JP6608258B2 - トナー粒子の製造方法 - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
その中でも現像工程は高画質化するために重要な工程であり、高速化や環境安定性を達成するシステムや材料の開発が技術課題となっている。材料面からのアプローチとして、例えば特許文献1には短い時間で充分な帯電量まで立ち上がり良好な帯電特性を有するトナーを得るため、特定の構造と特定の分子量を有するサリチル酸系樹脂を含有させる技術が開示されている。
消泡の技術についてはシリコーン系を始めとする消泡剤や機械的手段により破泡する装置などが市販されている。
特許文献2には反応溶媒に用いるアルコールの比率を上げて水の比率を下げる技術、特許文献3には特定の撹拌動力で重合反応を行うことにより発泡を抑制する技術が開示されている。
以上のように、従来の技術ではトナー性能への悪影響を抑えつつ、抑泡することは困難であり、特に泡立ちが激しくなる要因が加わっても泡が堆積することを抑制することは困難であった。
重合性単量体、着色剤およびサリチル酸系樹脂を含有する重合性単量体組成物の粒子を水系媒体の中で形成する造粒工程、該重合性単量体組成物の該粒子に含まれる該重合性単量体を重合させることによりトナー粒子を得る重合工程、とを有するトナー粒子の製造方法において、
該造粒工程および/または該重合工程は、
該水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程、および
該水溶性の多価金属化合物を混合した水系媒体のpHを3.0以上、かつ、該多価金属化合物を構成する金属の水和イオンの酸解離定数pKa以下に調整する工程
を含むことを特徴とするトナー粒子の製造方法である。
疎水性部位の親水性を向上させるための手段としては、強い酸化剤を用いて炭素鎖を酸化させることが考えられる。しかし、元の構造に戻すことは困難であり、構造を戻さなくては得られるトナー粒子の高温高湿環境下での吸着水分が課題になることが懸念される。
該水溶性の多価金属化合物は、造粒工程における水系媒体および/または重合工程における水系媒体、と混合することができるが、泡の堆積が進んで液面の流動状態に悪影響が発生するより前に混合することが好ましい。
本発明に用いることができるサリチル酸系樹脂とは、構造中にサリチル酸部位を有する樹脂であれば特に限定されない。なお、本発明における樹脂とは、数平均分子量(Mn)が1,500以上のポリマーと定義する。該サリチル酸系樹脂の主鎖構造としては、特に制限はない。例えば、ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリウレタン系重合体、ポリエーテル系重合体などが挙げられる。また、これらが2種以上組み合わさったハイブリッド型の重合体も挙げられる。ここに挙げた中でも、トナー粒子結着樹脂との密着性を考慮すると、ポリエステル系重合体、または、ビニル系重合体であることが好ましい。
更に、該重合性単量体組成物に含有される該サリチル酸系樹脂の含有量が、該重合性単量体100.00質量部に対して、0.03質量部以上20.00質量部以下であることが好ましい。
また、該サリチル酸系樹脂が、下記構造式(1)で示される部位を含有することが特に好ましい。
ここで、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出した重量平均分子量である。重量平均分子量を上記の範囲とするためには、該サリチル酸系樹脂を製造する際の試薬量、反応温度、溶媒濃度などの条件を変えることにより制御することができる。また、GPCにより分取することによって、所望の分子量の物を得ることができる。
また、サリチル酸系樹脂1g当たりに含有されるサリチル酸部位のモル数の測定方法は、まずサリチル酸系樹脂を後述の方法により滴定して酸価と水酸基価を求め、サリチル酸系樹脂が有する水酸基の量を算出する。そして、これを基にサリチル酸系樹脂中のサリチル酸の含有量(mol/g)を算出する。なお、サリチル酸系樹脂がサリチル酸以外の部位に水酸基を有している場合は、サリチル酸系樹脂を作製する際にサリチル酸部位を付加反応させる直前の化合物(例えばポリエステル樹脂)の水酸基価をあらかじめ測定しておき、その差分で算出することができる。サリチル酸系樹脂1g当たりに含有されるサリチル酸部位のモル数の調節は原材料の混合比などで行うことができる。
C×S≦N×M (2)
C:該サリチル酸系樹脂1g当たりに含有されるサリチル酸部位のモル数(mol/g)
S:該重合性単量体組成物に含有される該サリチル酸系樹脂の質量(g)
N:該多価金属化合物の金属イオン価数
M:該水系媒体と混合される該多価金属化合物のモル数(mol)
本発明に用いることができる水溶性多価金属化合物としては、例えば金属塩を挙げることができる。例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、ビスマス、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀等のハロゲン化物、ヘキサフルオロシリル化物、硫酸塩、酢酸塩、チオ硫酸塩、リン酸塩、塩素酸類塩、硝酸類塩等の無機金属塩が挙げられる。また、有機酸の金属塩も水溶性であれば用いることができる。
C×S≦N×(M(Ca)−1.67M(P)) (3)
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、ペリレン化合物が用いられる。具体的には、以下の着色剤が特に好ましい。
