JP7023721B2 - トナー - Google Patents
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Description
トナーへの電荷付与は、主としてトナー担持体と規制部材の間(以下、単に規制部ともいう)でトナーが摺擦され、摩擦により行われる。
プロセススピードの高速化、及び本体の小型化に伴う小型のトナー担持体においては、上述した規制部やトナー担持体と静電潜像担持体の間(以下、単に現像ニップともいう)でトナーが受ける摺擦回数が増加する。これにより、外添剤が埋め込まれ、トナー同士が凝集するなどのトナーの劣化が発生しやすい構成へと変化しており、一層トナーに対して高いレベルが要求されている。
また、省エネルギー化においては、トナーの定着温度をより低温化させることが重要である。トナーを低温で定着させるために、トナーの結着樹脂に軟化点の低い樹脂やシャープメルト性が高い結晶性材料などが用いられている。
しかし、このような軟化点の低い樹脂や特定の温度で軟化するシャープメルト性が高い樹脂を用いた場合、プリンタなどを長期間繰り返し使用した際には、熱や外力により外添剤が埋め込まれ、トナー同士が凝集しやすくトナーの劣化が発生しやすい。
トナーが劣化すると、トナーの流動性及び帯電均一性の低下に起因して、カブリが発生しやすい。また、画像濃度も低下しやすくなる。そこで、トナーとして安定した画像出力を提供する耐久性が求められている。
一方、使用環境の多様化では、オフィスのように空調管理された常温常湿環境下だけではなく、高温高湿環境下や低温低湿環境下のような過酷な環境においても良好な画像を提供することが求められている。
しかしながら、高温高湿環境下においては、トナーは空気中の水分などの影響によってトナーの帯電量が不足しやすい。また、高温環境下ではトナー表面に存在している外添剤の埋め込みが発生しやすい。その結果、トナーが劣化しやすく、カブリの発生や画像濃度の低下といった画像弊害が発生しやすい。
また、低温低湿環境下においては、トナーのチャージアップによる画像弊害、例えばカブリの発生やトナーの転写性の低下といった画像弊害が発生しやすい。
特許文献1では、SrO/TiO2のモル比を制御したチタン酸ストロンチウム粒子をトナー粒子に外添することで、トナーの環境特性及び帯電特性を向上させる提案がなされている。
特許文献2では、トナー表面上における特定の粒径のチタン酸ストロンチウム粒子の固着状態を制御し、さらにはシリカ微粒子のトナー表面における被覆状態を制御することにより、高温高湿環境に放置された直後のトナーの現像性の改良が提案されている。
特許文献3では、特定の粒径の第2族元素を有するチタン酸塩微粒子をトナー粒子に外添し、シリカ微粒子のトナー表面上における被覆率と、トナー粒子への埋め込みを制御することによって、高温高湿環境下における現像性や低温低湿環境下における転写性、クリーニング性を向上させる提案がされている。
一方、特許文献2及び特許文献3の開示では、外添方法や外添剤の存在状態を制御するといった工夫を施し、チタン酸ストロンチウム粒子をよりほぐれた状態で存在させている。
これによりチタン酸ストロンチウム粒子をマイクロキャリアとして使用して、剥離帯電を行うと同時に、トナーと接触させることでトナーに対するチャージアップ抑制効果を発揮させ、使用環境によらない安定した画像出力を実現している。
しかし、特許文献2及び特許文献3のように60nm以上のような大きい粒径のチタン酸ストロンチウム粒子は、トナー粒子上に留まりきれず規制部材に融着する。そして、この融着したチタン酸ストロンチウム粒子を起点として、トナー自体が規制部材へ融着する場合があった。
このように外添剤がトナー粒子上に留まりきれず、別のトナー粒子や部材などに移動することを「移行」と呼んでいる。このチタン酸ストロンチウム粒子の移行により規制部材への融着が発生した場合、後述する規制不良という画像弊害が発生する。
特に、本体の高速化や小型化に対応した系では、規制部や現像ニップ部でのトナーに対する摺擦回数も多く、また、軟化しやすい樹脂構成のトナーは外添剤が埋め込まれやすい。
そのためトナーも劣化しやすく、安定した帯電が得にくい中で、規制部材にチタン酸ストロンチウム粒子が融着すると、規制不良だけでなく、チャージアップの抑制効果が十分に発揮されにくく、カブリといった画像弊害も発生しやすい。
本体の高速化や小型化に対応した系では、特にチタン酸ストロンチウム粒子の移行が顕著であり、規制不良やカブリの発生といった画像弊害が生じやすく、いまだ改善の余地が残されていた。
本発明は、上記問題点を解消したトナーを提供するものである。
すなわち、本発明は、多様な使用環境下での長期連続使用においても、安定した画像濃度が得られ、かつ、かぶりの発生及び規制不良に起因する画像弊害を抑制しうるトナーを提供するものである。
該外添剤が、無機微粒子Aと、シリカ微粒子と、を含有し、
該無機微粒子Aが、チタン酸ストロンチウム微粒子であって、Sr/Ti(モル比)が0.70以上0.85以下であり、
該トナーの走査型電子顕微鏡による表面観察において、
該シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径が、5nm以上50nm以下であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径が、10nm以上47nm以下であり、
X線光電子分光装置により求められる、該トナーの表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が、72面積%以上95面積%以下であり、
該無機微粒子Aの該トナー粒子に対する固着率が、54%以上100%以下であり、
X線光電子分光装置により求められる、該トナーの表面の該無機微粒子Aによる被覆率X2が、9面積%以上25面積%以下であることを特徴とするトナーに関する。
以下、本発明を詳細に説明するが、これらに限定されるわけではない。
本発明は、トナー粒子と、外添剤と、を含有するトナーであって、
該外添剤が、無機微粒子Aと、シリカ微粒子と、を含有し、
該トナーの走査型電子顕微鏡による表面観察において、
該シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)が、5nm以上50nm以下であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径(D1)が、10nm以上60nm未満であり、
X線光電子分光装置(ESCA)により求められる、該トナーの表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が、60面積%以上95面積%以下であり、
該無機微粒子Aが、第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子であり、
X線光電子分光装置(ESCA)により求められる、該トナーの表面の該無機微粒子Aによる被覆率X2が、5面積%以上40面積%以下であることを特徴とするトナーである。
トナー担持体上に外添剤が融着し、該融着を起点としてトナー自体もトナー担持体に貼りつく。そして、貼りついたトナーが、印字中にトナー担持体に付いて回ることで、トナー担持上でのトナーの載り量に差が生じ、トナーの帯電分布が不均一になる。その結果、得られた画像上に斑点状又は波状のムラが発生する。この現象を、規制不良という。
この規制不良の原因となっているのが外添剤の移行である。外添剤がトナー粒子から移行しやすいほど、規制部材に対する外添剤の融着が発生しやすく、該融着を起点したトナーの融着により規制不良が発生しやすい。
従来、マイクロキャリアとして使用していたチタン酸塩微粒子は、トナー粒子から移行させてトナーと接触・剥離させるために、粒径の大きいチタン酸塩微粒子を用いていた。また、特許文献2及び特許文献3に記載されたトナーでは、粒径が60nm以上と、ある程度粒径の大きいチタン酸塩微粒子をほぐした状態で存在させ、トナーとチタン酸塩微粒子との接触により、トナーの帯電を緩和させてチャージアップを抑制していた。
しかし、粒径が60nm以上のようなある程度粒径の大きいチタン酸塩微粒子は、トナー粒子から移行しやすく、規制部材に対する該チタン酸塩微粒子の融着に起因する規制不良が発生しやすかった。
また、本体の高速化や小型化など、規制部材によるトナーへの摺擦回数が多い構成においては、トナーがより劣化しやすく、該チタン酸塩微粒子が規制部材へより移行しやすい。その結果、チャージアップの抑制効果も不十分となり、カブリなどの画像弊害も発生しやすくなっていた。
具体的には、該小粒径チタン酸塩微粒子をトナー粒子に被覆し、これをトナーに溜め込まれた電荷を逃がすリークポイントとして活用することを検討した。すなわち、小粒径チタン酸塩微粒子を中抵抗粒子として用いることで、チャージアップの抑制効果が発揮できるのではないかと考えた。
しかし、小粒径チタン酸塩微粒子は、粒径が小さいゆえに微粒子同士が凝集しやすく、トナー表面を均一に被覆しにくいため、チャージアップの抑制効果を発揮させることが困難であった。
特に、本体の高速化や小型化に対応した構成では、トナーの劣化も著しく、チャージアップの抑制効果を得るには不十分であった。
これに対し、特定範囲の粒径を有する、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩微粒子を用い、これらによるトナー表面の被覆率を特定範囲に制御することで、上記課題を解決しうることを見出した。
まず、シリカ微粒子によるトナー表面の被覆率を特定範囲に制御することで、トナーの高い流動性を得ることができる。これにより、チタン酸塩微粒子のマイクロキャリア効果がなくとも安定した帯電性を確保することができる。
また、該被覆率を達成する過程において、トナー表面に存在する多くのシリカ微粒子と小粒径チタン酸塩微粒子が衝突を繰り返すことにより、小粒径チタン酸塩微粒子がほぐれてトナー表面を被覆しやすくなる。
さらに、長期間印字使用している最中においても、トナー表面に存在する、シリカ微粒子と、小粒径チタン酸塩微粒子とが衝突することにより、小粒径チタン酸塩微粒子をほぐす効果があると推測される。
