JP7352139B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、トナーに関する。
トナー(特に静電潜像現像用トナー)は、トナー母粒子を備えるトナー粒子を含む。トナー母粒子は、結着樹脂を含有する。結着樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂が用いられている。また、結着樹脂としては、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有するブロックポリマーを用いることも提案されている(特許文献1及び2)。
特開2010-128466号公報 特開2002-304006号公報
しかし、本発明者の検討により、特許文献1及び2に記載のブロックポリマーを用いたトナーは、低温定着性及び耐ホットオフセット性において改善の余地があることが明らかになった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れるトナーを提供することである。
本発明に係るトナーは、トナー粒子を含む。前記トナー粒子は、トナー母粒子を備える。前記トナー母粒子は、結着樹脂と、磁性粉とを含有する。前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとを含む。前記ブロックポリマーは、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、前記ポリエステル部位及び前記ビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有する。前記連結部位は、ビニル基と、カルボキシ基及びアルコール性水酸基のうち少なくとも1種とを有する特定化合物に由来する。前記磁性粉は、八面体構造を有する。
本発明に係るトナーは、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れる。
本発明に係るトナーが含むトナー粒子の一例を示す模式的断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、トナーは、トナー粒子の集合体(例えば粉体)である。外添剤は、外添剤粒子の集合体(例えば粉体)である。粉体(より具体的には、トナー粒子の粉体、外添剤粒子の粉体等)に関する評価結果(形状、物性等を示す値)は、何ら規定していなければ、粉体から粒子を相当数選び取って、それら粒子の各々について測定した値の個数平均である。
粉体の体積中位径(D50)の測定値は、何ら規定していなければ、ベックマン・コールター株式会社製「コールターカウンターマルチサイザー3」を用いてコールター原理(細孔電気抵抗法)に基づき測定した値である。
粉体の個数平均1次粒子径は、何ら規定していなければ、走査型電子顕微鏡を用いて測定した1次粒子の円相当径(ヘイウッド径:1次粒子の投影面積と同じ面積を有する円の直径)の個数平均値である。粉体の個数平均1次粒子径は、例えば100個の1次粒子の円相当径の個数平均値である。なお、粒子の個数平均1次粒子径は、特に断りがない限り、粉体中の粒子の個数平均1次粒子径を指す。
帯電性は、何ら規定していなければ、摩擦帯電における帯電性を意味する。摩擦帯電における正帯電性の強さ(又は負帯電性の強さ)は、公知の帯電列などで確認できる。
材料の「主成分」は、何ら規定していなければ、質量基準で、その材料に最も多く含まれる成分を意味する。
疎水性の強さ(又は親水性の強さ)は、例えば水滴の接触角(水の濡れ易さ)で表すことができる。水滴の接触角が大きいほど疎水性が強い。
融点(Mp)の測定値は、何ら規定していなければ、示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC-6220」)を用いて測定される吸熱曲線(縦軸:熱流(DSC信号)、横軸:温度)中の最大吸熱ピークの温度である。この吸熱ピークは、結晶化部位の融解に起因して現れる。
ガラス転移点(Tg)は、何ら規定していなければ、示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC-6220」)を用いて「JIS(日本産業規格)K7121-2012」に従って測定した値である。示差走査熱量計で測定された吸熱曲線(縦軸:熱流(DSC信号)、横軸:温度)において、ガラス転移に起因する変曲点の温度(詳しくは、ベースラインの外挿線と立ち下がりラインの外挿線との交点の温度)が、Tg(ガラス転移点)に相当する。
数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)の各々の測定値は、何ら規定していなければ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定した値である。
酸価及び水酸基価の各々の測定値は、何ら規定していなければ、「JIS(日本産業規格)K0070-1992」に従い測定した値である。
ブロックポリマーとは、線状に連結した複数のブロックで構成されたポリマーをいう。