C.I.ピグメントレッド2、3、5〜7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254、C.I.ピグメントバイオレッド19。
C.I.ピグメントイエロー3,7,10,12〜15,17,23,24,60,62,74,75,83,93〜95,99,100,101,104,108〜111,117,123,128,129,138,139,147,148,150,166,168〜177,179,180,181,183,185,191:1,191,192,193,199。
染料系としては、例えば、C.I.ソルベントイエロー33,56,79,82,93,112,162,163、C.I.ディスパースイエロー42,64,201,211が挙げられる。
これらの着色剤は、単独または混合、さらには固溶体の状態で用いることができる。該着色剤の添加量は結着樹脂100質量部に対し0.5質量部以上20質量部以下となるように添加して用いられることが好ましい。
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;脂肪族炭化水素系ワックスのブロック共重合物;カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス;及び脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの、ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物。
トナーの正帯電制御剤としては、以下のものが挙げられる。
ニグロシンおよびその脂肪酸等による変性物;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、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのような四級アンモニウム塩、およ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およびこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料およびこれらのレーキ顔料、高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートのようなジオルガノスズボレート類;これらの単独或いは2種類以上を組み合わせたもの。これらの中でも、ニグロシン系、四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料のような帯電制御剤が特に好ましく用いられる。
造粒工程では重合性単量体組成物と水系媒体の混合物に高せん断をかけるため、気相部の巻き込みやキャビテーションにより処理液中に気泡を発生し易い。液中に発生した気泡はやがて浮上し、水系媒体のpHが3.0未満である場合には発泡の課題は軽微であるが、水系媒体のpHが3.0以上である場合には課題が顕在化することを見出した。これは前述のとおり、サリチル酸の酸解離定数と一致するpHであるため、サリチル酸の解離による両親媒性の発現によるものと考えている。本発明の構成を採ることで、pH=3.0以上の場合であっても発泡の課題を軽減することが可能である。
リン酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、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、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、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、ヒドロキシアパタイド。
重合工程では処理液の温度がトナー粒子の定着性能に大きな影響を与えるため、一般的には容器内の温度分布が均一になる様に攪拌操作を行う。重合開始剤を添加する場合、任意の時期と所要時間で行うことができる。また、所望の分子量分布を得る目的で重合反応後半に昇温してもよく、さらに、未反応の重合性単量体、副生成物などを系外に除去するために反応後半、または反応終了後に、一部水系媒体を蒸留操作により留去してもよい。蒸留操作は常圧もしくは減圧下で行うことができる。
2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、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のようなアゾ化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、デカノニルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシイソブチレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシピバレート、クメンヒドロパーオキサイドのようなパーオキサイド系開始剤。
過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチロアミジン)塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミノジノプロパン)塩酸塩、アゾビス(イソブチルアミジン)塩酸塩、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルスルホン酸ナトリウム、硫酸第一鉄または過酸化水素。
