JP4123121B2 - 静電荷像現像用トナー及び静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
1.結着樹脂と着色剤を含有するトナー粒子を含む静電荷像現像用トナーにおいて、
該トナー粒子の個数平均粒径が2.5μm〜7.5μmであり、アクリル酸エステルを12ppm未満含有し、且つ、炭素数が4〜12の脂肪族アルコールを40ppm〜300ppm含有し、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含み、トナー中の該元素の含有率Aと該トナー中の塩素の含有率Bとの比(B/A)が下記一般式(1)を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
0.7<B/A<5
2.ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含み、トナー中の該元素の含有率Aと該トナー中の硫黄元素の含有率Cとの比(C/A)が下記一般式(2)を満たすことを特徴とする前記1に記載の静電荷像現像用トナー。
5<C/A<20
3.前記1または2に記載の静電荷像現像用トナーを製造方法であって、水系媒体中で重合性単量体の重合反応を行わせて、樹脂粒子の分散液を調製する工程、次いで、該樹脂粒子を凝集させる工程中または、前記樹脂粒子を凝集させながら融着・融合させる工程中に少なくとも1種の酸を添加する工程を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
4.前記酸が、塩酸または硫酸であることを特徴とする前記3に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
本発明の静電荷像現像用トナーについて説明する。
本発明に係るアクリル酸エステルについて説明する。
本発明の静電荷像現像用トナー(単にトナーともいう)は、炭素数が4〜12の脂肪族アルコールを40ppm〜300ppm含有することを特徴とする。
本発明に係る重合性単量体について説明する。
本発明のトナー中のアクリル酸エステル、炭素数4〜12の脂肪族アルコール、重合性単量体等の各々の成分の特定並びに定量方法としてヘッドスペース法が好ましく用いられる。本来、ヘッドスペース法はトナー中の揮発成分を測定するのに非常に適している方法である。本発明では、ヘッドスペース法の測定精度が極めて高精度であり、且つ、本発明の記載の種々の効果とのあいだで高い相関がとれるために、ヘッドスペース法を分析、定量方法として採用した。
以下に、ヘッドスペース法による測定を詳細に説明する。
1.試料の採取
20mlヘッドスペース用バイアルに0.8gの試料を採取する。試料量は、0.01gまで秤量する(単位質量あたりの面積を算出するのに必要)。専用クリンパーを用いてバイアルをセプタムを用いてシールする。
170℃の恒温槽に試料を立てた状態で入れ、30分間加温する。
質量比で15%になるようにシリコンオイルSE−30でコーティングした担体を内径3mm、長さ3mのカラムに充填したものを分離カラムとして用いる。該分離カラムをガスクロマトグラフに装着し、Heをキャリアーとして、50ml/分で流す。分離カラムの温度を40℃にし、15℃/分で260℃まで昇温させながら測定する。260℃到達後5分間保持する。
バイアルビンを恒温槽から取り出し、直ちにガスタイトシリンジで1mlを注入する。
アルコール成分の定量にはn−ブタノール、芳香族アルデヒド成分の定量にはベンズアルデヒドを基準物質とし、更にベンゼン、トルエン、キシレンに対してはそれぞれベンゼン、トルエン、キシレンで予め検量線を作成し、それぞれ各成分の濃度を求める。
ヘッドスペース装置:
HP7694 Head Space Sampler
(ヒューレットパッカード社製)
温度条件:
トランスファーライン:200℃
ループ温度 :200℃
サンプル量 :0.8g/20mlバイアル
(b)GC/MS条件
GC:HP5890(ヒューレットパッカード社製)
MS:HP5971(ヒューレットパッカード社製)
カラム:HP−624(30m×0.25mm)
オーブン温度:
初期温度:40℃(3分)
昇温速度:15℃/分
到達温度:260℃
測定モード:SIM(セレクトイオンモニター)モード
《トナー中に含有される金属元素と、塩素または硫黄との含有率比(モル比)》
本発明のトナーは、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましく、更に好ましくは、ナトリウム、マグネシウム及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含むことである。
本発明のトナーは、上記元素のトナー中の含有率をA、該トナー中の塩素の含有率をBとの比(B/A)が下記一般式(1)を満たすことが好ましい。
0.7<B/A<5
