JP6021476B2 - トナーの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、磁気記録法及びトナージェット法の如き記録方法に用いられるトナーの製造方法に関するものである。
電子写真法は、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで、前記潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成し、紙の如き記録材(転写材)にトナー画像を転写させた後、熱・圧力により記録材上にトナー画像を定着してプリント又は複写物を得るものである。
近年、コンピュータ及びマルチメディアの発達により、オフィスから家庭まで幅広い分野で、更なる高精細フルカラー画像を出力する手段が要望されている。ヘビーユーザーは、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を要求する一方で、スモールオフィスや家庭では、高画質な画像を得ることを要求する。更に、省スペース・省エネルギーの観点から装置の小型化、廃トナーの再利用又は廃トナーレス(クリーナーレス)、定着温度の低温化及び写真画質に対応するための画像光沢性が要望されている。
耐久性と定着性の両立という観点では、トナーの粘弾性や溶融粘度で議論されている。一般的にトナーは、現像装置内で機械的な摩擦力を受け劣化するので、トナーの粘弾性や溶融粘度を高くする方が有利である。しかし、一方で定着工程では消費エネルギーを削減して低温定着や画像光沢性(グロス)を実現するために、トナーの粘弾性や溶融粘度を下げなければならない。また、トナーの粘弾性や溶融粘度を下げてしまうことは、現像特性や転写特性に対して不利になるばかりか、温度50℃近辺の環境下におけるトナーの保存安定性も低下する。一方、定着工程においてトナー粒子中のワックス成分が瞬時に染み出し易い(ブリード性)方が定着ローラとの離型性が良好になり好ましい。しかし現像工程においてワックス成分がブリードすると、ワックス成分よるトナーの帯電不良により現像性が悪化する。このように耐久性と定着性は相反する性能であるが、この両者を満足させる手法について、検討されている。
これらの課題を解決する方法として、示差走査熱量測定(DSC)装置におけるトナーのDSC曲線に着目したものがある。結着樹脂および着色剤を少なくとも含有するトナーにおいて、示差走査熱量計により測定される前記トナーのDSC曲線の第2昇温過程に、前記結着樹脂のガラス転移点付近に少なくとも1つの発熱ピークが存在することを特徴とするトナーが提案されている(特許文献1)。この手法で定着性を向上させることはできる。しかし、現像特性に関する耐久性を考慮した場合、さらなる改良が望まれる。
一方、トナーの結着樹脂の分子量と酸価を特定の値とすることで、低温定着性と耐久性/保存安定性を向上させる試みもある。例えば、トナーの結着樹脂として、スチレン系樹脂を用いて、結着樹脂全体の酸価と低分子量成分の酸価を規定することが開示されている(特許文献2)。確かにこの手法により、保存安定性を向上させることはできる。しかしプリントアウトの高速化に対して十分な低温定着性を発揮することは困難であり、更なる改良が望まれる。
また、トナーの結着樹脂において低分子量成分の酸価が高分子量成分の酸価よりも大きくすることで、低温定着性と耐高温オフセット性を向上させることが開示されている(特許文献3)。結着樹脂の低分子量成分と高分子量成分の酸価を規定する手法により、前述した低温定着性を向上させることができる。しかし、この場合、粉砕法でトナーを製造しているため、トナー粒子の表面及び内部には低分子量成分、高分子量成分両者が均等に存在している。そのため高いレベルでトナーの耐久性と定着性を両立させることは困難である。
更に、トナーの結着樹脂に高分子量成分と低分子量成分を存在させることによりトナー粒子にある一定の硬度を持たせた会合法トナーが、耐久安定性に優れることが開示されている(特許文献4)。この会合法トナーは、樹脂粒子と着色剤粒子とを塩析/融着させる工程を経ることによって得られたトナーであるが、その樹脂粒子の構造が中心部から表層に向かうに従って各層を構成する樹脂の分子量が小さくなるように制御されている。そのため、保存安定性や耐高温オフセット性が低下する場合がある。
このように、耐久性と定着性を両立させるための検討において、トナー粒子の内部構造を加味した検討やトナーの結着樹脂を検討は多数行われている。しかし更なる高速化、及び高精細フルカラー画像が要求されている現状において、良好な定着性、画像高光沢性を維持した上で、高耐久性と高転写性、更には保存安定性を十分に満足するトナーが待望されている。
特開2004−184561号公報 特開平05−53373号公報 特開平10−090939号公報 特開2004−109601号公報
本発明の目的は、低温定着性、画像光沢性に優れ、多数枚のプリントアウトを行っても、優れた現像性及び転写性を示して安定した画像を得ることができ、更には保存安定性に優れたトナーの製造方法を提供することにある。
発明は、
(I)溶液重合法によって極性樹脂を製造する工程と、
(II)重合性単量体、前記極性樹脂及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加える添加工程と、
(III)前記水系媒体中で前記重合性単量体組成物を造粒する造粒工程と、
(IV)前記重合性単量体組成物中の前記重合性単量体を重合してトナー粒子を得る重合工程と
を有するトナーの製造方法であって、
前記工程(I)は、大気圧の除いた加圧分の圧力が0.075MPa以上、0.500MPa以下の加圧下で重合する工程を含み、
前記極性樹脂は、
i)スチレン系重合体であり、
ii)GPCクロマトグラムにおけるメインピークのピーク分子量Mpが5000以上、100000以下であり、
iii)酸価が5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
iv)極性樹脂を、分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp未満である成分Lと分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp以上である成分Hに分けたとき、前記成分Lの酸価A(mgKOH/g)と前記成分Hの酸価B(mgKOH/g)とが、0.80≦A/B≦1.20の関係を満足する、トナーの製造方法に関する。
本発明によれば、低温定着性、画像光沢性に優れ、多数枚のプリントアウトを行っても、優れた現像性及び転写性を示して安定した画像を得ることができ、更には保存安定性に優れたトナーの製造方法を提供することができる。
電子写真装置の現像部の拡大図である。 電子写真装置の断面図である。
本発明のトナーは、重合性単量体、極性樹脂及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加え、前記水系媒体中で前記重合性単量体組成物を造粒し、前記重合性単量体組成物中の前記重合性単量体を重合して得られるトナー粒子を含有するトナーであって、
前記極性樹脂は、
i)スチレン系重合体であり、
ii)GPCクロマトグラムにおけるメインピークのピーク分子量Mpが0.5×10以上、10.0×10以下であり、
iii)酸価が5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
iv)極性樹脂を、分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp未満である成分Lと分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp以上である成分Hに分けたとき、前記成分Lの酸価A(mgKOH/g)と前記成分Hの酸価B(mgKOH/g)とが、0.80≦A/B≦1.20の関係を満足する、
ことを特徴とする。