以下、化合物名の後に「系」を付けて、化合物及びその誘導体を包括的に総称する場合がある。化合物名の後に「系」を付けて重合体名を表す場合には、重合体の繰り返し単位が化合物又はその誘導体に由来することを意味する。アクリル及びメタクリルを包括的に「(メタ)アクリル」と総称する場合がある。アクリロニトリル及びメタクリロニトリルを包括的に「(メタ)アクリロニトリル」と総称する場合がある。
<トナー>
本発明の実施形態に係るトナーは、トナー粒子を含む。トナー粒子は、トナー母粒子を備える。トナー母粒子は、結着樹脂と、磁性粉とを含有する。結着樹脂は、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとを含む。ブロックポリマーは、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有する。連結部位は、ビニル基と、カルボキシ基及びアルコール性水酸基のうち少なくとも1種とを有する特定化合物(以下、両反応性モノマーと記載することがある)に由来する。磁性粉は、八面体構造を有する。
本発明のトナーは、例えば正帯電性を有する磁性トナー(一成分現像剤)として、静電潜像の現像に好適に用いることができる。
本発明のトナーは、上述の構成を備えることにより、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れる。その理由を以下に説明する。本発明のトナーが備えるトナー母粒子は、結着樹脂としてポリエステル樹脂を含有するため、低温定着性に優れる。また、トナー母粒子は、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を有するブロックポリマーと、磁性粉とを含有する。ブロックポリマーは、ビニルポリマー部位を介して磁性粉と吸着する。これは、ビニルポリマー部位は、ポリエステル樹脂及びポリエステル部位との親和性が低く、磁性粉との親和性が相対的に高いためである。一方、ブロックポリマー中のポリエステル部位は、他のブロックポリマー中のポリエステル部位と相互作用する。これらの結果、磁性粉及びブロックポリマーが、トナー母粒子中に三次元網目構造を形成する。この三次元網目構造において、磁性粉は架橋点として機能する。ここで、トナー母粒子の含有する磁性粉は、八面体構造を有するため、球状の磁性粉と比較して、同一粒子径であれば比表面積が大きく、かつ表面が平坦である。そのため、磁性粉が八面体構造を有することで、ブロックポリマーがビニルポリマー部位を介して磁性粉と吸着し易くなり、その結果、上述の三次元網目構造が形成され易くなる。三次元網目構造は、トナー粒子の高温での溶融を適度に抑制し、本発明のトナーの低温定着性をあまり低下させずに耐ホットオフセット性を向上させる。その結果、本発明のトナーは、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れる。
なお、従来のトナーにおいては、結着樹脂としてポリエステル樹脂及びビニル樹脂を併用することは好ましくない。結着樹脂としてポリエステル樹脂及びビニル樹脂を併用した従来のトナーは、スミアが発生する傾向があるためである。ここで、スミアとは、印刷物を重ね合わせることで印刷物同士が擦れた際に、特定の印刷物の表面に定着していたトナー成分が剥離して別の印刷物の表面に付着する現象をいう。結着樹脂としてポリエステル樹脂及びビニル樹脂を併用した従来のトナーでスミアが発生する理由は、以下の通りである。ポリエステル樹脂及びビニル樹脂は、親和性が低い。そのため、結着樹脂としてポリエステル樹脂及びビニル樹脂を併用した従来のトナーは、印刷物の表面に定着する際に、ポリエステル樹脂及びビニル樹脂が相分離し、界面が形成される傾向がある。画像に界面が形成された印刷物は、他の印刷物と擦れた際に、上述の界面が起点となって画像からトナー成分が剥離し、スミアが発生する。
これに対し、本発明のトナーが備えるトナー母粒子は、ポリエステル樹脂及びビニル樹脂に加え、ブロックポリマーを含有する。ブロックポリマーは、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を有するため、ポリエステル樹脂及びビニル樹脂の相溶性を向上させる。そのため、本発明のトナーは、スミアを抑制できる。
以下、トナーの詳細を更に説明する。なお、以下に記載する各成分については、特に断りのない限り、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[トナー粒子]
図1は、トナーに含まれるトナー粒子1の一例を示す。図1に示すトナー粒子1は、トナー母粒子2と、トナー母粒子2の表面に付着した外添剤とを備える。外添剤は、外添剤粒子3を備える。
但し、本発明に係るトナーの含むトナー粒子は、図1に示すトナー粒子1とは異なる構造であってもよい。具体的には、トナー粒子は、外添剤を含んでいなくてもよい。以上、本発明に係るトナーに含まれるトナー粒子の詳細について、図1を基に説明した。
<トナー母粒子>
トナー母粒子は、結着樹脂と、磁性粉とを含有する。トナー母粒子は、必要に応じて、内添剤(例えば、着色剤、離型剤及び電荷制御剤の少なくとも1つ)を更に含有してもよい。トナー母粒子の製造方法としては、粉砕法及び凝集法が挙げられ、粉砕法が好ましい。
良好な画像を形成する観点から、トナー母粒子の体積中位径(D50)としては、4μm以上9μm以下が好ましい。
[結着樹脂]