好ましくは、0.97<B/A<3であり、更に好ましくは、1.1<B/A<2.5の範囲である。
また、硫酸が用いられる場合には、本発明のトナーは、上記元素のトナー中の含有率をA、該トナー中の硫黄元素の含有率Cとの比(C/A)が下記一般式(2)を満たすことが好ましい。
5<C/A<20
好ましくは、6<C/A<15であり、更に好ましくは8<C/A<12である。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法について説明する。
本発明のトナーは、着色剤の不存在下において複合樹脂粒子を形成し、当該複合樹脂粒子の分散液に着色剤粒子の分散液を加え、当該複合樹脂粒子と着色剤粒子とを塩析、凝集、融着させることにより調製されることが好ましい。
(1)離型剤及び/又は結晶性ポリエステルが、最外層以外の領域(中心部または中間層)に含有されるように調製された複合樹脂粒子を得るための多段重合工程(I)、
(2)複合樹脂粒子と着色剤粒子とを塩析、凝集、融着させてトナー粒子を得る塩析、凝集、融着する工程(II)、
上記の工程(2)において、上記の酸(塩酸、硫酸など)の添加が行われる。
(4)洗浄処理されたトナー粒子を乾燥する乾燥工程、
(5)乾燥処理されたトナー粒子に外添剤を添加する工程から構成される。
多段重合工程(I)は、樹脂粒子(n)の表面に、単量体(n+1)の重合体からなる被覆層(n+1)を形成する多段重合法により、複合樹脂粒子を製造する工程である。ここで、製造の安定性、および得られるトナーの破砕強度の観点から三段重合以上の多段重合法を採用することが好ましい。
二段重合法は、離型剤を含有する高分子量樹脂から形成される中心部(核)と、低分子量樹脂から形成される外層(殻)とにより構成される複合樹脂粒子を製造する方法である。すなわち、二段重合法で得られる複合樹脂粒子は核と一層の被覆層から構成される。
三段重合法は、高分子量樹脂から形成される中心部(核)と、離型剤を含有する中間層と、低分子量樹脂から形成される外層(殻)とにより構成される複合樹脂粒子を製造する方法である。すなわち、三段重合法で得られる複合樹脂粒子は核と2層の被覆層から構成される。
(b)複合樹脂粒子を構成する中間層を形成する際に、離型剤/結晶性ポリエステルを含有する単量体組成物を界面活性剤の水溶液中に分散させた後、当該水溶液中に、複合樹脂粒子の中心部(核)となる樹脂粒子を添加し、この系を重合処理する態様、
(c)複合樹脂粒子を構成する中間層を形成する際に、複合樹脂粒子の中心部(核)となる樹脂粒子を界面活性剤の水溶液中に添加すると同時に、当該水溶液中に、離型剤/結晶性ポリエステルを含有する単量体組成物を分散させ、この系を重合処理する態様が含まれる。
この塩析、凝集、融着する工程(II)は、多段重合工程(I)によって得られた複合樹脂粒子と、着色剤粒子とを塩析、凝集、融着させる(塩析と融着とを同時に起こさせる)ことによって、不定形(非球形)のトナー粒子を得る工程である。
本発明に係る塩析、凝集について説明する。
例えば、チオグリコール酸エチル、チオグリコール酸プロピル、チオグリコール酸プロピル、チオグリコール酸ブチル、チオグリコール酸t−ブチル、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、チオグリコール酸デシル、チオグリコール酸ドデシル、エチレングリコールのメルカプト基を有する化合物、ネオペンチルグリコールのメルカプト基を有する化合物、ペンタエリストールのメルカプト基を有する化合物等が挙げられる。
R1−(OCO−R2)n
式中、nは1〜4の整数を表し、好ましくは2〜4、更に好ましくは3〜4であり、特に好ましくは4である。
R2:炭素数=1〜40、好ましくは16〜30、更に好ましくは18〜26
以下に、上記一般式で表されるエステル化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
この工程は、洗浄処理されたトナー粒子を乾燥処理する工程である。
単量体成分を構成する疎水性単量体としては、特に限定されるものではなく従来公知の単量体を用いることができる。また、要求される特性を満たすように、1種または2種以上のものを組み合わせて用いることができる。
樹脂粒子の特性を改良するために架橋性単量体を添加しても良い。架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルエーテル、ジエチレングリコールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリル等の不飽和結合を2個以上有するものが挙げられる。
酸性極性基を有する単量体としては、(a)カルボキシル基(−COOH)を有するα,β−エチレン性不飽和化合物及び(b)スルホン基(−SO3H)を有するα,β−エチレン性不飽和化合物を挙げることができる。
ここで、粒度分布について、CV値とは粒度分布の分散度を表した値であり、以下の式によって定義される数値であり、この値が小さい程、粒度分布がシャープである事を示す。