特に、特許文献2及び特許文献3に開示された、スチレンアクリル樹脂を結着樹脂とする硬いトナーよりも、ポリエステル樹脂のような比較的柔らかい樹脂を結着樹脂とするトナーの方が外添剤の埋め込みが発生しやすい。外添剤の埋め込みが発生しやすいトナーの場合、シリカ微粒子と小粒径チタン酸塩微粒子との衝突効果による、小粒径チタン酸塩微粒子のほぐし効果の影響は大きいと考えられる。
衝突効果によりほぐされた小粒径チタン酸塩微粒子は、凝集することなくトナー表面を適切に被覆するため、トナーの電荷を逃がすリークポイントを多く作り、より強力なチャージアップ抑制効果が発揮できると考えられる。
また、小粒径チタン酸塩微粒子を用いているため、大粒径チタン酸塩微粒子で見られるような規制部材への移行も少なく、チタン酸塩微粒子の融着に起因する規制不良も発生しにくい。
X線光電子分光装置(ESCA)により求められる、該トナーの表面の該シリカ微粒子による被覆率X1は、60面積%以上95面積%以下である。また、該被覆率X1は、76面積%以上95面積%以下であることが好ましい。
被覆率X1は、トナー表面において、シリカ微粒子が存在している割合を示している。該被覆率X1が、上記範囲である場合、トナーの流動性が確保でき、高温高湿環境下でも帯電性を維持できる。また、トナー表面に第2族元素を有するチタン酸塩微粒子を適切に被覆させることができるため、チャージアップ抑制及び規制不良抑制の効果を得ることができる。
該個数平均粒径(D1)が、上記範囲である場合、シリカ微粒子の添加部数を増加させたときに生じる弊害を抑制できる。例えば、低温定着性を低下させることなく、被覆率X1を上記範囲に制御しやすい。なお、被覆率X1は、シリカ微粒子の添加量、粒径、外添条件、トナー粒子の性状を調整することで制御することができる。シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)の測定法は後述する。
シリカ微粒子の含有量が、上記範囲である場合、被覆率X1及び被覆率X2を適正に制御しやすい。
第2族元素とは、周期表の第2族に属する元素(典型元素)のことであり、第2族元素には、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムが含まれる。
これらのうち、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムはアルカリ土類金属とも呼ばれる。第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子としては、チタン酸ベリリウム微粒子、チタン酸マグネシウム微粒子、チタン酸カルシウム微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、チタン酸バリウム微粒子、チタン酸ラジウム微粒子が挙げられる。
無機微粒子Aとして、該第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子を、一種単独で、又は二種以上を混合して使用することができる。
これらの中でも、トナーの電荷を逃がしやすい体積抵抗率を持ち、さらにはトナーが規制部材などに融着した際に適度な硬度があって研磨効果も発揮できる観点から、チタン酸ストロンチウム微粒子が好ましい。
被覆率X2は、トナー表面において、無機微粒子Aが存在している割合を示している。該被覆率X2が、上記範囲である場合、第2族元素を有するチタン酸塩微粒子の接触面が十分に露出しており、トナーに過剰に溜め込まれた電荷をリークさせやすく、チャージアップ抑制効果を発揮する。
なお、被覆率X2は、無機微粒子Aの添加量、粒径、外添条件、トナー粒子の性状を調整することで制御することができる。
該個数平均粒径(D1)が、上記範囲である場合、無機微粒子Aのトナー粒子からの移行を抑制し、規制部材への融着を起点とした規制不良を抑制できる。
該個数平均粒径(D1)は、無機微粒子Aの原材料のモル比や製造条件を調整することで制御することができる。
該固着率が、上記範囲である場合、トナーが規制部材に融着しにくく、また、無機微粒子Aがトナー粒子にしっかりと固着しているため、トナーの過剰な電荷をリークさせやす
い。
該固着率は、無機微粒子Aの添加量、粒径、外添条件、トナー粒子の性状を調整することで制御することができる。
無機微粒子Aの含有量が、上記範囲である場合、被覆率X1と被覆率X2をバランス良く制御できる。
平均円形度が上記範囲であることで、トナー粒子と無機微粒子Aの接触面積を大きくすることができ、トナー粒子から無機微粒子Aが移行しにくくなり、トナーの帯電性をより制御しやすくなる。その結果、長期耐久使用において、現像性の向上、かぶりの発生抑制、規制不良の抑制がより容易になる。
無機微粒子Aの一次粒子の平均円形度は、製造条件を調整することで制御することができる。
また、無機微粒子Aは、ペロブスカイト構造を有することが好ましい。
メタノール濃度が上記範囲にあると、高温高湿環境下での現像性がより向上する。
無機微粒子Aのメタノール/水混合溶媒に対する濡れ性は、無機微粒子Aの表面処理条件を調整することで制御することができる。
チタン酸ストロンチウム微粒子を製造するには、加圧容器を用いる水熱処理ではなく、常圧で反応させる常圧加熱反応法を用いるとよい。
酸化チタン源としてチタン化合物の加水分解物の鉱酸解膠品を用い、ストロンチウム源として水溶性酸性化合物を用いる。そして、それらの混合液に60℃以上でアルカリ水溶液を添加しながら反応させ、次いで酸処理する方法が例示できる。
また、チタン酸ストロンチウム粒子の形状を制御する方法として、乾式で機械的処理を施す方法もある。
酸化チタン源としてはチタン化合物の加水分解物の鉱酸解膠品を用いるとよい。
好ましくは、硫酸法で得られた、SO3含有量が1.0質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下のメタチタン酸を塩酸でpHを0.8以上1.5以下に調整して解膠したものを用いる。これにより、粒度分布が良好なチタン酸ストロンチウム微粒子を得ることができる。
一方、ストロンチウム源としては、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウムなどを使用することができる。アルカリ水溶液としては、苛性アルカリを使用することができるが、中でも水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
該製造方法において、得られるチタン酸ストロンチウム微粒子の粒子径に影響を及ぼす因子としては、酸化チタン源とストロンチウム源の混合割合、反応初期の酸化チタン源濃度、アルカリ水溶液を添加するときの温度及び添加速度などが挙げられる。これらの因子は、目的の粒子径及び粒度分布のチタン酸ストロンチウム微粒子を得るために適宜調整す
ることができる。なお、反応過程に於ける炭酸ストロンチウムの生成を防ぐために窒素ガス雰囲気下で反応させるなど、炭酸ガスの混入を防ぐことが好ましい。
ストロンチウム源は水への溶解度が高いのに対し、酸化チタン源は水への溶解度が低いため、Sr/Ti(モル比)が0.90未満の場合、反応生成物はチタン酸ストロンチウムだけでなく未反応の酸化チタンが残存し易くなる。
反応初期の酸化チタン源の濃度としては、TiO2として0.05モル/L以上1.300モル/L以下であることが好ましく、より好ましくは0.080モル/L以上1.200モル/L以下である。
反応初期の酸化チタン源の濃度を高くすることで、チタン酸ストロンチウム微粒子の一次粒子の個数平均粒径を小さくすることができる。
また、アルカリ水溶液の添加速度は、添加速度が遅いほど大きな粒子径のチタン酸ストロンチウム微粒子が得られ、添加速度が速いほど小さな粒子径のチタン酸ストロンチウム微粒子が得られる。アルカリ水溶液の添加速度は、仕込み原料に対して、0.001当量/h以上1.2当量/h以下であることが好ましく、より好ましくは0.002当量/h以上1.1当量/h以下である。これらは、得ようとする粒子径に応じて適宜調整することができる。
酸処理では、塩酸を用いてpH2.5以上7.0以下に調整することが好ましく、pH4.5以上6.0以下に調整することがより好ましい。
酸としては、塩酸の他に硝酸、酢酸などを酸処理に用いることができる。しかし、硫酸を用いると、水の溶解度が低い硫酸ストロンチウムが発生しやすい。
該カップリング剤にはアミノ基、フッ素などの官能基を導入したカップリング剤を用いてもよい。
該脂肪酸金属塩として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、及びステアリン酸マグネシウムなどが挙げられる。脂肪酸であるステアリン酸などでも同様の効果が得られる。
表面処理の方法は、疎水化剤を溶媒中に溶解、又は分散させ、その中にチタン酸ストロンチウム微粒子を添加し、撹拌しながら溶媒を除去して処理する湿式方法が挙げられる。また、処理剤とチタン酸ストロンチウム微粒子を直接混合して撹拌しながら処理を行う乾式方法を用いてもよい。
具体的には、チタン酸ストロンチウム微粒子が、ブラッグ角をθとしたとき、2θが10°以上90°以下の範囲で得られるCuKαのX線回折スペクトルにおいて、39.700°±0.150°と46.200°±0.150°との範囲にそれぞれピークを有することが好ましい。
この位置にピークを有するチタン酸ストロンチウムは立方晶系に属するペロブスカイト構造を採り、39.700°±0.150°と46.200°±0.150°のピークはそれぞれミラー指数(111)と(200)の格子面に由来する回折ピークである。
一般に立方晶系に属する粒子は、粒子の外観形状として6面体形状を採りやすく、チタン酸ストロンチウム微粒子も製造過程で6面体形状の面方向にあたる(100)面、(200)面を持ちながら粒子が成長する。
我々の検討の結果、6面体形状の面方向にあたる(200)面と、頂点方向にあたる(111)面を持つ、チタン酸ストロンチウム微粒子を用いた場合に良好な特性を示すことを見出した。
そして、詳細な検討の結果、39.700°±0.150°におけるピークの面積をSaとし、46.200°±0.150°におけるピークの面積をSbとしたとき、Sb/Saが、1.80以上2.30以下である場合に、より効果が向上することがわかった。また、該Sb/Saは、1.80以上2.25以下であることが好ましい。
なお、Sb/Saの値が小さいほど、(111)面をしっかりと有する構造になっていると考えている。
該Sb/Saは、チタン酸ストロンチウム微粒子の原材料のモル比や製造条件を調整することで制御することができる。