水溶性の多価金属化合物は粉体のまま混合しても良く、予め水溶液として混合しても良いが、溶解熱が大きい物質の場合には意図せぬ温度変動を招くため、予め水溶液の状態としてから混合する方法が好ましい。水系媒体の温度変動を防ぐためには、混合する物を予め温度調節しておいてから混合することが特に好ましい。
こうして得られたトナー粒子分散液は、トナー粒子と水系媒体を固液分離する濾過工程へと送られる。濾過工程の前には、前述のとおり水系媒体のpHを3.0以下に調整する工程を含むことが所望の帯電性能を得るという観点からは好ましい。pHを3.0以下に調整する手段としては任意の酸を添加することで行うことができるが、ここでのpH調整ではルイス酸を用いることで多価金属を捕捉し易く、更にキレート剤などを併用することも好ましい。pH調整に用いることができる酸としては既に挙げた酸の他に、酢酸、クエン酸、グルコン酸、リン酸などを挙げることができる。また、キレート剤としては一般的な物を用いることができる。例えば、以下のものが挙げられる。
NTA(Nitrilo Triacetic Acid)、PDTA(1,3−Propanediamine Tetraacetic Acid)、HIDA(Hydroxyethyl Imino Diacetic Acid)、HEDP(Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid)、NTMP(Nitrilotris (Methylene Phosphonic Acid))、PBTC(Phosphonobutane Tricarboxylic Acid)。
外添剤はトナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。外添剤としては、例えば酸化アルミニウム等の金属酸化物、窒化ケイ素等の窒化物、炭化ケイ素等の炭化物、硫酸カルシウム等の無機金属塩、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。トナー粒子に所望の外添剤を添加し、スーパーミキサーやヘンシェルミキサーのような混合機により充分混合することによって、トナーを得ることができる。
以下に本発明に用いることができる測定方法の例について示す。
測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター(株)製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター(株)製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行った。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOMME)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50,000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター(株)製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1,600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
前記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液30mLを入れる。この中に分散剤として和光純薬工業(株)製の「コンタミノンN」(商品名)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.3mL加える。コンタミノンNは、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤および有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液である。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50,000個になるまで測定を行う。
ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、ポリスチレン換算で算出される。スルホン酸基を有する重合体は、カラム溶出速度がスルホン酸基の量にも依存してしまうため、正確な分子量及び分子量分布を測定したことにはならない。そのため、予めスルホン酸基をキャッピングした試料を用意する必要がある。キャッピングにはメチルエステル化が好ましく、市販のメチルエステル化剤を用いることができる。具体的には、トリメチルシリルジアゾメタンで処理する方法が挙げられる。
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流 速:1.0mL/分
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10mL
標準ポリスチレン樹脂カラム:商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」
酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。本発明における酸価は、JIS K 0070−1992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。
0.1モル/L水酸化カリウムエチルアルコール溶液(キシダ化学(株)製)を用いて滴定を行う。前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液のファクターは、電位差滴定装置(京都電子工業(株)製 電位差滴定測定装置AT−510)を用いて求めることができる。0.100モル/L塩酸100mLを250mLトールビーカーに取り、前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液の量から求める。前記0.100モル/L塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作製されたものを用いる。
滴定装置:電位差滴定装置AT−510(京都電子工業(株)製)
電極:複合ガラス電極ダブルジャンクション型(京都電子工業(株)製)
滴定装置用制御ソフトウエア:AT−WIN
滴定解析ソフト:Tview
滴定時における滴定パラメーター並びに制御パラメーターは下記のように行う。
滴定パラメーター
滴定モード:ブランク滴定
滴定様式:全量滴定
最大滴定量:20mL
滴定前の待ち時間:30秒
滴定方向:自動
制御パラメーター
終点判断電位:30dE
終点判断電位値:50dE/dmL
終点検出判断:設定しない
制御速度モード:標準
ゲイン:1
データ採取電位:4mV
データ採取滴定量:0.1mL
測定サンプル0.100gを250mLのトールビーカーに精秤し、トルエン/エタノール(3:1)の混合溶液150mLを加え、1時間かけて溶解する。前記電位差滴定装置を用い、前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液を用いて滴定する。
空試験;
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(3:1)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。
A=[(C−B)×f×5.611]/S
A:酸価(mgKOH/g)、
B:空試験の水酸化カリウムエチルアルコール溶液の添加量(mL)、
C:本試験の水酸化カリウムエチルアルコール溶液の添加量(mL)、
f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)。
水酸基価とは、試料1gをアセチル化するとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。本発明における水酸基価はJIS K 0070−1992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。
特級無水酢酸25.0gをメスフラスコ100mLに入れ、ピリジンを加えて全量を100mLにし、十分に振りまぜてアセチル化試薬を得る。得られたアセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス等に触れないように、褐色びんにて保存する。
1.00mol/L塩酸100mLを250mLトールビーカーに取り、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液の量から求める。前記1.00mol/L塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作製されたものを用いる。
滴定装置:電位差滴定装置AT−510(京都電子工業(株)製)
電極:複合ガラス電極ダブルジャンクション型(京都電子工業(株)製)
滴定装置用制御ソフトウエア:AT−WIN
滴定解析ソフト:Tview
滴定時における滴定パラメーター並びに制御パラメーターは下記のように行う。
滴定パラメーター
滴定モード:ブランク滴定
滴定様式:全量滴定
最大滴定量:80mL
滴定前の待ち時間:30秒
滴定方向:自動
制御パラメーター
終点判断電位:30dE
終点判断電位値:50dE/dmL
終点検出判断:設定しない
制御速度モード:標準
ゲイン:1
データ採取電位:4mV
データ採取滴定量:0.5mL
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、温度97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首の温度が浴の熱を受けて上昇するのを防ぐため、丸い穴をあけた厚紙をフラスコの首の付根にかぶせることが好ましい。
得られたサンプルを250mLのトールビーカーに移し、トルエン/エタノール(3:1)の混合溶液100mLを加え、1時間かけて溶解する。前記電位差滴定装置を用い、前記水酸化カリウムエチルアルコール溶液を用いて滴定する。
(B)空試験
試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
A:水酸基価(mgKOH/g)、
B:空試験の水酸化カリウムエチルアルコール溶液の添加量(mL)、
C:本試験の水酸化カリウムエチルアルコール溶液の添加量(mL)、
f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)、
D:樹脂の酸価(mgKOH/g)。