トナー母粒子は、例えば主成分として結着樹脂を含有する。結着樹脂は、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとを含有する。
結着樹脂の酸価としては、10.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下が好ましく、10.0mgKOH/g以上20.0mgKOH/g以下がより好ましい。ここで、八面体構造を有する磁性粉は、製造時にアルカリ処理が施されているため、表面がアルカリ性を有する傾向がある。そのため、結着樹脂の酸価を10.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下と比較的高くすることで、磁性粉の表面が中和され、ポリエステル樹脂又はブロックポリマー中のポリエステル部位との親和性がより低下し、一方でブロックポリマー中のビニルポリマー部位との親和性が増大する。その結果、上述の三次元網目構造が形成され易くなり、本発明のトナーの耐ホットオフセット性をより向上できる。
結着樹脂の酸価は、例えば、結着樹脂に含まれるポリエステル樹脂の含有割合及び酸価によって調整される。ポリエステル樹脂の酸価は、ポリエステル樹脂を合成するために使用されるカルボン酸の種類又は量を変更することにより調整することができる。具体的には、一分子中に含まれるカルボキシ基の数が多いカルボン酸(例えば、3価以上のカルボン酸)を用いることで、合成されるポリエステル樹脂の酸価を増大させることができる。また、ポリエステル樹脂の酸価は、アルコールの添加量に対するカルボン酸の添加量を多くすることでも増大させることができる。
結着樹脂の水酸基価としては、15.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下が好ましく、20.0mgKOH/g以上25.0mgKOH/g以下がより好ましい。
結着樹脂において、ビニル樹脂と、ブロックポリマーにおけるビニルポリマー部位との合計質量の割合(100×(ビニル樹脂の質量+ビニルポリマー部位の質量)/結着樹脂の質量)としては、0.5質量%以上25.0質量%以下が好ましく、5.0質量%以上15.0質量%以下がより好ましい。上述の割合を0.5質量%以上とすることで、本発明のトナーの耐ホットオフセット性をより向上できる。上述の割合を25.0質量%以下とすることで、本発明のトナーの低温定着性をより向上できる。
結着樹脂において、ブロックポリマーにおける連結部位の割合としては、0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
結着樹脂において、ポリエステル樹脂と、ブロックポリマーにおけるポリエステル部位との合計質量の割合(100×(ポリエステル樹脂の質量+ポリエステル部位の質量)/結着樹脂の質量)としては、75.0質量%以上99.5質量%以下が好ましく、85.0質量%以上95.0質量%以下がより好ましい。上述の割合を75.0質量%以上とすることで、本発明のトナーの低温定着性をより向上できる。上述の割合を99.5質量%以下とすることで、本発明のトナーの耐ホットオフセット性をより向上できる。
結着樹脂のガラス転移点(Tg)としては、40.0℃以上90.0℃以下が好ましく、50.0℃以上65.0℃以下がより好ましい。結着樹脂の軟化点(Tm)としては、80.0℃以上130.0℃以下が好ましく、100.0℃以上110.0℃以下がより好ましい。
結着樹脂の数平均分子量(Mn)としては、1000以上3000以下が好ましく、1200以上1500以下がより好ましい。結着樹脂の質量平均分子量(Mn)としては、5000以上50000以下が好ましく、10000以上18000以下がより好ましい。結着樹脂の数平均分子量(Mn)に対する質量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)としては、5.0以上20.0以下が好ましく、9.0以上12.0以下がより好ましい。
(ポリエステル樹脂)
ポリエステル樹脂は、1種以上の多価アルコールと1種以上の多価カルボン酸とを縮重合させることで得られる。ポリエステル樹脂を合成するためのアルコールとしては、例えば以下に示すような、2価アルコール(より具体的には、ジオール類、ビスフェノール類等)、及び3価以上のアルコールが挙げられる。ポリエステル樹脂を合成するためのカルボン酸としては、例えば以下に示すような、2価カルボン酸、及び3価以上のカルボン酸が挙げられる。なお、多価カルボン酸の代わりに、縮重合によりエステル結合を形成できる多価カルボン酸誘導体(例えば、多価カルボン酸の無水物、及び多価カルボン酸ハライド)を使用してもよい。
ジオール類の好適な例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2-ブテン-1,4-ジオール、1,5-ペンタンジオール、2-ペンテン-1,5-ジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、1,4-ベンゼンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリテトラメチレングリコールが挙げられる。