Sr/Ti(モル比)が、上記範囲であることで、帯電的に負帯電に近いTiの割合が増えることで、帯電分布がシャープになりやすく、長期耐久使用時における、かぶりの発生を抑制しやすく、現像性を良好に保持しやすい。
Sr/Ti(モル比)は、チタン酸ストロンチウム微粒子の原材料のモル比や製造条件を調整することで制御することができる。
好ましくは、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された微粒子であり、乾式製法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。
該乾式製法は、例えば、四塩化ケイ素ガスの酸水素焔中における熱分解酸化反応を利用するもので、基礎となる反応式は次のようなものである。
SiCl4+2H2+02→SiO2+4HCl
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタンなどの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粒子を得ることも可能であり、そのような複合微粒子を用いることもできる。
また、シリカ微粒子は、表面を疎水化処理した処理シリカ微粒子であることが好ましい。
処理シリカ微粒子は、メタノール/水混合溶媒に対する濡れ性試験において、波長780nmの光の透過率が50%の時におけるメタノール濃度が、30体積%以上80体積%以下であることが好ましい。
有機ケイ素化合物としては、以下のものが例示できる。
ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α-クロルエチルトリクロルシラン、β-クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカブタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3-ジフェニルテトラメチルジシロキサン又は1分子当たり2から12個のシロキサン単位を有し、末端に位置する単位のSiに水酸基を1つずつ有するジメチルポリシロキサン。これらは、1種単独で又は2種以上の混合物で用いられる。
また、窒素原子を有する、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジプロピルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、モノブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジオクチルアミノプロピルジメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルジメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルモノメトキシシラン、ジメチルアミノフェニルトリエトキシシラン、トリメトキシシリル-γ-プロピルフェニルアミン、トリメトキシシリル-γ-プロピルベンジルアミンのようなシランカップリング剤。
これらも1種単独で又は2種以上の混合物で用いられる。
上記のうち、有機ケイ素化合物としては、へキサメチルジシラザン(HMDS)が好適に例示できる。
有機ケイ素化合物の処理量は、シリカ微粒子100質量部に対して、0.1質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。上記範囲であれば良好な疎水性が得られやすく、メタノール/水混合溶媒に対する濡れ性を上記の範囲に制御しやすい。
シリコーンオイルによる処理方法としては、例えば、シランカップリング剤で処理されたシリカ微粒子とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーのような混合機を用いて直接混合する方法;ベースとなるシリカ微粒子にシリコーンオイルを噴霧する方法;又は適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解若しくは分散した後、シリカ微粒子を加え混合し溶剤を除去する方法;などが挙げられる。
シリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子は、シリコーンオイルの処理後にシリカを不活性ガス中で200℃以上(より好ましくは250℃以上〉に加熱し、表面の被覆を安定化させることがより好ましい。
シリコーンオイルの処理量は、シリカ微粒子100質量部に対して、1質量部以上40質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以上35質量部以下である。上記範囲であれば良好な疎水性が得られやすい。
その中でも、トナー粒子がほぼ球形に揃いやすく、帯電分布の均一に優れ、さらには軟化点の低い樹脂やシャープメルト性に優れた樹脂粒子を組み込みやすい乳化凝集法や懸濁重合法が好ましく用いられる。
乳化凝集法とは、結着樹脂を分散又は乳化重合などの方法により製造される樹脂微粒子分散体、着色剤を水系媒体中に分散させることで製造される着色剤微粒子分散体、及びその他の成分を、凝集させて凝集粒子を得た(凝集工程)後、該凝集粒子を融合させること(融合工程)でトナー粒子を得る方法である。
用いられる結着樹脂としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α-メチルスチレンなどのスチレン系モノマー類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2-エチルヘキシルなどのアクリル酸エステルモノマー;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2-エチルヘキシルなどのメタクリル酸エステルモノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルニトリル類;ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類の単独重合体又は共重合体(ビニル系樹脂)が挙げられる。
その他、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレンなどのオレフィン類の単独重合体又は共重合体(オレフィン系樹脂);エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂などの非ビニル縮合系樹脂、及びこれら非ビニル縮合系樹脂とビニル系モノマーとのグラフト重合体などが挙げられる。
これらの樹脂は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらのうち、シャープメルト性を有し、かつ低分子量でも強度に優れるポリエステル樹脂が好ましい。
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などが挙げられる。
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などが挙げられる。
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、アントラキノン化合物、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、ペリレン化合物などが挙げられる。
具体的には、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、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254、C.I.ピグメントバイオレット19などが挙げられる。
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、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物などが挙げられる。
具体的には、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、191、194などが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、又は、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、及びシアン着色剤を用い黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合して、さら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、トナー粒子への分散性の観点から選択するとよい。
着色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
一方、結着樹脂を溶剤に溶かして、水系媒体中に乳化剤や高分子電解質などと共にホモジナイザーなどの分散機により粒子状に分散し、その後、加熱又は減圧して溶剤を除去する転相乳化法により、樹脂微粒子分散体を作製してもよい。又は、ビニル系単量体を構成要素とする樹脂微粒子を含む樹脂微粒子分散体の場合は、乳化剤を用いて、乳化重合を実施することで、樹脂微粒子分散体を作製してもよい。
着色剤粒子は公知の方法で分散される。例えば、回転せん断型ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、アトライターなどのメディア式分散機、高圧衝突式の分散機などが好ましく用いられ、特に高圧衝突式の分散機である吉田機械興業社製「ナノマイザー」、スギノマシン社製「アルティマイザー」、Serendip AG製「ナノジナイザーLPNシリーズ」が好ましく用いられる。
