JP6946077B2 - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents
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Description
一般的に、カタログなどに使用されるカラー画像は、絵や写真のような印刷画像面積が広いものが多い。そのため、出力された印刷物が積み重ねられた際、画像同士が接着する現象(排紙接着)が発生する場合があった。特許文献1では、トナー粒子中に淡色または無色の内添微粒子を含むことにより、高い温度で画像を保存することができ、より低温で定着できるトナーが提案されている。
本発明の目的は、上記の課題を解決することを目的とする。高速出力時においても排紙接着が発生しない耐排紙接着性に優れたトナーを提供することである。
すなわち、本発明は、結着樹脂、ワックス及びシリカ微粒子を有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記シリカ微粒子の一次粒子の個数平均径(D1)は、70nm以上250nm以下であり、
前記シリカ微粒子が疎水化処理されたものであり、
前記シリカ微粒子は、前記結着樹脂100質量部あたり、10質量部以上15質量部以下含有されており、
前記トナー粒子の断面において、前記トナー粒子断面積St、前記シリカ微粒子が占める面積Sの関係が、0.05≦S/St≦0.50であり、
前記トナー粒子の断面において、前記トナー粒子の断面に外接する長方形を9分割した各区画内における、前記トナー粒子の断面積に対して該シリカ微粒子が占める面積比率の変動係数が0.45以下であることを特徴とするトナーも関する。
また、本発明は、結着樹脂、ワックス及び、シリカ微粒子を溶融混練し、得られた混練物を粉砕してトナー粒子を得るトナーの製造方法であって、
結着樹脂の軟化点をTm(℃)としたとき、溶融混練する際の設定温度が、Tm+15℃以下であって、
得られるトナー粒子が上記構成のトナー粒子であることを特徴とするトナーの製造方法に関する。
本発明に係るトナーは、結着樹脂を有する。トナーに使用される結着樹脂としては、特に限定されず、下記の重合体又は樹脂を用いることが可能である。
本発明のトナーに用いられる非晶性ポリエステル樹脂は、芳香族ジオールを主成分としたアルコール成分とカルボン酸成分との縮重合樹脂が好ましい。なお、本発明において、主成分とは、その含有量が50質量%以上であることを示す。
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂は、アルコール成分とカルボン酸成分とから得ることができる。炭素数6以上12以下の脂肪族ジオールを80mol%以上100mol%以下含有するアルコール成分と、炭素数6以上12以下の脂肪族ジカルボン酸を80mol%以上100mol%以下含有するカルボン酸成分との縮重合樹脂が好ましい。より好ましくは、脂肪族ジオールを85mol%以上100mol%以下含有するアルコール成分と、脂肪族ジカルボン酸を85mol%以上100mol%以下含有するカルボン酸成分である。
本発明のトナーは、ワックスを含有する。ワックスとしては、例えば以下のものが挙げられる。
本発明のトナーに含有できる着色剤(色材)としては、以下のものが挙げられる。
本発明のトナーは磁性トナーであっても非磁性トナーであってもよい。磁性トナーとして用いる場合は、磁性体として磁性酸化鉄を用いることが好ましい。磁性酸化鉄としては、マグネタイト、マグヘマタイト、フェライト等の酸化鉄が用いられる。トナーに含有される磁性酸化鉄の量は、結着樹脂100質量部に対して、25質量部以上95質量部以下であることが好ましく、より好ましくは30質量部以上45質量部以下である。
本発明のトナーには、必要に応じて荷電制御剤を含有させることもできる。例えば、ネガ系荷電制御剤としては、サリチル酸金属化合物、ナフトエ酸金属化合物、ジカルボン酸金属化合物、スルホン酸又はカルボン酸を側鎖に持つ高分子型化合物、スルホン酸塩又はスルホン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、カルボン酸塩又はカルボン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーンが挙げられる。荷電制御剤はトナー粒子に対して内添してもよいし外添してもよい。荷電制御剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対して、0.2質量部以上10.0質量部以下が好ましい。
本発明に係るトナー粒子は、シリカ微粒子を含有する。シリカ微粒子の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、5質量部以上30質量部以下であることが好ましく、より好ましくは7質量部以上20質量部以下、さらに好ましく10質量部以上15質量部以下である。シリカ微粒子の含有量が30質量部以下であると、定着性(画像折り曲げ耐性)が良好になる。
本発明のトナーは、長期にわたり安定した画像が得られるという点で、磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として用いることが好ましい。
本発明のトナーは、乳化凝集法、溶融混練法、溶解懸濁法など従来公知のトナー製造方法で製造することが可能であり、特に限定されない。
樹脂の軟化点の測定は、定荷重押し出し方式の細管式レオメータ「流動特性評価装置 フローテスターCFT−500D」(島津製作所社製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行う。本装置では、測定試料の上部からピストンによって一定荷重を加えつつ、シリンダに充填した測定試料を昇温させて溶融し、シリンダ底部のダイから溶融された測定試料を押し出し、この際のピストン降下量と温度との関係を示す流動曲線を得ることができる。
試験モード:昇温法
開始温度:50℃
到達温度:200℃
測定間隔:1.0℃
昇温速度:4.0℃/min