d50:粒度分布の50%径(体積基準)
σ50:d50を基準としたときの標準偏差
(トナー粒子の形状係数)
本発明のトナー粒子の形状係数について説明する。
ここに、最大径とは、トナー粒子の平面上への投影像を2本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最大となる粒子の幅をいう。また、投影面積とは、トナー粒子の平面上への投影像の面積をいう。
(1)アパーチャー:100μm
(2)サンプル調製法:電解液〔ISOTON R−11(コールターサイエンティフィックジャパン社製)〕50〜100mlに界面活性剤(中性洗剤)を適量加えて攪拌し、これに測定試料10〜20mgを加える。この系を超音波分散機にて1分間分散処理することにより調製する。
《ラテックスの調製》
(ラテックス1HMLの調製)
(1)ラテックス(1H)の調製(核粒子の形成:第1段重合)
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5000mlのセパラブルフラスコに、下記式(101)で表されるアニオン系界面活性剤
式(101):C10H21(OCH2CH2)2OSO3Na
4gをイオン交換水3040gに溶解させた界面活性剤溶液(水系媒体)を仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で攪拌しながら、内温を80℃に昇温させた。
攪拌装置を取り付けたフラスコ内において、スチレン95g、n−ブチルアクリレート36g、メタクリル酸9g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル0.59gからなる単量体混合液に、結晶性物質として、上記式(19)で表される化合物(以下、「例示化合物(19)」という。)77gを添加し、90℃に加温し溶解させて単量体溶液を調製した。
(第二段重合)を行い、ラテックスを得た。これを「ラテックス(1HM)」とする。
上記の様にして得られたラテックス(1HM)に、重合開始剤(KPS)6.8gをイオン交換水265mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下に、スチレン249g、n−ブチルアクリレート88.2g、メタクリル酸2g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル7.45g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時間にわたり加熱攪拌することにより重合(第三段重合)を行った後、28℃まで冷却しラテックスを得た。このラテックスを「ラテックス(1HML)」とする。
攪拌装置を取り付けたフラスコ内に、重合開始剤(KPS)14.8gをイオン交換水400mlに溶解させた開始剤溶液を仕込み、80℃の温度条件下に、スチレン600g、n−ブチルアクリレート190g、メタクリル酸10.0g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル20.8g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時間にわたり加熱攪拌することにより重合を行った後、27℃まで冷却しラテックス(低分子量樹脂からなる樹脂粒子の分散液)を得た。このラテックスを「ラテックス(2L)」とする。
下記のようにして、着色粒子Bk1(ブラック)、Y1(イエロー)、M1(マゼンタ)、C1(シアン)の4色の着色粒子を各々作製した。
(1)着色剤の分散液1の調製
前記式(101)で表される、アニオン性界面活性剤90gをイオン交換水1600mlに攪拌溶解した。この溶液を攪拌しながら、カーボンブラック(リーガル330R:キャボット社製)400.0gを徐々に添加し、次いで、攪拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて分散処理して、着色剤粒子の分散液(以下、「着色剤分散液1」という。)を調製した。
ラテックス1HML420.7g(固形分換算)と、イオン交換水900gと「着色剤分散液1」200gとを、温度センサー、冷却管、窒素導入装置、攪拌装置を取り付けた反応容器(四つ口フラスコ)に入れ攪拌した。容器内の温度を30℃に調整した後、この溶液に5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10.0に調整した。
更に、ラテックス2L(樹脂粒子の分散液)96gを添加し、3時間にわたり加熱攪拌を継続し、ラテックス(1HML)の凝集粒子表面にラテックス2Lを融着させた。ここで、塩化ナトリウム40.2gを加え、8℃/分の条件で30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを2.0に調整し、攪拌を停止した。生成した塩析、凝集、融着粒子を濾過し、45℃のイオン交換水で繰り返し洗浄し、その後、40℃の温風で乾燥することにより、着色粒子Bk1を得た。