ビスフェノール類の好適な例としては、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、及びビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物が挙げられる。
3価以上のアルコールの好適な例としては、ソルビトール、1,2,3,6-ヘキサンテトロール、1,4-ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、グリセロール、ジグリセロール、2-メチルプロパントリオール、2-メチル-1,2,4-ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、及び1,3,5-トリヒドロキシメチルベンゼンが挙げられる。
2価カルボン酸の好適な例としては、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、アゼライン酸、マロン酸、コハク酸、アルキルコハク酸(より具体的には、n-ブチルコハク酸、イソブチルコハク酸、n-オクチルコハク酸、n-ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸等)、及びアルケニルコハク酸(より具体的には、n-ブテニルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n-オクテニルコハク酸、n-ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸等)が挙げられる。
3価以上のカルボン酸の好適な例としては、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ブタントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,3-ジカルボキシ-2-メチル-2-メチレンカルボキシプロパン、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシ)メタン、1,2,7,8-オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、及びエンポール三量体酸が挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、テレフタル酸と、イソフタル酸と、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物と、エチレンエチレングリコールとの縮重合物、又はセバシン酸と、ドデカン二酸と、1,4-ブタンジオールと、1,6-ヘキサンジオールとの縮重合物が好ましい。
[ビニル樹脂]
ビニル樹脂は、ビニル化合物を含む単量体の重合体である。ビニル化合物とは、ビニル基(CH2=CH-)、又はビニル基中の水素が置換された基を有する化合物である(但し、両反応性モノマーに該当する化合物を除く)。ビニル化合物は、ビニル基又はビニル基中の水素が置換された基に含まれる炭素-炭素二重結合(C=C)により付加重合し、ビニル樹脂を形成する。
ビニル化合物としては、例えば、スチレン系化合物、(メタ)アクリル酸アルキルエステル及び(メタ)アクリル酸フェニルエステルが挙げられる。また、ビニル化合物としては、例えば、(メタ)アクリロニトリル及び塩化ビニルも挙げられる。
スチレン系化合物としては、例えば、スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-フェニルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-t-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、及びp-n-ドデシルスチレンが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、及び(メタ)アクリル酸ラウリルが挙げられる。
(メタ)アクリル酸フェニルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸フェニルが挙げられる。
ビニル化合物としては、スチレン系化合物、(メタ)アクリル酸アルキルエステル又は(メタ)アクリロニトリルが好ましく、スチレン、メタクリル酸メチル又はアクリロニトリルがより好ましい。
[ブロックポリマー]
ブロックポリマーは、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有する。連結部位は、ビニル基と、カルボキシ基及びアルコール性水酸基のうち少なくとも1種とを有する両反応性モノマーに由来する。
ブロックポリマー中のビニルポリマー部位は、ビニル化合物に由来する繰り返し単位を有する。ビニル化合物としては、例えば、上述のビニル樹脂において例示したビニル化合物と同様の化合物が挙げられる。ブロックポリマー中のビニルポリマー部位と、ビニル樹脂とは、同一の繰り返し単位を有することが好ましい。
