカラー複写機「bizhub PRO C6501」(コニカミノルタ社製)において、定着装置を、定着用ヒートローラの表面温度を100〜210℃の範囲で変更することができるように改造したものに上記の現像剤(1)〜(17)および比較現像剤(1)〜(5)をそれぞれ装填した。王子製紙社製OKエンボス布目(坪量104.7g/m)上に、トナー付着量11mg/10cmのベタ画像を定着させる定着実験を、設定される定着温度を90℃から5℃刻みで増加させるよう変更しながら130℃まで繰り返し行った。
次いで、各定着温度の定着実験において得られたプリント物を、折り機で前記ベタ画像に荷重をかけるように折り、これに0.35MPaの圧縮空気を吹き付け、折り目を下記の評価基準に示す5段階にランク付けし、ランク3となる定着実験のうち最も定着温度の低い定着実験における定着温度を、下限定着温度として評価した。結果を表1−2に示す。
この下限定着温度が低ければ低い程、低温定着性に優れることを意味し、120℃以下であれば実用上問題なく、合格と判断される。
≪評価基準≫
ランク5:全く折れ目なし
ランク4:一部折れ目に従った剥離あり
ランク3:折れ目に従った細かい線状の剥離あり
ランク2:折れ目に従った太い線状の剥離あり
ランク1:大きな剥離あり。
(画像保存性:耐ドキュメントオフセット性)
市販のフルカラー複写機「C6550」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)に専用フィニッシャーFS−608(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)を装填し、中綴じ印刷20部(1部5枚)の自動製本作成テストを50回繰り返した。1ページ当たりの画素率は、50%に設定した。転写紙は、坪量64g紙を用いて評価した。印刷物が室温になるまで自然冷却したのち、全ページを片手でめくり、画像間の付着の有無を確認した。この評価基準においては、◎〜△が合格と判断される。
≪評価基準≫
◎:画像間の付着が認められず、ページをめくる際の違和感がない
○:重ねたページをめくる時に、軽微な摩擦感があるものの、画像間の付着は認められない
△:重ねたページをめくる際に、画像間の付着が認められ、画像のところどころに画像の接着の痕跡として光沢むらが発生している
×:画像部においては白抜けなどの画像欠損が生じ、また非画像部においても明らかな画像移行が生じており、耐ドキュメントオフセット性が極めて不良である。
(耐熱保管性の評価)
トナー0.5gを内径21mmの10mlガラス瓶に取り蓋を閉めて、タップデンサーKYT−2000(セイシン企業製)で室温にて600回振とうした後、蓋を取った状態で55℃、35%RHの環境下に2時間放置した。次いで、トナーを48メッシュ(目開き350μm)の篩上に、トナーの凝集物を解砕しないように注意しながらのせて、パウダーテスター(ホソカワミクロン社製)にセットし、押さえバー、ノブナットで固定し、送り幅1mmの振動強度に調整し、10秒間振動を加えた後、篩上の残存したトナー量の比率(質量%)を測定した。
なお、トナー凝集率は下記式により算出される値である。
トナー凝集率(%)=[篩上の残存トナー質量(g)/0.5(g)]×100
下記に記載の基準によりトナーの耐熱保管性の評価を行った。この評価基準においては、◎〜△が合格と判断される。
≪評価基準≫
◎:トナー凝集率が10質量%未満(トナーの耐熱保管性が極めて良好)
○:トナー凝集率が10質量%以上15質量%未満(トナーの耐熱保管性が良好)
△:トナー凝集率が15質量%以上、20質量%未満(トナーの耐熱保管性がやや悪いが、使用可能)
×:トナー凝集率が20%を超える(トナーの耐熱保管性が悪く、使用不可)。
以上の結果より、実施例のトナー粒子を用いた場合、低温定着性(特に凹凸のあるメディア)、画像保存性、耐熱保管性について、バランスよく優れた結果が得られた。
一方、ハイブリッドポリエステル樹脂の形態において、本発明の構成(すなわち、主鎖として非晶性樹脂、側鎖としてCPEsを持つグラフトポリマー)以外の構成とした場合(比較例3〜5)、低温定着性が低下するという結果が得られた。また、比較例1のトナー粒子を用いた場合、ハイブリッドポリエステル樹脂の形態は本発明の構成となっているものの、相溶性が抑制され、また、Tm1が高いために、優れた低温定着性が得られなかったものと推測される。他方、比較例2のトナー粒子のように、相溶性が高いものは、低温定着性が良好になるものの、画像保存性や耐熱保管性が低下するという結果が示され、上記の種々の特性をバランスよく向上させることができなかった。

Claims (8)

  1. 結着樹脂を含む静電荷像現像用トナーであって、
    前記結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと、ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットとが化学的に結合した、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂および非晶性樹脂を含み、かつ、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂が分散相を形成し、前記非晶性樹脂が連続相を形成する相分離構造を有し、
    前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、主鎖として前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを有し、側鎖として前記結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するグラフト共重合体であり、
    トナーの示差走査熱量測定における1回目の昇温過程における前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークの温度をTm1(℃)とし、前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH1(J/g)とし、2回目の昇温過程における前記吸熱ピークに基づく吸熱量をΔH2(J/g)としたとき、下記式(1)および(2)の関係を満たす、静電荷像現像用トナー。
  2. 前記ΔH1および前記ΔH2が、下記式(3)の関係を満たす、請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記ΔH1および前記ΔH2が、下記式(4)の関係を満たす、請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットの含有量が、前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂の全量に対して10質量%以上30質量%未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットは、前記非晶性樹脂と同種の樹脂で構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、前記結着樹脂の全量に対して5質量%以上30質量%未満である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  7. 前記結着樹脂に含まれる非晶性樹脂は、ビニル樹脂である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  8. 前記ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットは、ビニル樹脂ユニットである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
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