発泡の程度を評価するために、泡が堆積した高さを測定した。測定はまず、発泡していない状態での液面位置を測定した。測定には反応容器の点検口から金属棒を反応容器内に垂直に挿入して液面以下まで到達させた。このとき、金属棒には点検口の高さ部分が分かる様にマーキングをしておいた。金属棒には液面以下まで到達した部分が着色剤により着色するため、マーキング部分から着色部分までの長さを測定することにより、点検口から液面までの距離T0を求めることができた。
下記のように二成分現像剤を作製した。日本画像学会標準キャリアN−01 276gと評価トナー粒子24gを500ccの蓋付きプラスチックボトルに投入し、振とう器(YS−LD:(株)ヤヨイ製)で、1秒間に4往復のスピードで1分間振とうを行った。トナー粒子並びに二成分現像剤について、以下のとおりに評価を行った。
帯電量の測定は二成分現像剤30gを分取し、高温高湿環境(温度30℃/相対湿度85%)で5昼夜静置し、その後50mLの絶縁性のプラスチック容器に入れ、200回/分の速度で3分間振とうさせ、図1の装置を用いて測定した。
図1に示す底に500メッシュ(目開き25μm)のスクリーン3を有する金属製の測定容器2に摩擦帯電量を測定しようとする二成分現像剤 0.500gを入れ金属製のフタ4をした。このときの測定容器2全体の質量を秤りWl(g)とする。次に、吸引機1(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7から吸引し風量調節弁6を調整して真空計5の圧力を250mmAq(2.4517kPa)とした。この状態で充分、好ましくは2分間、吸引を行いトナーを吸引除去した。
このときの電位計9の電位をV(ボルト)とする。コンデンサー8の容量をC(μF)とする。吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とする。このトナーの摩擦帯電量は下記式によって計算される。
摩擦帯電量(mC/kg)=(C×V)/(W1−W2)
二成分現像剤の静置環境が、低温低湿環境(温度10℃/相対湿度15%)である以外は前述の高温高湿環境下でのトナー帯電量の評価に記載の方法と同様にトナー帯電量の測定を行った。評価は低温低湿環境下と高温高湿環境下の帯電量の比(低温低湿環境下の帯電量/高温高湿環境下の帯電量)の絶対値を計算した。
二成分現像剤30gを分取し、高温高湿環境(温度30℃/相対湿度85%)で5昼夜静置し、その後50mLの絶縁性のプラスチック容器に入れた。200回/分の速度で30秒間振とうさせ、図1の装置を用いて帯電量を測定した。高温高湿環境下でのトナー帯電量の評価にて求めた摩擦帯電量を飽和帯電量とし、立ち上がり(%)を下記式により算出した。
立ち上がり(%)={30秒振とう帯電量(mC/kg)/飽和帯電量(mC/kg)}×100
トナー粒子に含まれる金属量は蛍光X線により定量を行う。各元素の蛍光X線の測定は、JIS K 0119−1969に準ずるが、具体的には以下のとおりである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いた。尚、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は27mm、測定時間10秒とした。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出した。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出した。
この測定結果と、定量したい金属元素について予め作成した検量線を用いて金属元素の定量を行った。
泡の堆積により撹拌が行き届かない箇所があると粗大粒子が生成し、黒ポチが発生し易くなる。トナー粒子100質量部に対し、BET法により測定した比表面積が200m2/gである疎水性シリカ3質量部を外添してトナーとした。このトナーを一成分系現像剤として、LBP5800(キヤノン(株)製)を用い、評価を行った。
最初に、得られたトナーをカートリッジに100g充填し、低温低湿環境下(温度15℃/相対湿度10%)での耐久試験において、10,000枚プリントアウトした後の定着ローラー及び画像を目視で確認し、以下に示すように評価した。
A:定着ローラーにトナー付着が見られず、画像上に黒ポチも見られない。
B:定着ローラーにトナー付着が見られるが、画像上に黒ポチは見られない。
C:画像上に1〜2点の黒ポチが見られる。
D:画像上に3点以上の黒ポチが見られる。
図2に示すように、実施例1では、造粒工程が、水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程およびpH調整工程を含む。
<重合性単量体組成物の調製工程>
下記材料を温度60℃に加温し、30分間溶解混合して、重合性単量体組成物を得た。
・スチレンモノマー 29.2kg
・n−ブチルアクリレート 12.5kg
・ジビニルベンゼン 0.2kg
・C.I.ピグメントブルー15:3 2.7kg
・飽和ポリエステル樹脂 6.3kg
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10,000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・パラフィンワックス(HNP−5、日本精蝋(株)製) 5.0kg
・サリチル酸系樹脂A 4.170kg