ブロックポリマー中のポリエステル部位は、1種以上の多価アルコールと1種以上の多価カルボン酸とを縮重合させることで形成される繰り返し単位を有する。ブロックポリマー中のポリエステル部位を形成する多価アルコール及び多価カルボン酸としては、上述のポリエステル樹脂において例示した多価アルコール及び多価カルボン酸と同様の化合物が挙げられる。ブロックポリマー中のポリエステル部位と、ポリエステル樹脂とは、同一の繰り返し単位を有することが好ましい。
連結部位を形成する両反応性モノマーとしては、ブロックポリマーを合成し易くする観点から、1個のビニル基と1個のカルボキシ基とを有する化合物、又は1個のビニル基と1個の水酸基とを有する化合物が好ましい。
両反応性モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、フマル酸及びマレイン酸が挙げられ、これらの中で、アクリル酸、メタクリル酸又はメタクリル酸2-ヒドロキシメチルが好ましい。
結着樹脂にブロックポリマーが含まれていることは、例えば、GC-MS分析によって確認することができる。具体的には、本発明のトナーをGC-MS分析し、両反応性モノマーに由来する連結部位と、ビニルポリマー部位の断片と、ポリエステル部位の断片とを有するフラグメントイオンが検出された場合、結着樹脂にブロックポリマーが含まれていると確認できる。
結着樹脂は、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂及びブロックポリマーのみを含むことが好ましいが、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂及びブロックポリマー以外の他の結着樹脂を更に含んでもよい。他の結着樹脂としては、例えば、オレフィン樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂)、ポリアミド樹脂、及びウレタン樹脂が挙げられる。結着樹脂におけるポリエステル樹脂、ビニル樹脂及びブロックポリマーの合計含有割合としては、90質量%以上が好ましく、100質量%がより好ましい。
トナー母粒子における結着樹脂の含有割合としては、30質量%以上90質量%以下が好ましく、40質量%以上70質量%以下がより好ましい。
(結着樹脂の合成方法)
ポリエステル樹脂、ビニル樹脂及びブロックポリマーを含有する結着樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂と、両反応性モノマーと、ビニル化合物とを付加重合反応させる反応工程を備える合成方法により得ることができる。この合成方法では、まず、ポリエステル樹脂の末端のカルボキシ基又は水酸基と、両反応性モノマー中のカルボキシ基又は水酸基とが縮合反応する。これにより、ポリエステル樹脂の末端に、両反応性モノマーに由来する繰り返し単位が導入される。そして、ポリエステル樹脂の末端に導入された両反応性モノマーと、ビニル化合物とで付加重合反応する。これにより、ポリエステル樹脂に由来するポリエステル部位と、両反応性モノマーに由来する連結部位と、ビニル化合物に由来するビニルポリマー部位とを有するブロックポリマーが得られる。詳しくは、ポリエステル樹脂に由来するポリエステル部位と、ポリエステル部位の末端に結合する連結部位と、連結部位に結合するビニルポリマー部位とを有するブロックポリマーが得られる。
反応工程では、ポリエステル樹脂の一部は、両反応性モノマーと反応せずに反応系に残存する。また、ビニル化合物の一部は、両反応性モノマーに由来する繰り返し単位が末端に導入されたポリエステル樹脂とは反応せず、他のビニル化合物又は両反応性モノマーのみと反応し、ビニル樹脂を形成する。これらの結果、上述の結着樹脂の合成方法では、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂及びブロックポリマーを含む結着樹脂が得られる。
反応工程では、ポリエステル樹脂、両反応性モノマー及びビニル化合物に加え、多価カルボン酸を更に添加してもよい。多価カルボン酸を更に添加することで、ポリエステル樹脂の酸価を増大させることができ、その結果、合成される結着樹脂の酸価を増大させることができる。多価カルボン酸の添加量としては、例えば、ポリエステル樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上1.0質量部以下である。以下、ポリエステル樹脂、両反応性モノマー及びビニル化合物と、必要に応じて添加される多価カルボン酸とを「反応原料」と記載することがある。
反応原料の総量におけるポリエステル樹脂及び多価カルボン酸の合計割合としては、75.0質量%以上99.5質量%以下が好ましく、85.0質量%以上95.0質量%以下がより好ましい。
反応原料の総量における両反応性モノマーの割合としては、0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
反応原料の総量におけるビニル化合物の割合としては、0.5質量%以上25.0質量%以下が好ましく、5.0質量%以上15.0質量%以下がより好ましい。
反応工程では、公知のラジカル重合開始剤(例えば、ジクミルパーオキシド)を添加することが好ましい。ラジカル重合開始剤の添加量としては、例えば、反応原料の総量100質量部に対して、0.2質量部以上1.5質量部以下である。