また、本発明のトナーの製造方法は、(I)重合性単量体、極性樹脂及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加える添加工程と、(II)前記水系媒体中で前記重合性単量体組成物を造粒する造粒工程と、(III)前記重合性単量体組成物中の前記重合性単量体を重合してトナー粒子を得る重合工程とを有するトナーの製造方法であって、
前記極性樹脂は、
i)スチレン系重合体であり、
ii)GPCクロマトグラムにおけるメインピークのピーク分子量Mpが5000以上、100000以下であり、
iii)酸価が5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
iv)極性樹脂を、分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp未満である成分Lと分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp以上である成分Hに分けたとき、前記成分Lの酸価A(mgKOH/g)と前記成分Hの酸価B(mgKOH/g)とが、0.80≦A/B≦1.20の関係を満足する、
ことを特徴とするトナーの製造方法に関する。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のトナーは、極性樹脂として、酸価5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下のスチレン系重合体を用いており、水系媒体中でトナーを製造することによって、極性樹脂をトナーの外層として機能させている。
カプセルタイプのトナーは、内層と外層で構成されている。このカプセルタイプのトナーは、外層によって内層を保護している。しかしながら、内層と外層との密着性が弱い場合、トナーにストレスがかかり続けると、外層の剥離や削れが生じ、トナー粒子の表面性状がある時点で急激に変化する場合がある。
これに対して、極性樹脂としてスチレン系樹脂を用いることで、内層と外層との密着性を向上させ、外層の剥離等を抑制することができる。懸濁重合法においては、内層の主成分である結着樹脂がビニル系重合体であるため、水系媒体中でトナー粒子を製造する際に、極性樹脂として、結着樹脂となじみやすいスチレン系樹脂を用いることで、内層と外層との密着性を高めることができる。また、前記極性樹脂は、極性を持ちつつ結着樹脂とのなじみやすさをも同時に持つ為、トナー粒子中において極性基を有する樹脂の濃度勾配が生じると本発明者らは考えている。
本発明のトナーのように、懸濁重合法を用いた場合には、添加した極性樹脂が重合性単量体へ溶解した後、重合反応と共に前記極性樹脂は重合性単量体への溶解度が低下し、一部相分離する。一部相分離した極性樹脂成分がトナー粒子表面及びその近傍に局在化することで、極性基を有する樹脂成分は、トナー粒子の表面近傍において、濃度勾配を持つと推定している。
これらにより、密着性や強靭性が強化され、トナーの現像性や転写性がより改善さえる。また、定着工程においては、トナー粒子の特定の内部構造により、トナーの加熱時にワックスが溶解する際、迅速にトナー粒子表面にワックスが移動し易く、これにより、定着特性にも効果を発現している。
即ち、本発明は、トナー粒子における内層と外層との密着性が高いこと、トナーの加圧時の外的要因に対する強靭性が大きいこと、トナーの加熱時に内層成分がブリード性を有することにより、前記現像特性/転写特性/定着特性が向上していると本発明者らは考えている。
本発明において、極性樹脂のGPCクロマトグラムにおけるメインピークのピーク分子量Mp(以下、単にピーク分子量Mpとも称する)が5000以上、100000以下であることが重要である。5000以上、50000以下であることがより好ましい。
極性樹脂のピーク分子量Mpを5000以上、100000以下とすることで、トナーの耐久性(及び保存安定性)と低温定着性を両立させることができる。
極性樹脂のピーク分子量Mpが5000未満の場合、トナーの外層の強度が低下するため、耐久性や保存安定性が低下する。また、ピーク分子量Mpが100000を超えると、トナーの外層が固くなるため、低温定着性が低下し、更には画像光沢性も低下する。
本発明で用いられる極性樹脂は、極性樹脂を、低分子量成分(分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp未満である成分L)と高分子量成分(分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp以上である成分H)に分けたとき、前記成分Lの酸価と前記成分Hの酸価が近しいことが必要である。具体的には、成分Lの酸価をA(mgKOH/g)、成分Hの酸価をB(mgKOH/g)としたとき、0.80≦A/B≦1.20の関係を満足することが特徴であり、0.85≦A/B≦1.15とすることがより好ましい。
本発明のように水系媒体中でトナーを製造する場合、A/Bを上記範囲とすることで、従来のトナーよりも耐久性と低温定着性が一層良好なものとなる。水系媒体中でトナーを製造する際、酸価が高い成分の方が水との親和性が高いためトナーの表面へ偏在しやすい傾向がある。そのため、極性樹脂中のポリマー鎖の中でも酸価が高いポリマー鎖がよりトナーの表面の方へ偏在する。即ちA/Bの値が0.80未満の場合、トナーの外層は高分子量成分がリッチな状態となるため外層が硬くなり、低温定着性が低下する傾向がある。一方、A/Bの値が1.20を超えると、トナーの外層は低分子量成分がリッチな状態となるため、外層が軟らかくなり、耐久性が低下する傾向がある。
またA、Bの値はどちらも、3.0mgKOH/g以上、30.0mgKOH/g以下であることが好ましく、より好ましくは5.0mgKOH/g以上、25.0mgKOH/g以下である。A及びBが3.0mgKOH/g以上、30.0mgKOH/g以下とすることで、トナー粒子内の内層と外層との密着性が特に強固なものになる。
一般に、従来公知の溶液重合で製造されたスチレン系極性樹脂は、低分子量成分の酸価が高分子量成分の酸価よりも低くなり、A/Bが0.80未満となる。それは、以下のような理由によるものと考えている。例えば、スチレン系極性樹脂に酸価を持たせるためにメタクリル酸やアクリル酸を重合性単量体成分として共重合させた場合、スチレンよりも重合性の高いメタクリル酸やアクリル酸が重合初期に重合する傾向がある。そのため、重合工程の初期に重合がスタートし、分子量が相対的に高くなりやすい分子はメタクリル酸やアクリル酸の割合が高くなり、酸価の高い成分となる。一方、メタクリル酸やアクリル酸がある程度消費された後に重合がスタートした分子は、スチレンの割合が高く、酸価の低い成分となりやすく、又、このような分子は、重合のスタートのタイミングが遅いため、低分子量になりやすい。
スチレン系極性樹脂におけるA/Bの値を0.80〜1.20にするためには、例えば、スチレン系極性樹脂を適度な加圧下で重合温度を高めにして製造する方法が挙げられる。重合温度を高めにして製造すると、重合初期にメタクリル酸やアクリル酸の割合が高い高分子量成分が生じても解重合が起こり、最終的にメタクリル酸やアクリル酸が低分子量成分にも含有されるためであると、本発明者らは考えている。
A/Bの値を上記範囲にするためには、その他にも、(1)重合初期にスチレンを多めに滴下し、重合後半にメタクリル酸やアクリル酸を多めに滴下する、(2)酸価が同程度でありピーク分子量が異なる2種類の極性樹脂を混合する、といった方法が挙げられる。
また、本発明に用いられる極性樹脂は、酸価5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であることが必要であり、5.0mgKOH/g以上、30.0mgKOH/g以下であることがより好ましい、さらに好ましくは7.0mgKOH/g以上、30.0mgKOH/g以下である。尚、極性樹脂の酸価とは、高分子成分、低分子成分の両者を含めた全体の酸価のことである。本発明において極性樹脂の酸価が5mgKOH/g未満の場合、トナーの表面方向に極性樹脂が偏在しにくくなり、耐久性が低下する。また、極性樹脂の酸価が40.0mgKOH/gを超える場合、トナー表面の表面方向に極性樹脂が偏在しすぎるためにトナー表層が硬くなりすぎて低温定着性が低下し、更には内層と外層との密着性も低下するので耐久性が低下する。