アニオン系界面活性剤の具体例としては、ラウリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油ナトリウムなどの脂肪酸セッケン類;オクチルサルフェート、ラウリルサルフェート、ラウリルエーテルサルフェート、ノニルフェニルエーテルサルフェートなどの硫酸エステル類;ラウリルスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、トリイソプロピルナフタレンスルホネート、ジブチルナフタレンスルホネートなどのアルキルナフタレンスルホン酸塩類、;ナフタレンスルホネートホルマリン縮合物、モノオクチルスルホサクシネート、ジオクチルスルホサクシネート、ラウリン酸アミドスルホネート、オレイン酸アミドスルホネートなどのスルホン酸塩類;ラウリルホスフェート、イソプロピルホスフェート、ノニルフェニルエーテルホスフェートなどのリン酸エステル類;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムなどのジアルキルスルホコハク酸塩類;スルホコハク酸ラウリル2ナトリウムなどのスルホコハク酸塩類;などが挙げられる。
カチオン系界面活性剤の具体例としては、ラウリルアミン塩酸塩、ステアリルアミン塩酸塩、オレイルアミン酢酸塩、ステアリルアミン酢酸塩、ステアリルアミノプロピルアミ
ン酢酸塩などのアミン塩類;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルジヒドロキシエチルメチルアンモニウムクロライド、オレイルビスポリオキシエチレンメチルアンモニウムクロライド、ラウロイルアミノプロピルジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート、ラウロイルアミノプロピルジメチルヒドロキシエチルアンモニウムパークロレート、アルキルベンゼントリメチルアンモニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドなどの4級アンモニウム塩類;などが挙げられる。
非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどのアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのアルキルフェニルエーテル類;ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンオレートなどのアルキルエステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミノエーテル、ポリオキシエチレン大豆アミノエーテル、ポリオキシエチレン牛脂アミノエーテルなどのアルキルアミン類;ポリオキシエチレンラウリン酸アミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミドなどのアルキルアミド類;ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル、ポリオキシエチレンナタネ油エーテルなどの植物油エーテル類;ラウリン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミドなどのアルカノールアミド類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエートなどのソルビタンエステルエーテル類;などが挙げられる。
凝集工程では、樹脂微粒子分散体、着色剤微粒子分散体、及びその他の成分を混合した混合液を調製する。ついで、調製された混合液中に含まれる各微粒子を凝集させて、目的とするトナー粒径の凝集粒子を形成させる。このとき、凝集剤を添加混合し、必要に応じて加熱及び/又は機械的動力を適宜加えることにより、樹脂微粒子、着色剤微粒子、及びその他の成分が凝集した凝集粒子を形成させるとよい。
また、必要に応じて、コア凝集粒子の表面にシェル層が形成されたコア/シェル構造を持つ凝集粒子としてもよい。コア/シェル構造を持つ凝集粒子は、例えば、以下のように調製するとよい。
コア凝集粒子を形成する第1の凝集工程として、該混合液中に含まれる各微粒子を凝集させて、凝集粒子を形成し、凝集粒子分散液を調製する。このとき、例えば、pH調整剤、凝集剤、安定剤を混合液中に添加混合し、加熱及び/又は機械的動力を適宜加えることによりコア凝集粒子を形成することができる。
pH調整剤としては、アンモニア、水酸化ナトリウムなどのアルカリ、硝酸、クエン酸などの酸があげられる。
凝集剤としては、ナトリウム、カリウムなどの1価の金属塩;カルシウム、マグネシウムなどの2価の金属塩;鉄、アルミニウムなどの3価の金属塩;メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類があげられる。
安定剤としては、主に極性を有する界面活性剤そのもの又はそれを含有する水系媒体などが挙げられる。例えば、上記各種分散体に含まれる極性を有する界面活性剤がアニオン性の場合には、安定剤としてカチオン性のものを選択することができる。
凝集剤などの添加及び混合は、混合液中に含まれる結着樹脂のガラス転移温度以下で行うのが好ましい。この温度条件下で混合を行うと、凝集が安定した状態で進行する。
混合は、例えば、ホモジナイザー、ミキサーなどを用いて行うことができる。
シェル層を形成するための第2の凝集工程は、第1の凝集工程で得られたコア凝集粒子
の表面に、第2の樹脂微粒子を含む樹脂微粒子分散体を用いて、第2の樹脂微粒子を付着させ、被覆層(シェル層)を形成する工程である。これにより、コア凝集粒子表面にシェル層が形成されたコア/シェル構造を有する凝集粒子が得られる。
なお、第2の樹脂微粒子は、第1の樹脂微粒子と同じであってもよく、異なったものであってもよい。また、第1及び第2の凝集工程は、段階的に複数回に分けて繰り返し実施してもよい。
融合工程は、コア/シェル構造を有する凝集粒子を加熱して融合する工程である。
融合工程に入る前に、トナー粒子間の融着を防ぐため、上記の、pH調整剤、極性を有する界面活性剤、非極性界面活性剤などを適宜投入することができる。
加熱の温度としては、コア/シェル構造を有する凝集粒子に含まれる樹脂のガラス転移温度(樹脂の種類が2種類以上の場合は最も高いガラス転移温度を有する樹脂のガラス転移温度)以上、該樹脂の分解温度以下であればよい。
したがって、加熱温度は、樹脂微粒子を構成する樹脂の種類に応じて異なり、一概に規定することはできないが、一般的にはコア/シェル構造を有する凝集粒子に含まれる樹脂のガラス転移温度以上140℃以下程度である。なお、加熱は、公知の加熱装置を用いて行うことができる。
融合時間は、加熱の温度が高ければ短い時間で足り、加熱の温度が低ければ長い時間が必要である。すなわち、融合時間は、加熱の温度に依存するので一概に規定することはできないが、一般的には30分以上10時間以下程度である。
また、該融合工程は、第1の凝集工程で得られたコア凝集粒子を加熱融合して、コア粒子を得る一次融合工程と、得られたコア粒子の表面に、第2の樹脂微粒子を付着させ、被覆層(シェル層)を形成した後に加熱融合して、コアシェル構造を有する樹脂粒子を得る二次融合工程とを有してもよい。
上記の各工程を経ることにより得られたトナー粒子は、公知の方法に従って固液分離し、トナー粒子を回収し、次いで、適宜の条件で洗浄、乾燥などすることができる。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)は、4.5μm以上7.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上6.5μm以下であることがより好ましい。
<シリカ微粒子の定量方法>
トナー3gを直径30mmのアルミリングに入れ、10トンの圧力でペレットを作製する。
そして、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、珪素(Si)の強度を求める(Si強度-1)。なお、測定条件は使用するXRF装置で最適化されたものであればよいが、一連の強度測定はすべて同一条件で行うこととする。
トナー粒子に、一次粒子の個数平均粒径が12nmのシリカ微粒子を、トナー粒子に対して1.0質量%添加して、コーヒーミルにより混合する。
混合後、上記と同様にペレット化したのちに、上記同様にSiの強度を求める(Si強度-2)。同様の操作を、シリカ微粒子を、トナー粒子に対して2.0質量%、3.0質量%添加混合したサンプルにおいても、Siの強度を求める(Si強度-3、Si強度-4)。Si強度-1~4を用いて、標準添加法によりトナー粒子中のシリカ含有量(質量%)を計算する。
第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の定量は、上記シリカ微粒子の定量方法と同様に、標準添加法により定量する。
第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子として、チタン酸ストロンチウム微粒子を使用する場合は、一次粒子の個数平均粒径が35nmのチタン酸ストロンチウム微粒子を用い
、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、Srの強度を使用して定量する。
他の第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子がトナーに含有されている場合には、上記同様、同種の第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子による標準添加法により、XRFのターゲット元素を適宜選択することで定量する。
トナー表面の、シリカ微粒子による被覆率X1、及び、無機微粒子Aによる被覆率X2は、以下のようにして算出する。
下記装置を下記条件にて使用し、トナーの表面の元素分析を行う。
・測定装置:X線光電子分光装置:Quantum2000(商品名、アルバックファイ株式会社製)
・X線源:モノクロAl Kα
・Xray Setting:100μmφ(25W(15KV))
・光電子取りだし角:45度
・中和条件:中和銃とイオン銃の併用
・分析領域:300×200μm
・Pass Energy:58.70eV
・ステップサイズ:0.125eV
・解析ソフト:Maltipak(PHI社)
次いで、上述のトナーの表面の元素分析と同様にして、シリカ微粒子単体及び無機微粒子A(第2族元素を有するチタン酸塩微粒子)単体の元素分析を行い、ここで得られたSi元素の定量値をY2、Ti元素の定量値をZ2とする。
トナーの表面の、シリカ微粒子による被覆率X1、及び、無機微粒子Aによる被覆率X2は、上記Y1、Y2、Z1、及びZ2を用いて下記式のように定義する。
被覆率X1(%)=Y1/Y2×100