なお、結着樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとを別々に合成した後に混合する方法によっても得ることができる。
(磁性粉)
トナー母粒子の含有する磁性粉は、八面体構造を有する。八面体構造を有する磁性粉は、磁性粉の製造時にアルカリ処理を施すことで得ることができる。磁性粉が八面体構造を有するか否かは、電子顕微鏡により磁性粉を観察することにより判別できる。
磁性粉の材料としては、例えば、強磁性金属(より具体的には、鉄、コバルト、ニッケル、及びこれら金属の1種以上を含む合金等)、強磁性金属酸化物(より具体的には、フェライト、マグネタイト及び二酸化クロム等)、及び強磁性化処理が施された材料(より具体的には、熱処理により強磁性が付与された炭素材料等)を好適に使用できる。
良好な画像を形成する観点から、トナー母粒子における磁性粉の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、40質量部以上120質量部以下が好ましく、60質量部以上90質量部以下がより好ましい。
磁性紛の個数平均1次粒子径としては、0.1μm以上1.0μm以下が好ましく、0.1μm以上0.3μm以下がより好ましい。
磁性紛のBET比表面積としては、7.1m2/g以上が好ましい。磁性紛のBET比表面積は、例えば、7.5m2/g以下である。磁性紛のBET比表面積を7.1m2/g以上とすることで、ブロックポリマー中のビニルポリマー部位と磁性粉とが吸着し易くなる。その結果、本発明のトナーの耐ホットオフセット性をより向上できる。
磁性粉からの金属イオン(例えば、鉄イオン)の溶出を抑制するためには、磁性粉を表面処理することが好ましい。トナー母粒子の表面に金属イオンが溶出すると、トナー母粒子同士が固着し易くなる。磁性粉からの金属イオンの溶出を抑制することで、トナー母粒子同士の固着を抑制できると考えられる。
(着色剤)
トナー母粒子は、着色剤を含有していてもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。トナーを用いて高画質な画像を形成する観点から、着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下が好ましい。
トナー母粒子は、黒色着色剤を含有していてもよい。黒色着色剤の例としては、カーボンブラックが挙げられる。また、黒色着色剤は、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て黒色に調色された着色剤であってもよい。黒色着色剤として、磁性粉を用いてもよい。すなわち、トナー母粒子は、磁性粉以外の着色剤を含まなくてもよい。
(離型剤)
トナー母粒子は、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーの耐ホットオフセット性をより向上させる目的で使用される。トナーに充分な耐ホットオフセット性を付与する観点から、離型剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下が好ましい。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合体、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックスのブロック共重合体等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう、ライスワックス等の植物系ワックス;みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラタム等の鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス、カスターワックス等の脂肪酸エステルを主成分とするエステルワックス;脂肪酸エステルの一部又は全部が脱酸化したワックス(例えば、脱酸カルナバワックス)を好適に使用できる。離型剤としては、エステルワックスが好ましい。
トナー母粒子が離型剤を含有する場合、結着樹脂(特に、ポリエステル樹脂)と離型剤との相溶性を改善するために、相溶化剤をトナー母粒子に更に添加してもよい。
(電荷制御剤)
トナー母粒子は、電荷制御剤を含有していてもよい。電荷制御剤は、例えば、より優れた帯電安定性又は優れた帯電立ち上がり特性を有するトナーを提供する目的で使用される。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電させることができるか否かの指標になる。