極性樹脂の酸価を調整する方法としては前述したように、(1)カルボキシル基やスルホン酸基を有する重合性単量体を適度に用いて共重合する、(2)スチレン系樹脂に化学的にカルボキシル基やスルホン酸基を導入する、等が上げられる。
極性樹脂の含有量は、重合性単量体100.0質量部に対して、8.0質量部以上、30.0質量部以下であることが好ましく、8.0質量部以上、20.0質量部以下であることがより好ましい。極性樹脂の含有量を上記範囲とすることでトナーの外層が適度な硬さとなるため、トナーの耐久性と低温定着性が一層良好なものとなる。
また、本発明において極性樹脂のGPCクロマトグラムによって得られた分子量分布を表すチャートに関し、メインピークのピーク分子量Mpよりも低分子量の成分の領域とメインピークのピーク分子量Mp以上の高分子量の成分の領域の2つの領域に分けたとき、前記低分子量の成分の領域の面積割合Sと前記高分子量の成分の領域の面積割合Sが、1.0≦S/S≦1.8の関係を満たすことが好ましい。
/Sの値が上記範囲の場合、トナーの外層に低分子量成分と高分子量成分が最適な割合で存在させることができる。そのため、トナーの外層は適度な硬さとなり、トナーの耐久性と低温定着性を一層良好なものとすることができる。尚、面積の割合S及びSは、各成分の含有割合に相当する。
/Sの値を上記範囲とする方法としては、(1)極性樹脂の製造時において、開始剤種や量により制御する、(2)架橋剤を添加して高分子量成分を増やして制御する、(3)連鎖移動剤を添加して低分子量成分を増やして制御する、(4)低分子量成分又は/及び高分子量成分を添加して調整する、等が挙げられる。
本発明において極性樹脂のガラス転移温度Tgが、70.0℃以上、110.0℃以下であることが好ましく、80.0℃以上、100.0℃以下がより好ましい。極性樹脂のTgを上記範囲とすることで、トナーの耐久性と低温定着性が一層良好なものとなる。
極性樹脂のTgを制御する方法として、(1)本発明のTgの範囲を満足するように極性樹脂に用いる重合性単量体の種類を選択する、(2)開始剤種や量により分子量を変更して制御する、等が挙げられる。
本発明に用いられる極性樹脂は、スチレンに由来するユニットを50.00質量%以上含有するビニル系樹脂であることが好ましく、70.00質量%以上であることがより好ましい。スチレンとの共重合に用いられる単量体の具体的な例としては、α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、ο−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、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、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンの如きスチレン誘導体;アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸メチルの如き不飽和カルボン酸エステル;ビニル安息香酸及びその誘導体の如き重合性単量体;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の如き含窒素単量体;アクリロニトリルの如きニトリル系単量体;塩化ビニルの如き含ハロゲン系単量体;アクリル酸、メタクリル酸の如き不飽和カルボン酸;不飽和二塩基酸;不飽和二塩基酸無水物;ニトロ系単量体が挙げられる。これらの単量体は、予めある程度重合させマクロモノマーとした上で、スチレンと重合させても良い。
スチレンに由来するユニットの割合は、H−NMR(核磁気共鳴)測定により行う。具体的には、スチレン由来のベンゼン環のHのピーク面積から算出する。
本発明において、スチレン系極性樹脂としては、帯電性を良好なものとするために、スチレンと、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリル酸、アクリル酸エステルからなる群より選ばれる重合性単量体との共重合体が好ましい。
また分子量を調整する目的で、これらの重合性単量体に公知の多官能性重合性単量体や連鎖移動剤を添加しても良い。
本発明に好適に用いられる極性樹脂の製法に関して、重合時の重合温度について説明する。本発明に用いる極性樹脂は溶液重合で行うことが好ましく、その際の重合温度は165℃以上、200℃以下とすることが好ましい。重合温度を上記範囲とすることで、極性樹脂の重合時の解重合が適度に進行し、A/Bの値や極性樹脂のピーク分子量Mpを適切な値とすることができる。また、重合温度を高くするときに発生しがちな極性樹脂の分子内反応による極性樹脂のゲル化を未然に防ぐことができるので、トナーの画像光沢性の低下も抑制できる。
本発明の極性樹脂を製造する際の重合時の圧力は0.075MPa以上、0.500MPa以下とすることが好ましい。重合時の圧力を上記範囲とすることで、本発明に適切な重合温度を得ることができる。また、重合時の発泡も防ぐことができ、反応釜への極性樹脂の付着も防止できる。上記した圧力は、絶対圧力ではなく、大気圧を除いた加圧分の圧力である。また、極性樹脂を溶液重合する際に用いる溶剤としては、極性樹脂に用いる重合性単量体及び極性樹脂との溶解性が良好なものが好ましく、沸点が120℃以上、160℃以下であるものが好ましい。前記溶剤の沸点を上記範囲とすることで、圧力を加えて重合を行った場合でも良好な重合状態になる。具体的には、重合時の突沸よる重合の不均一化を防止でき、また、重合終了後の溶剤除去が容易である。
以下に本発明における極性樹脂の物性値の測定方法について説明する。
(1)本発明におけるGPCクロマトグラムにおけるピーク分子量Mpは以下のようにして測定した。
まず、測定試料は以下のようにして作成した。
極性樹脂とTHFとを5mg/mlの濃度で混合し、室温にて24時間静置して行った。その後、サンプル処理フィルター(マイショリディスクH−25−2 東ソー社製、エキクロディスク25CR ゲルマン サイエンスジャパン社製)を通過させたものをGPCの試料として調製した。
次に、GPC測定装置(HLC−8120 GPC 東ソー社製)を用い、前記装置の操作マニュアルに従い、下記の測定条件で測定した。
(測定条件)
装置:高速GPC「HLC−8120 GPC」(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:THF
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
また、試料の分子量の算出にあたっては、検量線は、標準ポリスチレン樹脂(東ソー社製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)により作成した分子量較正曲線を使用して、ピーク分子量Mpを算出した。
(2)極性樹脂の低分子量成分の面積割合S及び高分子量成分の面積割合Sは、ピーク分子量Mpを算出後、GPCクロマトグラムの測定チャートにおいてMpよりも分子量が高い部分と低い部分に分けてそれぞれ面積を算出した。
(3)極性樹脂の低分子量成分Lと高分子量成分Hの分取は以下のようにして実施した。
〈各成分の分取〉
[装置構成]
LC−908(日本分析工業株式会社製)
JRS−86(同社;リピートインジェクタ)
JAR−2(同社;オートサンプラー)
FC−201(ギルソン社;フラクッションコレクタ)
[カラム構成]
JAIGEL−1H〜5H(直径20mm×長さ600mm:分取カラム)
[測定条件]
温度:40℃
溶媒:THF
流量:5ml/min.