被覆率X2(%)=Z1/Z2×100
なお、本測定の精度を向上させるために、Y1及びY2の測定を、2回以上行うことが好ましい。定量値Y2、Z2を求めるに際して、外添に使用されたシリカ微粒子及び無機微粒子Aを入手できれば、それを用いて測定を行えばよい。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させて、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブに該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノン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)を入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブを、いわき産業社製「KM Shaker」(model: V.SX)にセットし、1分当たり350往復の条件で20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機にて、3500rpm、30分間の条件で遠心分離を行う。
遠心分離後のガラスチューブ内においては、最上層にはトナーが存在し、下層の水溶液側にはシリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩微粒子が存在する。下層の水溶液
を採取して、遠心分離を行い、ショ糖と、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩微粒子とを分離し、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩微粒子を採集する。
必要に応じて、遠心分離を繰り返し行い、分離を十分に行った後、分散液を乾燥し、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩微粒子を採集する。
この採集された外添剤から、遠心分離法を利用してシリカ微粒子と第2族元素を有するチタン酸塩微粒子を選別する。シリカ微粒子と第2族元素を有するチタン酸塩微粒子以外の外添剤が添加されている場合は、同様に遠心分離法によって選別する。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する(トナーの場合も同様に算出する)。測定装置としては、100μmのアパーチャ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)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・コールター社製)を用いる。なお、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。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換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。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)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50000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・コールター社製)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1600μA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チューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
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。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(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/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャ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約30mLを入れる。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)をイオン交換水で約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)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノン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、トナー粒子約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、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50000個になるまで測定を行う。
(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い、重量平均粒径(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」が重量平均粒径(D4)である。
シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の一次粒子の個数平均粒径は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影されるトナーの表面のシリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子画像から算出される。S-4800の画像撮影条件は以下のとおりである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件の設定
シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の一次粒子の個数平均粒径の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は二次電子像と比べて粒子のチャージアップが少ないため、粒径を精度良く測定することができる。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PCSTEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を100000(100k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作をさらに2度繰り返し、ピントを合わせる。
その後、トナー粒子の表面上の100nm以下の少なくとも300個のシリカ微粒子について粒径を測定して、平均粒径を求める。また、第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子についても同様に、100nm以下の少なくとも300個の粒子の粒径を測定して、平均粒径を求める。
ここで、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子は凝集塊として存在するものもあるため、一次粒子と確認できるものの最大径を求め、得られた最大径を算術平均することによって、シリカ微粒子及び第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)を得る。
なお、観察された微粒子がシリカ微粒子または無機微粒子A(第2元素を有するチタン酸塩の微粒子)であるかの判別については、STEM-EDS測定より実施する。
測定条件は以下の通りである。
JEM2800型透過電子顕微鏡:加速電圧200kV
EDS検出器:JED-2300T(日本電子、素子面積100mm2)
EDSアナライザー:Noran System7(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)
X線保存レート:10000~15000cps
デッドタイム:20~30%になるよう電子線量を調整し、EDS分析(積算回数100回or測定時間5min)を実施。
まず、サンプルの準備は以下の通りである。
水洗前トナー:後述する実施例で作製した各種トナーをそのまま用いる。
水洗後トナー:イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブに該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノン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)入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをいわき産業社製「KM Shaker」(model: V.SX)にセットし、1分当たり350往復の条件で、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機にて3500rpm、30分間の条件で遠心分離を行う。
トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラなどで採取する。
採取したトナーを含むスラリーを減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥し、水洗後トナーとする。
これら水洗前トナー及び水洗後トナーを、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、ターゲット元素(第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子としてチタン酸ストロンチウム微粒子を使用した場合は、Sr)の強度を使用することにより、第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の定量を行い、固着率を求める。