着色粒子Bk1の作製において、(凝集・融着)会合粒子の調製に用いた酸の種類、酸の濃度、添加量を表1に記載のように変化させた以外は同様にして、着色粒子Bk2〜Bk8を各々作製した。
上記の着色粒子Bk1〜Bk8の各々の着色粒子100部に対し、疎水性シリカ(平均一次粒子径12nm,シクロシラザンで疎水化したもの。疎水化度80%)0.4部、疎水性チタン(平均一次粒子径110nm,N−ブチルトリメトキシシランで疎水化したもの。疎水化度40%)1.0部をヘンシェルミキサーで混合して、黒色トナー粒子Bk1〜Bk8を各々作製した。
得られた黒色トナー粒子Bk1〜Bk8の各々について、上記のヘッドスペース法を用いてトナー中のアクリル酸エステル単量体と炭素数4〜12の脂肪族アルコールの含有量を測定した。得られた結果を表2に示す。
得られた黒色トナー粒子Bk1〜Bk8の各々について、トナー中のナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群について、WDX(波長分散X線分光法)により定量分析を行い、元素量の合計量(モル)と塩素または硫黄との比率(モル比)を上記一般式(1)または(2)で表した。得られた結果を表2に示す。
次いで、表2に記載の各々のトナー粒子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混合し、トナー濃度が6%の黒色用現像剤Bk1〜Bk8を各々調製した。
得られた黒色用現像剤Bk1〜Bk8の各々を図1に記載の画像形成装置にセットし、現像剤の安定性、解像度、耐電付与部材の寿命を各々評価した。
0.6mg/cmねらいのパッチ画像と、0.3mg/cmねらいのパッチ画像をそれぞれ20回現像させ、感光体上の付着量を粘着テープで剥がし取り、付着量を測定し、下記のようなランク評価した。
○:付着量設定において、実際の付着量が±3.0%以内に収まった
×:付着量設定において、実際の付着量が±3.0%を超えるバラツキがあった
《解像度》
解像度を判別するテストチャートをプリントし、20倍のルーペで解像度を評価し、下記のようなランク評価を行った
◎:主走査方向、副走査方向ともに14本/mmのラインまで識別できた
○:主走査方向、副走査方向ともに10本/mmのラインまで識別できた
×:主走査方向、副走査方向ともに10本/mmのラインが識別できなかった
《帯電付与部材の寿命》
帯電付与部材である、現像ローラ、層圧規制部材について下記の評価を行った。
○:現像ローラ、層厚規制部材共に300万以上、500万プリント未満寿命であった
×:現像ローラ、層厚規制部材共に300万プリント未満で、交換が必要であった
得られた結果を表3に示す。
3 用紙
11 スキャナユニット
21 感光ドラム
22 現像ローラ
25 スコロトロン型帯電器
26 転写ローラ
41 クリーニングローラ
Claims (4)
- 結着樹脂と着色剤を含有するトナー粒子を含む静電荷像現像用トナーにおいて、
該トナー粒子の個数平均粒径が2.5μm〜7.5μmであり、アクリル酸エステルを12ppm未満含有し、且つ、炭素数が4〜12の脂肪族アルコールを40ppm〜300ppm含有し、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含み、トナー中の該元素の含有率Aと該トナー中の塩素の含有率Bとの比(B/A)が下記一般式(1)を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
一般式(1)
0.7<B/A<5 - ナトリウム、カリウム、マグネシウム、亜鉛及びアルミニウムからなる元素群から選択される少なくとも1種の元素を含み、トナー中の該元素の含有率Aと該トナー中の硫黄元素の含有率Cとの比(C/A)が下記一般式(2)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
一般式(2)
5<C/A<20 - 請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナーを製造方法であって、水系媒体中で重合性単量体の重合反応を行わせて、樹脂粒子の分散液を調製する工程、次いで、該樹脂粒子を凝集させる工程中または、前記樹脂粒子を凝集させながら融着・融合させる工程中に少なくとも1種の酸を添加する工程を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記酸が、塩酸または硫酸であることを特徴とする請求項3に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
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