検出器:RI
極性樹脂のピーク分子量Mpとなる溶出時間を予め測定しておき、ピーク分子量Mpとなる溶出時間より前に溶出する成分を高分子量成分、ピーク分子量Mpとなる溶出時間より後に溶出する成分を低分子量成分として分取する。分取したサンプルから溶剤を除去し、低分子量成分L及び高分子量成分Hを得る。
(4)極性樹脂の酸価、低分子量成分Lの酸価A及び高分子量成分Hの酸価Bは以下の方法で測定する。
酸価はJIS K 0070−1966に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(i)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mlに溶かし、イオン交換水を加えて100mlとし、「フェノールフタレイン溶液」を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mlの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、「水酸化カリウム溶液」を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。標定はJIS K 0070−1996に準じて行う。
(ii)操作
(A)本試験
試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(2:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(iii)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(B−C)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)である。
(5)極性樹脂のガラス転移温度Tgは、以下のように温度を操作して測定し、昇温1回目のDSC曲線から求める。
(測定条件)
1)20℃で5分間平衡を保つ。
2)1.0℃/minのモジュレーションをかけ、140℃まで1℃/minで昇温する。
3)140℃で5分間平衡を保つ。
4)20℃まで降温する。
示差走査熱量計(DSC測定装置)は、DSC−7(パーキンエルマー社製)、DSC2920(TAインスツルメンツジャパン社製)等を用い、ASTM D3418−82に準じて以下のように測定する。測定サンプルは2〜5mg、好ましくは3mgを精密に秤量する。それをアルミニウム製のパン中に入れ、対照用に空のアルミパンを用い、測定範囲20〜140℃の間で、上記の条件にて測定を行う。尚、本発明におけるガラス転移温度は、中点法で求めた値である。
本発明のトナーを懸濁重合方法で製造する際に用いられる重合性単量体としては、前述した極性樹脂と相溶性が高く、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体が用いられる。前記ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することができる。単官能性重合性単量体としては、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、ο−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、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、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンのようなスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルのようなビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンのようなビニルケトンが挙げられる。
多官能性重合性単量体としては、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラ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、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル等が挙げられる。
本発明においては、前記した単官能性重合性単量体を単独で或いは2種以上組み合わせて、又は前記した単官能性重合性単量体と多官能性重合性単量体を組み合わせて使用する。多官能性重合性単量体は架橋剤として使用することも可能である。
また、本発明においては、重合性単量体の重合度を制御する為に、公知の連鎖移動剤、重合禁止剤等を更に添加し用いることも可能である。
また本発明のトナーを好ましい分子量分布にするために、低分子量重合体を重合性単量体組成物に含有させても良い。前記低分子量重合体としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)が2,000以上、5,000以下であり、且つ、Mw/Mnが4.5未満のものが好ましい。より好ましくはMw/Mnが3.0未満であるもの。
低分子量重合体の例としては、低分子量ポリスチレン、低分子量スチレン−アクリル酸エステル共重合体、低分子量スチレン−アクリル共重合体が挙げられる。
また、本発明においては、トナー粒子中にワックスを含有させても良い。ワックスとしては、以下のものが挙げられる。パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム如きの石油系ワックス及びその誘導体;モンタンワックス及びその誘導体;フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体;ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスの如きポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスの如き天然ワックス及びその誘導体。誘導体としては酸化物や、ビニル系単量体とのブロック共重合物、グラフト変性物が挙げられる。さらには、以下のものが挙げられる。高級脂肪族アルコール;ステアリン酸、パルミチン酸の如き脂肪酸;酸アミドワックス;エステルワックス;硬化ヒマシ油及びその誘導体;植物系ワックス;動物性ワックス。この中で特に、離型性に優れるという観点からエステルワックス及び炭化水素ワックスが好ましい。更に好ましくは、トータルの炭素数が同一の化合物が50乃至95質量%含有されているワックスが、現像性の観点で、本発明の効果を発現し易い。
前記ワックスは、結着樹脂100.0質量部に対し1.0乃至40.0質量部を含有させることが好ましい。より好ましくは、3.0乃至25.0質量部である。
本発明に用いられる黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い各色に調色されたものが利用される。特に染料やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。
本発明に用いられるイエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、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挙げられる。具体的には、以下の、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、128、129、138、147、150、151、154、155、168、180、185、214等が例示できる。
本発明に用いられるマゼンタ着色剤としては、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、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、以下の、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19を例示できる。
本発明に用いられるシアン着色剤としては、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挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。前記着色剤の添加量は、重合性単量体100.0質量部に対し1.0乃至20.0質量部が好適である。
さらに本発明のトナーは、着色剤として磁性体を用いて、磁性トナーとすることも可能である。この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。磁性体としては、以下の、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト如きの酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き金属或いはこれらの金属のアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの如き金属の合金及びその混合物等が例示できる。
前記磁性体としては、シランカップリング剤やチタンカップリング剤等の表面処理剤で、疎水化処理したものを用いることが好ましい。
これらの磁性体は個数平均粒径が2μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1乃至0.5μmである。トナー粒子中に含有させる量としては、重合性単量体100.0質量部に対して、20.0乃至200.0質量部であることが好ましく、より好ましくは40.0乃至150.0質量部である。
また、帯電制御や水系媒体中の造粒安定化を目的として、スルホン酸系官能基(スルホン酸基、スルホン酸塩、スルホン酸エステル)を有する高分子を、単量体組成物中に含有させることが好ましい。
前記重合体を製造するためのスルホン酸基を有する単量体として、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタクリルスルホン酸が例示できる。
本発明に用いられるスルホン酸系官能基を含有する重合体は、前記単量体の単重合体であっても構わないが、前記単量体と他の単量体との共重合体であっても構わない。前記単量体と共重合体をなすビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することができる。これらの単量体としては、結着樹脂を得るために用いることができる重合性単量体として例示したものが同様に用いられる。