なお、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10mm、測定時間10秒とする。
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)を用いる。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する。
例えば、第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子として、チタン酸ストロンチウム微粒子を使用し、ターゲット元素として、Srを用いた場合の式を以下に示す。
(第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子の種類に応じて、適宜ターゲット元素を選択することで同様の方法で算出することが可能である。)
無機微粒子Aの固着率(%)=(水洗後トナーのSr元素の強度)/(水洗前トナーのSr元素の強度)×100
チタン酸ストロンチウム微粒子の回折ピークは、粉末X線回折装置「SmartLab」(株式会社リガク製、試料水平型強力X線回折装置)を用いる。
また、得られたピークからのSb/Saの計算は、上記装置に付属する解析ソフトウェアの「PDXL2(version2.2.2.0)」を使用する。
測定サンプルとしては、トナー又はトナーからチタン酸ストロンチウム微粒子を単離したものを用い、以下の手順で測定する。また、以下の実施例では、製造されたチタン酸ストロンチウム微粒子でも測定している。
(サンプル作製)
測定サンプルは、0.5mm径のBoro-Silicateキャピラリー(W.Muller社製)に均一に入れた後に測定する。
(測定条件)
・管球:Cu
・光学系:CBO-E
・試料台:キャピラリー試料台
・検出器:D/tex Ultra250検出器
・電圧:45kV
・電流:200mA
・開始角度:10°
・終了角度:90°
・サンプリング幅:0.02°
・スピード計測時間設定値:10
・IS:1mm
・RS1:20mm
・RS2:20mm
・アッテネータ:Open
・キャピラリー回転数設定値:100
その他の条件は、装置の初期設定値を使用する。
(解析)
まず、得られたピークを装置付属のソフトウェア「PDXL2」を用いてピーク分離処理を行う。ピーク分離はPDXLで選択できる「分割型Voigt関数」を用いて最適化を実行することで求め、得られた積分強度の値を使用する。
これで回折ピークトップの2θ値とその面積が決定する。所定の2θ値のピーク面積から、Sb/Saを計算する。この際、ピーク分離の計算結果と実測のスペクトルが大きくずれている場合は、ベースラインを手動で設定するなどの処理をして、計算結果と実測のスペクトルが一致するように調整する。
チタン酸ストロンチウム微粒子のSr及びTiの含有量は、波長分散型蛍光X線分析装置(Axios advanced、PANalytical社製)を用いて測定する。PANalytical社で推奨する粉末測定専用のカップに専用フィルムを貼ったものにサンプル1gを秤量し、大気圧He雰囲気下においてFP法にてチタン酸ストロンチウム微粒子におけるNaからUまでの元素を測定する。
その際、検出された元素全てが酸化物であると仮定し、それらの総質量を100%として、ソフトウェアSpectraEvaluation(version 5.0L)にて総質量に対するSrO及びTiO2の含有量(質量%)を酸化物換算値として求める。その後に、定量結果から酸素を除いた、Sr/Ti(質量比)を求めたのちに、各元素の原子量から、Sr/Ti(モル比)に換算する。
なお、サンプルとしては、トナーからチタン酸ストロンチウム微粒子を単離したものを用いる。また、以下の実施例では、製造されたチタン酸ストロンチウム微粒子でも測定している。
無機微粒子A(すなわち、第2族元素を有するチタン酸塩の微粒子)の一次粒子の平均円形度は、透過型電子顕微鏡「JEM-2800」(日本電子株式会社)を用いて行う。無機微粒子Aが外添されたトナーを観察し以下のように算出する。
観察倍率は無機微粒子Aの大きさによって適宜調整する。
最大20万倍に拡大した視野において、画像処理ソフト「Image-Pro Plus5.1J」(MediaCybernetics社製)を使用し、ランダムに100個の無機微粒子Aの円相当径と粒子の周囲長を測定して、平均円形度を算出する。円相当径とは、粒子の投影面積と同じ面積の円の直径である。
円形度は下記式にて算出し、その相加平均値を平均円形度とする。
円形度=円相当径×3.14/粒子の周囲長
なお、観察された微粒子が無機微粒子A、すなわち、第2元素を有するチタン酸塩の微粒子であるかの判別については、STEM-EDS測定より実施する。測定条件は、上記の方法に示した通りである。
無機微粒子A及びシリカ微粒子の疎水化度(体積%)は、粉体濡れ性試験機「WET-100P」(レスカ社製)によって測定する。
直径5cm及び厚さ1.75mmの円筒型ガラス容器中に、フッ素樹脂コーティングされた長さ25mm及び最大胴径8mmの紡錘型回転子を入れる。
上記円筒型ガラス容器中にメタノール50体積%と水50体積%とからなる含水メタノール液70mLを入れる。その後、トナーから単離した無機微粒子A又はシリカ微粒子0.5gを添加し、粉体濡れ性試験機にセットする。
マグネティックスターラーを用いて、200rpmの速度で撹拌しながら、上記粉体濡れ性試験機を通して、メタノールを0.8mL/分の速度で液中に添加する。
波長780nmの光で透過率を測定し、透過率が50%に達した時のメタノールの体積百分率(=(メタノールの体積/混合物の体積)×100)により表される値を疎水化度とする。試料の疎水化度に応じて、最初のメタノールと水の体積比率は適宜調整する。また、以下の実施例では、製造された無機微粒子A及びシリカ微粒子でも測定している。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A1(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.083モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を
続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A2(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.015モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A3(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度0.988モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を
続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A4(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで15分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A5(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで5分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を
続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A6(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.07となるよう2.01モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A7(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.35となるよう2.54モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を
続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A8(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.35となるよう2.54モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを70℃に調整し、固形分に対して4.0質量%のステアリン酸ナトリウムを添加して1時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A9(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.35となるよう2.54モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品を、ハイブリタイザー(奈良機械社製)を用い、6,000回転で3分間の処理を3回行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A10(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加え
pH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度1.039モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A11(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸チタニル水溶液を加水分解して得られたメタチタン酸スラリーをアルカリ水溶液で洗浄した。
次に、メタチタン酸スラリーに塩酸を添加して、pHを0.65に調整してチタニアゾル分散液を得た。
チタニアゾル分散液にNaOHを添加し、分散液のpHを4.5に調整し、上澄み液の電気伝導度が70μS/cmになるまで洗浄を繰り返した。
メタチタン酸スラリーに対して、0.97倍モル量の水酸化ストロンチウム八水和物を加えてステンレス製反応容器に入れ、窒素ガス置換した。