ピストン断面積:1.000cm2
試験荷重(ピストン荷重):10.0kgf(0.9807MPa)
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
樹脂のTHF可溶分の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
結晶性ポリエステル樹脂、ワックスの融点は、示差走査熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定したDSC曲線において、最大吸熱ピークのピーク温度を融点とする。
トナーの体積平均粒径(D4)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「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行ない、算出する。測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムを脱イオン水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mlの丸底ビーカー内に前記電解水溶液約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/秒にて行なう。そして、解析ソフトの「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する。
(2)ガラス製の100mlの平底ビーカー内に前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、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、和光純薬工業社製)を脱イオン水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量の脱イオン水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(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。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液中に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカー内に、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約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なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、体積平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が体積平均粒径(D4)である。
トナーの透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察は、以下のようにして実施することができる。本発明では、トナーの断面観察において、トナー断面積St、シリカ微粒子が占める面積Sの評価を行った。
トナー粒子の断面積に対して該シリカ微粒子が占める面積比率=P/S
クライオミクロトーム(Leica社製 ULTRACUT UCT)装置に水溶性樹脂に分散したトナー粒子を入れた。液体窒素により該装置を−80℃まで冷却し、トナー粒子が分散された水溶性樹脂を凍結した。凍結された水溶性樹脂を、ガラスナイフにより切削面形状が約0.1ミリ幅、約0.2ミリ長になるようにトリミングした。次にダイヤモンドナイフを用いて、水溶性樹脂を含むトナーの超薄切片(厚み設定:70nm)を作製し、まつげプローブを用いてTEM観察用グリッドメッシュ上に移動した。水溶性樹脂を含むトナー粒子の超薄切片を室温に戻した後、水溶性樹脂を純水に溶解させて透過型電子顕微鏡(TEM)の観察試料とした。該試料は、日立社製透過型電子顕微鏡H−7500を用い、加速電圧100kVにて観察し、トナー粒子の断面の拡大写真を撮影した。また、拡大写真の倍率は20000倍とした。
・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:
多価アルコール総モル数に対して100.0mol%
・テレフタル酸:多価カルボン酸総モル数に対して80.0mol%
・無水トリメリット酸:多価カルボン酸総モル数に対して20.0mol%
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を投入した。そして、モノマー総量100質量部に対して、触媒として2−エチルヘキサン酸錫(エステル化触媒)ジオクチル酸錫を1.5質量部添加した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、2時間反応させた。
・1,6−ヘキサンジオール 50.0質量部
・ドデカン二酸 50.0質量部
・ジオクチル酸錫 1.0質量部
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、6時間反応させ、次いで、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させてポリエステル樹脂1を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂1は、重量平均分子量10,000、示差走査熱量分析によるDSC曲線において、70℃に最大吸熱ピークを有した。
<トナー1の製造例>
・非晶性ポリエステル樹脂 93.0質量部
・結晶性ポリエステル樹脂 4.0質量部
・ヘキサメチルジシラザン10質量%で表面処理した一次粒子の個数平均粒子径110nmの疎水性シリカ微粒子(表1中のシリカ微粒子1) 12.0質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物
0.5質量部