そして前記スルホン酸系官能基を有する重合体は、重合性単量体100.0質量部に対し0.01乃至5.0質量部を含有することが好ましい。より好ましくは、0.1乃至3.0質量部である。
本発明のトナーには、帯電特性を安定化するために前記スルホン酸系官能基を有する高分子の他に、帯電制御剤を配合しても良い。帯電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる帯電制御剤が好ましい。さらに、トナーを直接重合法に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を実質的に含有しない帯電制御剤が特に好ましい。
上記荷電制御剤として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、有機金属化合物、キレート化合物が挙げられる。モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物が挙げられる。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類が挙げられる。さらに、尿素誘導体、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、樹脂系帯電制御剤が挙げられる。
一方、荷電制御剤として、トナーを正荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。ニグロシン及び脂肪酸金属塩によるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
これら荷電制御剤の中でも金属を含むサリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウムもしくはジルコニウムが好ましい。最も好ましい荷電制御剤としては、3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物である。
荷電制御剤の好ましい配合量は、結着樹脂或いは重合性単量体100.0質量部に対して、0.01質量部以上、20.0質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上、10.0質量部以下である。しかしながら、本発明のトナーには、荷電制御剤の添加は必須ではなく、トナーの層厚規制部材やトナー担持体との摩擦帯電を積極的に利用することでトナー中に必ずしも荷電制御剤を含ませる必要はない。
本発明のトナーは、流動性の向上、摩擦帯電の均一化を目的として、無機微粉体を外添してもよい。
また、トナー粒子に外添する無機微粉体は、少なくともシリカ微粉体を含むことが好ましい。前記シリカ微粉体の一次粒子の個数平均粒径は、4nm以上、80nm以下であることが好ましい。本発明において一次粒子の個数平均粒径が上記範囲にあることで、トナーの流動性が向上すると共に、トナーの保存安定性も良好になる。
上記無機微粉体の一次粒子の個数平均粒径は、次のようにして測定される。
一次粒子の個数平均粒径は、走査型電子顕微鏡で観察し、視野中の100個の無機微粉体の粒径を測定して平均粒径を求める。
また無機微粉体として、シリカ微粉体と酸化チタン、アルミナまたはそれらの複酸化物の微粉体を併用することができる。併用される無機微粉体としては、酸化チタンが好ましい。
上記シリカ微粉体としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカの両者の微粉体が含まれる。前記シリカとしては、表面及びシリカの内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−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、塩化チタンの如き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る。シリカはそれらも包含する。
無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの摩擦帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上等の機能を付与することができるので、疎水化処理された無機微粉体を用いることが好ましい。トナー粒子に外添された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての摩擦帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、以下のものが挙げられる。
未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、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、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物。これらの処理剤は単独で用いても或いは併用しても良い。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時、或いはカップリング剤で疎水化処理した後に、シリコーンオイルにより処理した疎水化処理無機微粉体が高湿環境下でもトナー粒子の摩擦帯電量を高く維持し、選択現像を抑制できるという点で好ましい。
以下、本発明に用いられるトナー粒子を得る上で好適な懸濁重合法を例示して、前記トナー粒子の製造方法を説明する。トナー粒子は、上記結着樹脂の製造に用いられる重合性単量体、着色剤、極性樹脂及び必要に応じた他の添加物を、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機の如き分散機に依って均一に溶解または分散させる。これに重合開始剤を溶解し、重合性単量体組成物を調製する。次に、前記重合性単量体組成物を分散剤を含有する水系媒体中に懸濁して重合を行うことによってトナー粒子を製造する。上記重合開始剤は、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時に同時に加えても良いし、重合性単量体組成物を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あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
上記分散剤としては、公知の無機系及び有機系の分散剤を用いることができる。具体的には、無機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、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、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナが挙げられる。一方、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、分散剤として、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。この様な界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、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、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム。
上記分散剤としては、無機系の難水溶性の分散剤が好ましく、しかも酸に可溶性である難水溶性無機分散剤を用いることが好ましい。
また、本発明においては、難水溶性無機分散剤を用い、水系分散媒体を調製する場合に、これらの分散剤の使用量は、重合性単量体100質量部に対して、0.2質量部以上、2.0質量部以下であることが好ましい。また、本発明においては、重合性単量体組成物100質量部に対して300質量部以上、3,000質量部以下の水を用いて水系分散媒体を調製することが好ましい。
重合開始剤としては、油溶性開始剤及び/又は水溶性開始剤が用いられる。好ましくは、重合反応時の重合温度における半減期が0.5乃至30時間のものである。また重合性単量体100質量部に対し0.5乃至20質量部の添加量で重合反応を行うと、通常、分子量1万乃至10万の間に極大を有する重合体が得られ、適当な強度と溶融特性を有するトナーを得ることができる。
前記重合性単量体を重合するのに必要な重合開始剤としては、以下の、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如きのアゾ系またはジアゾ系重合開始剤;ベンゾ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、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、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如きの過酸化物系重合開始剤等が例示できる。
次に、本発明のトナーを用いることのできる画像形成方法について図1及び図2を用いて説明する。
図2に示された画像形成装置は、電子写真プロセスを用いたタンデム型のレーザビームプリンタである。
図2において、101(101a〜101d)は図示矢印方向(反時計方向)に所定のプロセススピードで回転する潜像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと称する)である。感光ドラム101a、101b、101c、101dは順にカラー画像のイエロー(Y)成分、マゼンタ(M)成分、シアン(C)成分、ブラック(Bk)成分のそれぞれを分担するものである。
以下Y、M、C、Bkの各画像形成装置をそれぞれユニットa、ユニットb、ユニットc、ユニットdと呼ぶ。これらの感光ドラム101a〜101dは、不図示のドラムモータ(直流サーボモータ)によって回転駆動されるが、各感光ドラム101a〜101dにそれぞれ独立した駆動源を設けても良い。尚、ドラムモータの回転駆動は不図示のDSP(デジタルシグナルプロセッサ)によって制御され、その他の制御は不図示のCPUによって行われる。