(側鎖に構造式(1)のサリチル酸部位を含有するポリスチレン樹脂。重量平均分子量とサリチル酸部位のモル数の測定結果を表1Aに示す。)
イオン交換水122.8kgにNa3PO4・12H2Oを2.6kg(6.8モル)と10%塩酸を1.2kg投入しクレアミックス(エム・テクニック(株)製)を用いて直径90mmのローターにて4,500rpmで撹拌しながら温度60℃に加温した。これに1.0モル/リットル−CaCl2・2H2O水溶液11.8kgを添加して30分間撹拌を行い、ヒドロキシアパタイトを含む水系媒体を得た。このときの水系媒体のpHは5.0であった。
予め1.0モル/リットル−AlCl3・6H2O水溶液を調製しておき、5リットルをpH=4.0、温度60℃に調整しておいた。これを上記水系媒体調製後に添加して、該水系媒体とAlCl3を混合した。
<pH調整工程>
アルミニウムの水和イオンの酸解離定数は5.0である。上記、多価金属化合物を混合した水系媒体のpHを10%塩酸、及び水酸化ナトリウムを用いてpH=4.0に調整した。
水系媒体中に重合性単量体組成物を投入し、温度60℃,窒素雰囲気下において、クレアミックスにて4,500rpmで15分間撹拌し、水系媒体中に重合性単量体組成物の粒子が形成された分散液を調製した。
窒素雰囲気に保った反応容器に、重合性単量体組成物の粒子が形成された分散液を投入して撹拌を行った。反応容器はコンデンサーを通じて大気と連通しており、バッフル2本とフルゾーン撹拌翼を備えた内径650mm、R底であり、容器底部から点検口までの高さは1,110mmである。重合開始剤としてtert−ブチルパーオキシピバレート5.0kgを投入して温度70℃に昇温し、10時間重合反応させた。重合工程では重合開始剤の分解に伴って液中に気泡が発生した。発泡による泡の堆積高さが増加し、その後に減少する間、前述した泡の堆積高さの測定方法に従って泡の堆積高さを測定した。堆積高さが最も高くなった時点での「泡の堆積高さ」を表2に示す。
重合反応終了後、フルゾーン撹拌翼で撹拌を続けながら飽和水蒸気(スチーム圧力205kPa/温度120℃)を導入した。飽和水蒸気の導入により、反応液の温度は上昇し、蒸留留分が出始めた。所定量の留分を得ることで残存モノマーを留去し、冷却してトナー粒子分散液を得た。
得られたトナー粒子分散液を撹拌しながら10%塩酸を添加してpH=1.5に調整した。これを加圧ろ過器で固液分離し、トナーのウェットケーキを得た。これを水中に投入して撹拌し、再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離した。トナーのウェットケーキの水への再分散と固液分離とを、5回繰り返し行った後に、最終的に固液分離してトナーのウェットケーキを得た。
得られたトナーのウェットケーキは解砕しつつ気流乾燥機(セイシン企業製:フラッシュジェットドライヤー:配管径0.1016m)にて乾燥を行い、トナー粒子を得た。乾燥の条件は温風吹き込み温度90℃、吹き込み風量10m3/分、トナーのウェットケーキの供給速度はトナーのウェットケーキの含水率に応じて乾燥機の製品出口温度が40℃になるような供給速度に調整した。
得られたトナー粒子を前述した高温高湿環境下での帯電量の評価、トナー帯電量の環境依存性評価、帯電量立ち上がり特性の評価、混合した多価金属の残存量、画像性能の評価/画像黒ポチ評価の評価方法に従い評価を行った。製造の条件を表1Aに、評価結果を表2に示す。
実施例1における<水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程>は、予め5リットルの1.0モル/リットル−AlCl3・6H2O水溶液をpH=4.0、温度60℃に調整して重合用反応容器内に待機させておいた。ここに造粒工程を終えた重合性単量体組成物の分散液を投入して水系媒体とAlCl3を混合した。その後、<pH調整工程>を行った。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Aに、評価結果を表2に示す。
図3に示すように、実施例2では、重合工程が、水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程およびpH調整工程を含む。
実施例1における<水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程>で添加した1.0モル/リットル−AlCl3・6H2O水溶液は2.5リットルとした。
更に、予め2.5リットルの1.0モル/リットル−AlCl3・6H2O水溶液をpH=4.0、温度60℃に調整して重合用反応容器内に待機させておいた。ここに造粒工程を終えた重合性単量体組成物の分散液を投入して水系媒体とAlCl3を混合した。その後、<pH調整工程>を行った。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Aに、評価結果を表2に示す。
図4に示すように、実施例3では、造粒工程および重合工程の両工程が、水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程およびpH調整工程を含む。
<pH調整工程>においてpH=3.0に調整した。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Aに、評価結果を表2に示す。
〔実施例5〕
<pH調整工程>においてpH=5.0に調整した。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Aに、評価結果を表2に示す。