・フィッシャートロプシュワックス(最大吸熱ピークのピーク温度90℃)
5.0質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.0質量部
前記処方で示した原材料をヘンシェルミキサ(FM75J型、三井三池化工機(株)製)を用いて、回転数20s-1、回転時間5minで混合した後、温度110℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、株式会社池貝製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕した。さらに回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン社製)を用い、分級を行い、トナー粒子を得た。回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン社製)の運転条件は、分級ローター回転数を50.0s-1とした。得られたトナー粒子は、重量平均粒径(D4)が5.6μmであった。
表2に記載の様に、結晶性ポリエステル樹脂、シリカ微粒子、混練温度を変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー2〜21を作製し、さらに二成分現像剤2〜21を作製した。得られた現像剤を実施例1と同様にして評価を行った。トナーの測定結果を表2に、現像剤の評価結果を表3に示す。
評価機として、オンデマンドプリンターであるキヤノン製フルカラー複写機imagePRESS C10000VP(出力スピード:100枚/分(A4))を用いた。通常環境下(23℃/50%RH、以下「N/N環境」とも表す)、および高温高湿環境下(30℃/80%RH、以下「H/H環境」とも表す)において評価を行った。
評価には、CLC5000用 最厚口用紙(A4、坪量250g/m2、キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)を用いた。トナー載り量が、1.1mg/cm2となるようにベタの画像を両面印刷で、各300枚出力した。300枚出力終了後、出力画像を重ねたまま10分間放置した。10分間放置後、印刷画像が接着しているか否かを1枚ごとに評価した。評価結果を表3に示す。結果は以下の基準でA〜Dにランク付けしたが、本発明ではランクCまでが許容できるレベルである。
A:接着した画像がなく、良好な画質を維持している。
B:接着した画像はあるが、容易に分離し、良好な画質を維持している。
C:接着した画像があり、分離後に画像欠陥がある画像は3枚以下である。
D:接着した画像があり、分離後に画像欠陥がある画像は4枚以下である。
N/N環境における画像の折り曲げ耐性を評価した。トナーの載り量を0.55mg/cm2となるように現像電圧を調整し、10cm×10cmの大きさのベタ画像を出力した。ついで、定着画像を十字に折り曲げ、4.9kPaの荷重をかけつつ柔和な薄紙(例えば、商品名「ダスパー」、小津産業社製)により5往復摺擦した。十字の部分においてトナーが剥離すると、紙の地肌が見えるサンプルが得られる。ついで、800ピクセル/インチの解像度で512ピクセル四方の領域をCCDカメラで、該十字の部分を撮影した。閾値を60%に設定し画像を二値化し、トナーが剥離した部分は白部であり、白部の面積率が小さいほど、折り曲げ耐性に優れていることを表す。本発明では、C以上を良好であると判断した。
紙:ミラーコートプラチナ 209(光沢厚紙)(209g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)
A:白部の面積率が1.0%未満
B:白部の面積率が1.0%以上3.0%未満
C:白部の面積率が3.0%以上5.0%未満
D:白部の面積率が5.0%以上7.0%未満
E:白部の面積率が7.0%以上
Claims (4)
- 結着樹脂、ワックス及びシリカ微粒子を有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記シリカ微粒子の一次粒子の個数平均径(D1)は、70nm以上250nm以下であり、
前記シリカ微粒子が疎水化処理されたものであり、
前記シリカ微粒子は、前記結着樹脂100質量部あたり、10質量部以上15質量部以下含有されており、
前記トナー粒子の断面において、前記トナー粒子断面積St、前記シリカ微粒子が占める面積Sの関係が、0.05≦S/St≦0.50であり、
前記トナー粒子の断面において、前記トナー粒子の断面に外接する長方形を9分割した各区画内における、前記トナー粒子の断面積に対して該シリカ微粒子が占める面積比率の変動係数が0.45以下であることを特徴とするトナー。 - 前記結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を有する請求項1に記載のトナー。
- 前記シリカ微粒子が、ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理されたものである請求項1又は2に記載のトナー。
- 結着樹脂、ワックス及び、シリカ微粒子を溶融混練し、得られた混練物を粉砕してトナー粒子を得るトナーの製造方法であって、
結着樹脂の軟化点をTm(℃)としたとき、溶融混練する際の設定温度が、Tm+15℃以下であって、
前記シリカ微粒子は、
(i)疎水化処理されたものであり、
(ii)一次粒子の個数平均径(D1)が70nm以上250nm以下であり、
(iii)前記結着樹脂100質量部あたり、10質量部以上15質量部以下用いられ、
得られるトナー粒子は、粒子断面において、
(i)前記トナー粒子断面積St、前記シリカ微粒子が占める面積Sの関係が、0.05≦S/St≦0.50であり、
(ii)前記トナー粒子の断面に外接する長方形を9分割した各区画内における、前記トナー粒子の断面積に対して該シリカ微粒子が占める面積比率の変動係数が0.45以下である、
ことを特徴とするトナーの製造方法。
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