また、静電吸着搬送ベルト109aは、駆動ローラ109bと固定ローラ109c、109e及びテンションローラ109dに張架されており、駆動ローラ109bによって図示矢印方向に回転駆動され、記録媒体Sを吸着して搬送する。
以下、4色のうち、ユニットa(イエロー)を例として説明する。
感光ドラム101aはその回転過程で1次帯電手段102aにより所定の極性及び電位に一様に1次帯電処理される。そして、感光ドラム101aに対してレーザービーム露光手段(以下、スキャナーと称する)103aにより光像露光がなされ、前記感光ドラム101a上に静電潜像が形成される。
次に、現像部104aによってトナー像が感光ドラム101a上に形成され、静電潜像が可視化される。同様な工程が他の3色(マゼンタ(B)、シアン(C)及びブラック(Bk))についてもそれぞれ実施される。
而して、4色のトナー像は、所定のタイミングで給紙ローラ108bにより搬送されてきた記録媒体Sを停止、再搬送するレジストローラ108cにより同期され、感光ドラム101a〜101dと静電吸着搬送ベルト109aとのニップ部において記録媒体Sにトナー像が順次転写される。また、これと同時に記録媒体Sへのトナー像転写後の感光ドラム101a〜101dはクリーニング手段106a〜106dによって転写残トナー等の残存付着物が除去され、繰り返し作像に供される。
4つの感光ドラム101a〜101dからトナー像が転写された記録媒体Sは、駆動ローラ109b部において静電吸着搬送ベルト109a面から分離されて定着器110に送り込まれ、定着器110においてトナー像が定着された後、排出ローラ110cによって排出トレー113に排出される。
なお、102b〜dは1次帯電手段、103b〜dはスキャナー、104b〜dは現像部、110dは排出両面ガイド、111は通風ダクト、111aはガイドリブ、111cは排気口、112は操作パネル、112aはガイドリブ、114〜116は両面ローラ、117はUターンガイドである。
次に、現像部の拡大図(図1)を用いて、非磁性一成分接触現像方式での画像形成方法の具体例を説明する。図1において、現像ユニット13は、一成分現像剤としての非磁性トナー17を収容した現像剤容器23と、現像剤容器23内の長手方向に延在する開口部に位置し、潜像担持体(感光ドラム)10と対向設置されたトナー担持体14とを備え、潜像担持体10上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。潜像担持体接触帯電部材11は潜像担持体10に当接している。潜像担持体接触帯電部材11のバイアスは電源12により印加されている。
トナー担持体14は、上記開口部にて図に示す右略半周面を現像剤容器23内に突入し、左略半周面を現像剤容器23外に露出して横設されている。この現像剤容器23外へ露出した面は、図1のように現像ユニット13の図中左方に位置する潜像担持体10に当接している。
トナー担持体14は矢印B方向に回転駆動され、潜像担持体10の周速は50〜170mm/s、トナー担持体14の周速は潜像担持体10の周速に対して1〜2倍の周速で回転させている。
トナー担持体14の上方位置には、規制部材16が、規制部材支持板金24に支持され、自由端側の先端近傍をトナー担持体14の外周面に面接触にて当接するように設けられており、その当接方向としては、当接部に対して先端側がトナー担持体14の回転方向上流側に位置するいわゆるカウンター方向になっている。規制部材16は、例えば、SUS等の金属板や、ウレタン、シリコーン等のゴム材料、バネ弾性を有するSUS又はリン青銅の金属薄板を基体とし、トナー担持体14への当接面側にウレタンゴムといったゴム材料を接着したものである。トナー担持体14に対する規制部材16の当接圧(線圧)は、好ましくは、20〜300N/mである。なお、当接圧の測定は、摩擦係数が既知の金属薄板を3枚当接部に挿入し、中央の1枚をばねばかりで引き抜いた値から換算する。なお、規制部材16は当接面側にゴム材料などを接着したものが、長期使用において規制部材へのトナーの融着、固着を抑制できるため好ましい。また規制部材16は、トナー担持体14に対して先端が当接するエッジ当接とすることも可能である。なお、エッジ当接とする場合は、トナー担持体との接点におけるトナー担持体の接線に対する規制部材の当接角を40度以下になるよう設定するとトナーの層規制の点で更に好ましい。
トナー供給ローラ15は、規制部材16のトナー担持体14表面との当接部に対しトナー担持体14の回転方向上流側に当接され、かつ回転可能に支持されている。このトナー供給ローラ15のトナー担持体14に対する当接幅としては、1〜8mmが有効で、またトナー担持体14に対してその当接部において相対速度を持たせることが好ましい。
帯電ローラ29は本発明の画像形成方法に必須のものではないが、設置されているとより好ましい。帯電ローラ29はNBR、シリコーンゴム等の弾性体であり、抑圧部材30に取り付けられている。そしてこの抑圧部材30による帯電ローラ29のトナー担持体14への当接荷重は0.49〜4.9Nに設定する。帯電ローラ29の当接により、トナー担持体14上のトナー層は細密充填され均一コートされる。規制部材16と帯電ローラ29の長手位置関係は、帯電ローラ29がトナー担持体14上の規制部材16当接全域を確実に覆うことができるように配置されるのが好ましい。
また、帯電ローラ29の駆動については、トナー担持体14との間は従動又は同周速が必須であり、帯電ローラ29とトナー担持体14間に周速差が生じるとトナーコートが不均一になり、画像上にムラが発生するため好ましくない。
帯電ローラ29のバイアスは、電源27によってトナー担持体14と潜像担持体10の両者間に直流で(図1の27)印加されており、トナー担持体14上の非磁性トナー17は帯電ローラ29より、放電によって電荷付与を受ける。
帯電ローラ29のバイアスは、非磁性トナーと同極性の放電開始電圧以上のバイアスであり、トナー担持体14に対して1000〜2000Vの電位差が生じるように設定される。
帯電ローラ29による帯電付与を受けた後、トナー担持体14上に薄層形成されたトナー層は、一様に潜像担持体10との対向部である現像部へ搬送される。
この現像部において、トナー担持体14上に薄層形成されたトナー層は、図1に示す電源27によってトナー担持体14と潜像担持体10の両者間に印加された直流バイアスによって、潜像担持体10上の静電潜像にトナー像として現像される。
なお、15aは芯金、25はトナー攪拌部材、26はトナー漏れ防止部材である。
本発明を以下に示す実施例により具体的に説明する。以下に、極性樹脂及びトナーの製造方法について記載する。実施例中及び比較例中の部および%は特に断りがない場合、全て質量基準である。
(極性樹脂の製造例1)
加圧及び減圧可能なフラスコ内にキシレン(沸点144℃)300質量部を投入し、撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換した後、昇温して還流させる。
この還流下で、
・スチレン 95.85質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.65質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
の混合液を添加したのち後、重合温度を175℃、反応時の圧力を0.100MPaにて重合を5時間行った。その後、減圧下にて脱溶剤工程を3時間行い、キシレンを除去して、粉砕することで極性樹脂Aを得た。
(極性樹脂の製造例2)
極性樹脂の製造例1において、ジ−tert−ブチルパーオキサイドの添加量を5質量部に変更することを除いて、同様にして製造し、極性樹脂Bを得た。
(極性樹脂の製造例3)
極性樹脂の製造例1において、ジ−tert−ブチルパーオキサイドの添加量を0.1質量部に変更することを除いて、同様にして製造し、極性樹脂Cを得た。
(極性樹脂の製造例4)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を168℃に変更することを除いて、同様にして製造し、極性樹脂Dを得た。
(極性樹脂の製造例5)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を195℃、反応時の圧力を0.240MPaに変更することを除いて、同様にして製造し、極性樹脂Eを得た。
(極性樹脂の製造例6)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Fを得た。
・スチレン 96.50質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.00質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例7)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Gを得た。
・スチレン 91.16質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 6.34質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例8)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Hを得た。
・スチレン 83.85質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.65質量部
・アクリル酸n−ブチル 12.00質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例9)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Iを得た。
・スチレン 65.85質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.65質量部
・アクリロイルモルホリン 30.00質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例10)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Jを得た。
・スチレン 95.55質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.65質量部
・ジビニルベンゼン 0.30質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例11)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Kを得た。