さらに、TiO2換算で0.5モル/Lになるように蒸留水を加えた。窒素雰囲気中で該スラリーを83℃まで6.5℃/時間で昇温し、83℃に到達してから6時間反応を行った。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥し、無機微粒子A12(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.85モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.0とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として1.88モルを採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、Sr/Ti(モル比)で1.15となるよう2.16モル添加した後、TiO2濃度0.960モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、10モル/L水酸化ナトリウム水溶液440mLを45分間かけて添加し、その後、95℃で1時間撹拌を続け反応を終了した。当該反応スラリーを50℃まで冷却し、pH5.0となるまで塩酸を加え20分撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄し、ろ過・分離後、120℃の大気中で8時間乾燥した。
続いて乾燥品300gを、乾式粒子複合化装置(ホソカワミクロン製 ノビルタNOB-130)に投入した。処理温度30℃、回転式処理ブレード90m/secで10分間処理を行った。
さらに乾燥品にpH0.1となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した。
当該沈殿を含むスラリーを40℃に調整し、塩酸を加えpH2.5に調整した後、固形分に対して4.0質量%のn-オクチルトリエトキシシランを添加し10時間撹拌保持を続けた。5モル/L水酸化ナトリウム溶液を加えpH6.5に調整し1時間撹拌を続けた後、ろ過・洗浄を行い得られたケーキを120℃の大気中で8時間乾燥し無機微粒子A13(チタン酸ストロンチウム微粒子)を得た。
0.92モル/LのNaOH水溶液を約90℃に保持し、40℃に加熱保持したTiCl4水溶液(TiCl4濃度が0.472モル/L)と、予め未溶解分を除去し約95℃に加熱保持したBaCl2/NaOH水溶液(BaCl2濃度が0.258モル/L、NaOH濃度が2.73モル/L)とを、反応容器内に連続的に供給した。混合水溶液の温度を約90℃で一定とし、2分間撹拌して粒子状のチタン酸バリウムを生成した。熟成後、デカンテーションを行って上澄みと沈殿物を分離し洗浄して固体反応物を回収した。回収した固体反応物を大気雰囲気下において100℃で加熱することにより乾燥した。さらに700℃に5分加熱して無機微粒子A14(チタン酸バリウム微粒子)を得た。
撹拌機付き反応器に、一次粒子の個数平均粒径12nmの未処理の乾式シリカを投入し、撹拌による流動化状態において、200℃に加熱した。
反応器内部を窒素ガスで置換して反応器を密閉し、乾式シリカ100部に対し、25部のジメチルシリコーンオイル(粘度=100mm2/秒)を噴霧し、30分間攪拌を続けた。その後、攪拌しながら300℃まで昇温して、さらに2時間攪拌した後に取り出し、解砕処理を実施し、シリカ微粒子1を得た。なお、シリカ微粒子1の疎水化度は93(体積%)であった。
シリカ微粒子1の製造例において、一次粒子の個数平均粒径6nmの未処理の乾式シリカを使用する以外は同様にして、シリカ微粒子2を作製した。なお、シリカ微粒子2の疎水化度は92(体積%)であった。
シリカ微粒子1の製造例において、一次粒子の個数平均粒径45nmの未処理の乾式シリカを使用する以外は同様にして、シリカ微粒子3を作製した。なお、シリカ微粒子3の疎水化度は94(体積%)であった。
アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンRK)0.15部、及びN,N-ジメチルアミノエタノール(塩基性物質)3.15部を、イオン交換水(水系媒体)146.70部に溶解して分散媒体液を調製した。
この分散媒体液を350mLの耐圧丸底ステンレス容器に入れ、続いて「ポリエステル樹脂A」〔組成(モル比)/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:ポリオキシエチレン(2.0)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン:テレフタル酸:フマル酸:トリメリット酸=25:25:26:20:4、数平均分子量(Mn):3,500、重量平均分子量(Mw):10,300、Mw/Mn:2.9、軟化点(Tm):96℃、ガラス転移開始温度(Tig):53℃、ガラス転移終了温度(Teg):58℃〕の粉砕物(粒径1~2mm)150部を投入し混合した。
次に、高速剪断乳化装置クレアミックス(エム・テクニック社製:CLM-2.2S)を上記耐圧丸底ステンレス容器に密閉接続した。容器内の混合物を、115℃、0.18MPaに加温加圧しながら、クレアミックスのローター回転数を18,000r/minとし30分間剪断分散した。
その後、50℃になるまで、18,000r/minの回転を維持しながら、2.0℃/分の冷却速度で冷却を行い、樹脂微粒子分散体1を得た。
電子顕微鏡観察(10,000倍)の結果、樹脂微粒子の短径の平均は0.22μm、長径の平均は0.56μm、長径/短径の平均は2.72であり、長径/短径が1.5~10の粒子の割合が98%であり、1.5より小さい粒子の割合が2%であった。
また、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製:LA-950)を用いて測定された樹脂微粒子の体積分布基準のメジアン径(D50)は0.22μmであり、95%粒子径は0.27μmであった。
・ポリエステル樹脂E 60.0部
〔組成(モル比)/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:エチレングリコール:テレフタル酸:マレイン酸:トリメリット酸=35:15:33:15:2、Mn:4,600、Mw:16,500、ピーク分子量(Mp):10,400、Mw/Mn:3.6、Tig:64℃、Teg:70℃、酸価:13mgKOH/g〕
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンRK) 0.3部
・N,N-ジメチルアミノエタノール 1.5部
・テトラヒドロフラン 200.0部
以上を混合及び溶解し、超高速撹拌装置T.K.ロボミックス(プライミクス社製)を用いて4000r/minで撹拌した。さらに、イオン交換水180部を滴下し、樹脂微粒子分散体2を得た。
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製:LA-950)を用いて測定された樹脂微粒子の体積分布基準のメジアン径は0.18μmであり、95%粒子径は0.25μmであった。
・シアン顔料 100.0部
(Pigment Blue 15:3、大日精化社製)
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンRK) 15.0部
・イオン交換水 885.0部
以上を混合及び溶解し、高圧衝撃式分散機ナノマイザー(吉田機械興業社製)を用いて約1時間分散して、着色剤を分散させてなる着色剤微粒子分散体(固形分濃度10質量%)を調製した。着色剤微粒子の体積分布基準のメジアン径は0.2μmであった。
・エステルワックス(ベヘン酸ベヘニル、融点75℃) 100.0部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンRK) 10.0部
・イオン交換水 880.0部
以上を撹拌装置付きの容器に投入した後、90℃に加熱し、クレアミックスWモーション(エム・テクニック社製)を用い、循環しながらローター外径が3cm、クリアランスが0.3mmの剪断撹拌部位にて、ローター回転数19,000r/min、スクリーン回転数19,000r/minの条件にて撹拌し、60分間分散処理した。その後、ローター回転数1,000r/min、スクリーン回転数0r/min、冷却速度10℃/minの冷却処理条件にて40℃まで冷却することで、ワックス微粒子分散体(固形分濃度10質量%)を得た。ワックス微粒子の体積分布基準のメジアン径は0.15μmであった。
・樹脂微粒子分散体1 40.0部
・着色剤微粒子分散体 10.0部
・ワックス微粒子分散体 20.0部
・1質量%塩化カルシウム水溶液 20.0部
・イオン交換水 110.0部
上記を、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて混合及び分散させた後、ウォーターバス中で45℃まで撹拌翼にて撹拌しながら加熱した。45℃で1時間保持した後、光学顕微鏡にて観察すると、平均粒径が約5.5μmである凝集粒子が形成されていることが確認された(凝集工程)。
5質量%クエン酸三ナトリウム水溶液40.0部を加えた後、撹拌を継続しながら85℃まで昇温して120分間保持し、融合したコア粒子を含有する水系分散体を得た(一次融合工程)。コア粒子の粒径を測定したところ、重量平均粒径(D4)は5.5μmであった。
次いで、撹拌を継続しながら、ウォーターバス内に水を入れ、コア粒子の水系分散体を25℃まで冷却した。
次いで、12.1部の樹脂微粒子分散体2を添加した。その後、10分間撹拌を行い、さらに2質量%塩化カルシウム水溶液60.0部を滴下し、35℃に昇温した。この状態で、随時、液を少量抽出し、2μmのマイクロフィルターに通し、ろ液が透明になるまで、35℃で撹拌を継続した。
ろ液が透明になり、コア粒子に樹脂微粒子が付着し、シェル付着体が形成されたのを確認後、シェル付着体の水系分散体を40℃に昇温して1時間撹拌した後、5質量%クエン酸三ナトリウム水溶液35.0部を添加し、65℃に昇温して3.0時間撹拌を行った(二次融合工程)。