〔実施例6〜17〕
サリチル酸系樹脂Aの物性を表1A〜1Bの如く変えた以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1A〜1Bに、評価結果を表2に示す。
サリチル酸系樹脂Aの代わりに、サリチル酸系樹脂Bを用いた以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Bに、評価結果を表2に示す。
なお、サリチル酸系樹脂Bは側鎖に構造式(4)のサリチル酸部位を含有するポリスチレン樹脂である。分子量とサリチル酸部位のモル数の測定結果を表1Bに示す。
水溶性多価金属化合物の種類と添加量を表1Cの如く変えた以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Cに、評価結果を表2に示す。
〔実施例29〜30〕
濾過工程におけるpH調整後のpHを表1Cの如く変えた以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Cに、評価結果を表2に示す。
実施例1における<水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程>を行わなかった。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Dに、評価結果を表2に示す。
〔比較例2〕
実施例1における<水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程>において、水溶性だが多価ではない金属化合物の塩化ナトリウムを用いた。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Dに、評価結果を表2に示す。
実施例1における<水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程>において、水溶性ではない金属化合物の酸化アルミニウムを用いた。それ以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。製造の条件を表1Dに、評価結果を表2に示す。
〔比較例4〕
製造条件を表1Dの如く変えた以外は実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。評価結果を表2に示す。
2 測定容器
3 スクリーン
4 蓋
5 真空計
6 風量調節弁
7 吸引口
8 コンデンサー
9 電位計
Claims (7)
- 重合性単量体、着色剤およびサリチル酸系樹脂を含有する重合性単量体組成物の粒子を水系媒体の中で形成する造粒工程、該重合性単量体組成物の該粒子に含まれる該重合性単量体を重合させることによりトナー粒子を得る重合工程、を有するトナー粒子の製造方法において、
該造粒工程および/または該重合工程は、
該水系媒体と水溶性の多価金属化合物とを混合する工程、および
該水溶性の多価金属化合物を混合した水系媒体のpHを3.0以上、かつ、該多価金属化合物を構成する金属の水和イオンの酸解離定数pKa以下に調整する工程
を含むことを特徴とするトナー粒子の製造方法。 - 該サリチル酸系樹脂の重量平均分子量は10,000以上、60,000以下であり、該サリチル酸系樹脂1g当たりに含有されるサリチル酸部位のモル数は10(μmol/g)以上1,500(μmol/g)以下であり、
該重合性単量体組成物に含有される該サリチル酸系樹脂の含有量が、該重合性単量体100.00質量部に対して、0.03質量部以上20.00質量部以下である請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。 - 該サリチル酸系樹脂1g当たりに含有されるサリチル酸部位のモル数をC(mol/g)、該重合性単量体組成物に含有される該サリチル酸系樹脂の質量をS(g)、該多価金属化合物の金属イオン価数をN(価)、該水系媒体と混合される該多価金属化合物のモル数をM(mol)としたとき、下記式(2)の関係を満たす請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
C×S≦N×M (2) - 該多価金属化合物を構成する金属が、鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム、及びカルシウムからなる群から選択される一種または二種以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
- 該水系媒体がヒドロキシアパタイトを含有し、
該多価金属化合物を構成する金属がカルシウムであり、
該多価金属化合物が溶解した該水系媒体に含まれるカルシウムのモル数をM(Ca)、リンのモル数をM(P)としたとき、下記式(3)の関係を満たす請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
C×S≦N×(M(Ca)−1.67M(P)) (3) - 該トナー粒子と該水系媒体とを分離する濾過工程をさらに有し、該濾過工程の前に、該水系媒体のpHを3.0以下に調整する工程を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
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