・スチレン 95.55質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 1.65質量部
・チオグリコール酸トリメチロールエタンエステル(連鎖移動剤)0.50質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例12)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Lを得た。
・スチレン 94.66質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・4−ビニル安息香酸 2.84質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例13)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を165℃、重合時の圧力を0.073MPaに変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Mを得た。
(極性樹脂の製造例14)
極性樹脂の製造例1において、重合時の圧力を0.520MPaに変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Nを得た。
(極性樹脂の製造例15)
極性樹脂の製造例1において、溶剤をキシレンからトルエン(沸点111℃)に変更し、重合温度を170℃、重合時の圧力を0.330Mpaにすることを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Oを得た。
(極性樹脂の製造例16)
極性樹脂の製造例1において、溶剤をキシレンからm−ジクロロベンゼン(沸点173℃)に変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Pを得た。
(極性樹脂の製造例17)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を160℃に変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Qを得た。
(極性樹脂の製造例18)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を210℃、重合時の圧力を0.330MPaに変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂Rを得た。
(極性樹脂の製造例19)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を140℃に変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂aを得た。
(極性樹脂の製造例20)
極性樹脂の製造例1において、重合温度を220℃、重合時の圧力を0.440MPaに変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂bを得た。
(極性樹脂の製造例21)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂cを得た。
・スチレン 90.65質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 6.85質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例22)
極性樹脂の製造例1において、処方内容を以下のように変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂dを得た。
・スチレン 96.74質量部
・メタクリル酸メチル 2.50質量部
・メタクリル酸 0.76質量部
・ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.00質量部
(極性樹脂の製造例23)
極性樹脂の製造例1において、ジ−tert−ブチルパーオキサイドの添加量を8.00質量部に変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂eを得た。
(極性樹脂の製造例24)
極性樹脂の製造例1において、ジ−tert−ブチルパーオキサイドの添加量を0.05質量部に変更することを除いて、同様にして製造して、極性樹脂fを得た。
(極性樹脂の製造例25)
i)芳香族カルボン酸チタン化合物の製造
温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においたガラス製4リットルの4つ口フラスコに、イソフタル酸65.3質量部、エチレングリコール18質量部を混合し、温度100℃で溶解し、減圧、脱水を行った。その後50℃に冷却後、窒素雰囲気下で、チタンテトラメトキサイド18.9質量部を加えた。その後、フラスコ内を減圧して反応生成物であるメタノールを留出させ、芳香族カルボン酸チタン化合物を得た。
ii)極性樹脂の製造
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン3.65mol、イソフタル酸6.21mol、無水トリメット酸0.14molを量りとった。これら酸、アルコールの混合物100部と、上記芳香族カルボン酸チタン化合物を0.3部とを、ガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においた。窒素雰囲気下で、230℃で反応させ、極性樹脂gを得た。
極性樹脂A〜R及びa〜gの物性を表1に示す。
Figure 0006021476
(実施例1)
下記の手順によってトナー(A)を製造した。
温度60℃に加温したイオン交換水1300質量部に、リン酸三カルシウム9質量部、10%塩酸11質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、10,000r/minにて撹拌して水系媒体を調製した。
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて100r/minで溶解して溶解液を調製した。
・スチレン 69.0質量部
・アクリル酸n−ブチル 31.0質量部
・スルホン酸基含有樹脂(アクリルベースFCA−1001−NS、藤倉化成製)
2.0質量部
・極性樹脂A 20.0質量部
次に上記溶解液に下記の材料を添加した。
・C.I.ピグメントブルー15:3 7.0質量部
・負荷電制御剤(ボントロンE−88,オリエント化学工業社製) 0.7質量部
・炭化水素ワックス(吸熱ピーク温度:77℃)(HNP−51,日本精蝋社製)
8.0質量部
その後、混合液を温度60℃に加温した後にTK式ホモミキサー(特殊機化工業製)にて、9,000r/minにて攪拌し、溶解、分散した。
これに重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8.0質量部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。上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℃にてTK式ホモミキサーを用いて15,000r/minで10分間攪拌し、造粒した。
その後、プロペラ式攪拌装置に移して100r/minで攪拌しつつ、温度70℃で5時間反応させた後、温度80℃まで昇温し、更に5時間反応を行い、トナー粒子を製造した。重合反応終了後、前記粒子を含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒度分布を調整してトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100質量部に対して、流動性向上剤として、疎水性シリカ微粉体(一次粒子の個数平均粒径:10nm、BET比表面積:170m/g;シリカ母体に対して20質量%のジメチルシリコーンオイルで処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に摩擦帯電する)2.0質量部を、ヘンシェルミキサー(三井三池製)で3,000r/minで15分間混合して、トナー(A)を得た。また、得られたトナー(A)を用いて、後述の評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。
(実施例2〜23及び比較例1〜7)
表2に示すように極性樹脂の種類と添加量を変更する以外は、実施例1と同様にして製造し、トナー(B)〜(W)及びトナー(a)〜(g)を得た。
なお、実施例23のトナー(W)については、2種類の極性樹脂を併用して添加した。
得られたトナーを用いて、実施例1と同様に、後述の評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。
Figure 0006021476
以下に本実施例における評価方法および評価基準について説明する。
[定着性に関する評価]
図1に示す一成分接触現像システムの現像装置の現像剤容器に評価用トナーを85g充填し、常温常湿(温度23.5℃,湿度60%RH)環境下にて24時間放置する。この際、転写紙も同様に放置する。その後、常温常湿(温度23.5℃,湿度60%RH)環境下にて、図1に示す現像装置を図2のユニットc部に装着し、シアン単色モードにてプロセススピードを250mm/sとして未定着画像を出力した。
<低温定着性>
転写材として、複写機用普通紙(64g/m紙)を用い、トナーのり量が0.7mg/cmの未定着のベタ画像を得た。これを、IRC3200(キヤノン社製)の定着機を用いてプロセススピードを250mm/sにて定着させた。定着温度は200℃から130℃まで5℃ずつ低下させた。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20%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145℃未満。
B:定着下限温度が145℃以上、155℃未満。
C:定着下限温度が155℃以上、165℃未満。
D:定着下限温度が165℃以上。
<耐高温オフセット性>