その後、得られた液を25℃まで冷却した後、ろ過・固液分離した後、800部のイオン交換水を固形分に加え30分間撹拌洗浄した。その後、再びろ過・固液分離を行った。以上のようにろ過と洗浄を、残留界面活性剤の影響を排除するため、ろ液の電気伝導度が
150μS/cm以下となるまで繰り返した。
次に、得られた固形分を乾燥させることにより、トナー粒子1を得た。トナー粒子1の重量平均粒径(D4)は6.4μmであった。
四つ口容器中にイオン交換水710部と0.1モル/LのNa3PO4水溶液850部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/LのCaCl2水溶液68部を徐々に添加し、微細な分散安定剤を含む水系分散媒体を調製した。
・スチレン 124部
・n-ブチルアクリレート 36部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 13部
・ポリエステル樹脂 10部
(テレフタル酸-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)共重合体、酸価:10mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg):70℃、重量平均分子量(Mw):10500)
・荷電制御剤(ボントロンE88:オリエント化学工業社製) 2部
・フィッシャートロプシュワックス(融点:78℃) 15部
上記材料を、アトライタ(日本コークス工業株式会社製)を用いて3時間撹拌し、各成分を重合性単量体中に分散させ、単量体混合物を調製した。
単量体混合物に重合開始剤である1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート20.0部(トルエン溶液50%)を添加し、重合性単量体組成物を調製した。
重合性単量体組成物を水系分散媒体中に投入し、撹拌機の回転数を9000rpmに維持しつつ5分間造粒した。その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内部温度を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら6時間反応させた。
次いで、容器内を温度80℃に昇温して4時間維持し、その後冷却し、スラリーを得た。スラリーを含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、ろ別、洗浄、乾燥してトナー粒子2を得た。得られたトナー粒子2の重量平均粒径(D4)は6.3μmであった。
得られたトナー粒子1(100部)に対して、無機微粒子A1(1.2部)と、シリカ微粒子1(2.5部)となる量で、該微粒子をFM10C(日本コークス工業株式会社製)によって外添混合した。
外添条件は、トナー粒子の仕込み量:1.8kg、回転数:3600rpm、外添時間:30分で行った。
その後、目開き200μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。トナー1の物性は表3に示す。また、トナー1におけるシリカ微粒子1および無機微粒子A1の含有量は、表2に示す製造時の添加量と同じであった。
トナー1の製造例において、使用するトナー粒子、シリカ微粒子の種類及び添加量、無機微粒子Aの種類及び添加量、外添方法を表2の記載に変更した以外は、同様にしてトナー2~24、及び、比較トナー1~5を得た。トナー2~24、及び、比較トナー1~5の物性を表3に示す。また、トナー2~24、及び、比較トナー1~5におけるシリカ微粒子および無機微粒子Aの含有量は、表2に示す製造時の添加量と同じであった。
表3中において、
シリカ微粒子の粒径は、シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)を、
無機微粒子Aの粒径は、無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径(D1)を、
無機微粒子Aの平均円形度は、無機微粒子Aの一次粒子の平均円形度を、それぞれ意味する。
トナー1について、下記評価方法を用い、下記基準で評価した。
評価機としてLBP7700C(キヤノン社製)の改造機を使用し、シアンカートリッジにトナー1を詰替え、本体のプロセススピードを350mm/secに改造した。また、カートリッジの小型化を想定し、カートリッジ内のトナー担持体の直径をφ9mmに変更した。
画像濃度は、帯電安定性の影響を受けやすい高温高湿環境下(30℃/80%RH)で評価を行った。評価紙として、XEROX4200用紙(XEROX社製75g/m2)を用いた。
高温高湿環境下において、トナーに対して厳しい長期間の繰り返し使用試験を想定し、印字率1%となる横線パターン画像を5秒ごとに2枚出力する間欠耐久を15000枚実施し、15000枚目の画像濃度を測定した。画像濃度は、5mm丸のベタ画像を出力し、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、反射濃度として測定した。
数値が大きいほど現像性が良いことを示す。評価基準は以下のとおりである。
(評価基準)
A:画像濃度が1.40以上
B:画像濃度が1.35以上1.40未満
C:画像濃度が1.20以上1.35未満
D:画像濃度が1.20未満
カブリは、トナーがチャージアップしやすい低温低湿環境下(15℃/10%RH)で評価した。評価紙として、XEROX4200用紙(XEROX社製75g/m2)を用いた。
低温低湿環境下において、トナーに対して厳しい長期間の繰り返し使用試験を想定し、印字率1%となる横線パターン画像を5秒ごとに2枚出力する間欠耐久を15000枚実施した。
その後、ベタ白画像を出力して、白地部反射濃度最悪値をDs、画像形成前の転写材の反射平均濃度をDrとし、Dr-Dsをかぶり値とした。
白地部反射濃度の測定は、反射濃度計(リフレクトメーター モデル TC-6DS 東京電色社製)を用い、フィルターには、アンバーライトフィルターを用いた。
数値が小さいほどカブリレベルが良いことを示す。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
A:1.0%未満
B:1.0%以上2.0%未満
C:2.0%以上3.0%未満
D:3.0%以上
規制不良は、トナーがチャージアップしやすく、無機微粒子Aが規制部材に融着しやすい低温低湿環境下(15℃/10%RH)で評価した。評価紙として、XEROX4200用紙(XEROX社製75g/m2)を用いた。
カブリの評価で15000枚の画像を出力した後、トナーの載り量が0.2mg/cm2であるハーフトーン画像を作成し、画像上に現れた斑点上スジ及びトナー塊の量で評価した。
(評価基準)
A:未発生
B:斑点状のスジはないが、2、3か所の小さなトナー塊がある
C:端部に斑点状スジが若干ある、又は4、5個の小さなトナー塊がある
D:全面に斑点状のスジがある、又は5か所以上の小さなトナー塊、又は明らかなトナー塊がある
低温定着性は、トナーが可塑化されにくく、定着されにくい、低温低湿環境下(15℃/10%RH)で評価した。評価紙として、Business4200(秤量105g/m2、Xerox社製)を用い、トナーの載り量を0.20mg/cm2としたハーフトーン画像を作像し、定着温度を150~200℃の範囲で変調して定着を行った。
4.9KPaの荷重をかけつつ柔和な薄紙(商品名「ダスパー」、小津産業(株)製)
により、得られた定着画像を5往復摺擦し、下記式により画像濃度の低下率(%)を算出し、低下率が10%以下となった温度を定着開始温度とした。なお、画像濃度はカラー反射濃度計(X-RITE 404A:X-Rite Co.製)で測定した。
濃度低下率=(摺擦前の画像濃度-摺擦後の画像濃度)×100/摺擦前の画像濃度
(評価基準)
A:160℃未満
B:160℃以上165℃未満
C:165℃以上170℃未満
D:170℃以上
トナー2~24、及び、比較トナー1~5を用いて、実施例1と同様の各評価を行った。評価結果を表4に示す。なお、実施例4、5、8、9、12、13、15、18~21、23、及び24を、それぞれ参考例4、5、8、9、12、13、15、18~21、23、及び24とする。
Claims (5)
- トナー粒子と、外添剤と、を含有するトナーであって、
該外添剤が、無機微粒子Aと、シリカ微粒子と、を含有し、
該無機微粒子Aが、チタン酸ストロンチウム微粒子であって、Sr/Ti(モル比)が0.70以上0.85以下であり、
該トナーの走査型電子顕微鏡による表面観察において、
該シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径が、5nm以上50nm以下であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径が、10nm以上47nm以下であり、
X線光電子分光装置により求められる、該トナーの表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が、72面積%以上95面積%以下であり、
該無機微粒子Aの該トナー粒子に対する固着率が、54%以上100%以下であり、
X線光電子分光装置により求められる、該トナーの表面の該無機微粒子Aによる被覆率X2が、9面積%以上25面積%以下であることを特徴とするトナー。 - 前記無機微粒子Aの含有量が、前記トナー粒子100質量部に対して、0.5質量部以上3.5質量部以下である、請求項1に記載のトナー。
- 前記無機微粒子Aの一次粒子の平均円形度が、0.700以上0.920以下である、請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記無機微粒子Aは、メタノール/水混合溶媒に対する濡れ性試験において、波長780nmの光の透過率が50%の時におけるメタノール濃度が、60体積%以上95体積%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記チタン酸ストロンチウム微粒子は、
ブラッグ角をθとしたとき、2θが10°以上90°以下の範囲で得られるCuKαのX線回折スペクトルにおいて、
39.700°±0.150°と46.200°±0.150°との範囲にそれぞれピークを有する、請求項1~4のいずれか一項に記載のトナー。
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