転写材として、Xerox4200(ゼロックス社製)(75g/m紙)を用い、未定着画像のベタ画像部のトナーのり量が0.45mg/cmであり、A4横置きで先端から5cmまでの全域がベタ画像部であり、それ以外がベタ白という未定着画像を得た。これを、IRC3200の定着機を用いて温度170乃至200℃の範囲を5℃間隔で設定した定着温度で定着させた。プロセススピードを40mm/sにて定着させた。白地部分に現れるオフセットのレベルを目視確認した。A,BおよびCは使用上問題とならないレベルである。
A:オフセットが全く発生しない。
B:定着温度200℃で、白地部分の端部にうっすらとオフセットが発生した。
C:定着温度200℃で、転写材全域にオフセットが発生した。
D:定着温度190℃で、転写材全域にオフセットが発生した。
<画像光沢度>
転写材として、Xerox4200(75g/m紙)を用い、トナーのり量が0.5mg/cmの未定着のベタ画像を得た。これを、IRC3200の定着機を用いて、プロセススピード150mm/s、定着温度180℃にて定着させた。「PG−3D」(日本電色工業株式会製)を用いて、測定光学部角度75°における画像光沢度を測定した。
A:25以上
B:20以上、25未満
C:18以上、20未満
D:18未満
<定着ローラへの耐巻きつき性>
転写材として複写機用普通紙(64g/m紙)を用いて評価を行った。転写紙先端から1mmの位置から、トナーのり量1.1mg/cmの未定着ベタ画像を形成した。これを、IRC3200の定着機を用いて、プロセススピードを250mm/sとし、定着温度を温度175℃から5℃ずつ低下させて定着させた。定着ローラへの転写紙の巻きつきが発生した温度に基づき評価した。
A:155℃以下
B:155℃超、160℃以下
C:160℃超、165℃以下
D:165℃超
<火脹れ試験>
転写材として、複写機用普通紙(105g/m紙)を用い、トナーのり量が0.7mg/cmの未定着ベタ画像を得た。これを、IRC3200(キヤノン社製)の定着機を用いてプロセススピードを250mm/s、定着温度を190℃として定着させた。火脹れとは、トナー粒子に十分な熱量が加わらないため、定着工程時に画像の一部が定着ローラによって剥離する現象である。この火脹れレベルを目視にて評価した。
A:未発生。
B:わずかに発生している。
C:発生している。
D:著しく発生している。
<折り曲げ試験>
転写材として、複写機用普通紙(64g/m紙)を用い、トナーのり量が0.7mg/cmの未定着ベタ画像を得た。これを、IRC3200(キヤノン社製)の定着機を用いてプロセススピードを250mm/s、定着温度を190℃として定着させた。その後、画像部を折り曲げる。折り曲げる条件は、折り曲げ部を平らな重りで4.9kPaの荷重をかけつつ、5往復移動させることとした。その後、折り曲げた画像部を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率を測定した。
A:濃度低下率が5%未満
B:濃度低下率が5%以上、10%未満
C:濃度低下率が10%以上、15%未満
D:濃度低下率が15%以上
[保存安定性に関する評価]
<ブロッキング試験>
50mlのポリカップにトナーを10g入れた。これを温度55℃の恒温槽に72時間放置した時のトナーの状態を下記のごとく目視判断した。
A:まったくブロッキングしておらず、初期とほぼ同様の状態。
B:若干、凝集気味であるが、ポリカップの回転で崩れる状態。
C:凝集気味であるが、手で崩してほぐれる状態。
D:凝集が激しい(固形化)。
[現像性に関する評価]
図1に示す一成分接触現像システムの現像装置において、現像剤容器に実施例及び比較例のトナーを70g充填し、常温常湿(温度23.5℃,湿度60%RH)環境下にて24時間放置する。この際、転写紙も同様に放置する。なお、現像性に関する評価では転写紙としてはXerox4200(ゼロックス社製)(75g/m紙)を用いた。その後、常温常湿(温度23.5℃,湿度60%RH)環境下にて図1に示す現像装置を図2のユニットc部に装着した。シアン単色モードにてプロセススピードを250mm/sとして、印字比率2%のチャートにて連続出力を行った。現像性に関する評価は初期(1枚目)/5,000枚/10,000枚の時点で実施し、以下の方法で画像濃度/カブリの確認をした。
<画像濃度>
画像濃度は「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定した。
A:1.40以上
B:1.30以上、1.40未満
C:1.20以上、1.30未満
D:1.10以上、1.20未満
<カブリ>
カブリの評価方法は白地部分を有する画像を出力し、「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色製)により測定したプリントアウト画像の白地部分の白色度(反射率Ds(%))と転写紙の白色度(平均反射率Dr(%))の差から、カブリ濃度(%)(=Dr(%)−Ds(%))を算出し、耐久評価終了時の画像カブリを評価した。フィルターは、アンバーライトフィルターを用いた。
A:0.5%未満
B:0.5%以上、1.0%未満
C:1.0%以上、1.5%未満
D:1.5%以上
[転写性に関する評価]
現像性に関する評価と同様に、図1に示す一成分接触現像システムの現像装置の現像剤容器において、実施例及び比較例のトナーを70g充填し、高温高湿(温度30℃/湿度85%RH)環境下に24時間放置する。この際、転写紙も同様に放置する。その後、図1に示す現像装置を図2のユニットc部に装着した。高温高湿(温度30℃/湿度85%RH)環境下、シアン単色モードにて、プロセススピードを250mm/sとして、印字比率2%のチャートを連続出力した。転写効率/転写均一性の評価は初期(1枚目)/5,000枚/10,000枚の時点で実施した。
<転写効率>
転写紙としてXerox4200(75g/m紙)を用い、ベタ全域画像(トナーのり量0.60mg/cm)を1枚出力中(転写工程中)に強制的に本体電源を切り、感光ドラム上の転写前トナーと、転写材に転写されたトナーの単位面積当たりの質量を測定し、下記式にて転写効率を測定する。
転写効率=100×(転写材に転写されたトナー/感光ドラム上の転写前トナー)
A:90%以上
B:82%以上、90%未満
C:75%以上、82%未満
D:75%未満
<転写均一性>
転写紙としてFox River Bond (Fox River Paper社)(90g/m紙)を用い、トナーのり量0.20mg/cmのハーフトーン全域画像について、転写均一性を目視で評価した。
A:良好な転写均一性を示している。
B:転写均一性の若干劣るものが認められる。
C:転写均一性の劣るものが認められる。
D:転写均一性が顕著に劣る。
Figure 0006021476
Figure 0006021476
10 潜像担持体(感光ドラム)
11 潜像担持体接触帯電部材
12 電源
13 現像ユニット
14 トナー担持体
15 トナー供給ローラ
16 規制部材
17 トナー
23 現像剤容器
24 規制部材支持板金
27 電源
29 帯電ローラ
30 抑圧部材
101a〜d 感光ドラム
102a〜d 一次帯電手段
103a〜d スキャナー
104a〜d 現像部
106a〜d クリーニング手段
108b 給紙ローラ
108c レジストローラ
109a 静電吸着搬送ベルト
109b 駆動ローラ
109c 固定ローラ
109d テンションローラ
110 定着器
110c 排出ローラ
113 排出トレー
S 記録媒体

Claims (7)

  1. (I)溶液重合法によって極性樹脂を製造する工程と、
    (II)重合性単量体、前記極性樹脂及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加える添加工程と、
    (III)前記水系媒体中で前記重合性単量体組成物を造粒する造粒工程と、
    (IV)前記重合性単量体組成物中の前記重合性単量体を重合してトナー粒子を得る重合工程と
    を有するトナーの製造方法であって、
    前記工程(I)は、大気圧の除いた加圧分の圧力が0.075MPa以上、0.500MPa以下の加圧下で重合する工程を含み、
    前記極性樹脂は、
    i)スチレン系重合体であり、
    ii)GPCクロマトグラムにおけるメインピークのピーク分子量Mpが5000以上、100000以下であり、
    iii)酸価が5.0mgKOH/g以上、40.0mgKOH/g以下であり、
    iv)極性樹脂を、分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp未満である成分Lと分子量が極性樹脂のメインピークのピーク分子量Mp以上である成分Hに分けたとき、前記成分Lの酸価A(mgKOH/g)と前記成分Hの酸価B(mgKOH/g)とが、0.80≦A/B≦1.20の関係を満足する、
    ことを特徴とするトナーの製造方法。
  2. 前記極性樹脂の含有量が、前記重合性単量体100.0質量部に対して、8.0質量部以上、30.0質量部以下である請求項1に記載のトナーの製造方法
  3. 前記極性樹脂のGPCクロマトグラムによって得られた分子量分布を表すチャートに関し、メインピークのピーク分子量Mpよりも低分子量の成分の領域とメインピークのピーク分子量Mp以上である高分子量の成分の領域との2つの領域に分けたとき、前記低分子量の成分の領域の面積割合Sと前記高分子量の成分の領域の面積割合Sとが、
    1.0≦S/S≦1.8
    の関係を満たす請求項1又は2に記載のトナーの製造方法
  4. 前記極性樹脂のガラス転移温度Tgが、70℃以上、110℃以下である請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法
  5. 前記極性樹脂は、溶液重合により製造された樹脂であり、重合温度が165℃以上、200℃以下である請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナーの製造方法
  6. 前記溶液重合に用いる溶剤の沸点が120℃以上、160℃以下である請求項5に記載のトナーの製造方法
  7. 前記極性樹脂は、スチレンと、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリル酸、及びアクリル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の重合性単量体とを用いて重合した重合体である請求項1乃至6のいずれか一項に記載のトナーの製造方法
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