正帯電性の電荷制御剤としては、例えば、アジン化合物、直接染料、ニグロシン染料、ナフテン酸の金属塩類、高級有機カルボン酸の金属塩類、アルコキシル化アミン、アルキルアミド、4級アンモニウム塩、及び4級アンモニウムカチオン基を含む樹脂等が挙げられる。アジン化合物としては、例えば、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,2-オキサジン、1,3-オキサジン、1,4-オキサジン、1,2-チアジン、1,3-チアジン、1,4-チアジン、1,2,3-トリアジン、1,2,4-トリアジン、1,3,5-トリアジン、1,2,4-オキサジアジン、1,3,4-オキサジアジン、1,2,6-オキサジアジン、1,3,4-チアジアジン、1,3,5-チアジアジン、1,2,3,4-テトラジン、1,2,4,5-テトラジン、1,2,3,5-テトラジン、1,2,4,6-オキサトリアジン、1,3,4,5-オキサトリアジン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン等が挙げられる。直接染料としては、例えば、アジンファストレッドFC、アジンファストレッド12BK、アジンバイオレットBO、アジンブラウン3G、アジンライトブラウンGR、アジンダークグリ-ンBH/C、アジンディープブラックEW、アジンディープブラック3RL等が挙げられる。ニグロシン染料としては、例えば、ニグロシンBK、ニグロシンNB、ニグロシンZ等が挙げられる。4級アンモニウム塩としては、例えば、ベンジルデシルヘキシルメチルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルアンモニウムクロライド、2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩等が挙げられる。帯電安定性に優れる正帯電性トナーを提供する観点から、電荷制御剤としては、4級アンモニウムカチオン基を含む樹脂が好ましい。
電荷制御剤の含有量としては、帯電安定性を向上させる観点から、結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上10質量部以下が好ましい。
(外添剤粒子)
外添剤粒子としては、無機粒子が好ましく、シリカ粒子、又は金属酸化物(具体的には、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等)の粒子がより好ましく、シリカ粒子又は酸化チタン粒子が更に好ましく、疎水性シリカ粒子又は導電性酸化チタン粒子が特に好ましい。但し、外添剤粒子として、脂肪酸金属塩(具体的には、ステアリン酸亜鉛等)のような有機酸化合物の粒子、又は樹脂粒子を使用してもよい。
トナー粒子における外添剤粒子の含有量としては、トナー母粒子からの脱離を抑制しながらその機能を十分に発揮させる観点から、トナー母粒子100質量部に対して、0.1質量部以上15.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以上5.0質量部以下がより好ましい。
[トナーの製造方法]
本発明に係るトナーの製造方法の一例を説明する。トナーの製造方法は、トナー母粒子を調製するトナー母粒子調製工程を備える。また、トナーの製造方法は、トナー母粒子調製工程の後に、他の工程(例えば後述する外添工程)を更に備えてもよい。
(トナー母粒子調製工程)
トナー母粒子調製工程では、例えば粉砕法又は凝集法によりトナー母粒子を調製する。
粉砕法の一例では、まず、結着樹脂及び磁性粉と、必要に応じて添加される他の内添剤とを混合する。続けて、得られた混合物を、溶融混練装置(例えば、1軸又は2軸の押出機)を用いて溶融混練する。続けて、得られた溶融混練物を粉砕及び分級する。これにより、トナー母粒子が得られる。
凝集法の一例では、まず、結着樹脂及び磁性粉と、必要に応じて添加される他の内添剤との各々の微粒子を含む水性媒体中で、これらの微粒子を所望の粒子径になるまで凝集させる。これにより、結着樹脂等を含有する凝集粒子が形成される。続けて、得られた凝集粒子を加熱して、凝集粒子に含有される成分を合一化させる。これにより、トナー母粒子が得られる。
(外添工程)
本工程では、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる。トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる方法としては、例えば混合装置を用いて、トナー母粒子と、外添剤粒子とを攪拌しながら混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤粒子を付着させる方法が挙げられる。
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。しかし、本発明は実施例の範囲に何ら限定されない。
以下の方法により、結着樹脂(B-1)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)を合成した。
[結着樹脂(B-1)の合成]
(ポリエステル樹脂の合成)
温度計(熱電対)、脱水管、窒素導入管、及び攪拌装置を備えた容量5Lの4つ口フラスコ内に、テレフタル酸1245gと、イソフタル酸1245gと、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物1248gと、エチレングリコール744gとを投入した。次いで、フラスコ内を窒素雰囲気にした後、フラスコを攪拌しながら、フラスコ内部の温度を250℃まで上昇させた。その後、フラスコ内容物を、常圧、250℃で4時間反応させた。その後、フラスコ内に、触媒として、三酸化アンチモン0.875gと、トリフェニルホスフェート0.548gと、テトラブチルチタネート0.102gとを添加した。次いで、フラスコ内を40Paに減圧した後、フラスコ内部の温度を280℃まで上昇させた。次いで、フラスコ内容物を280℃に保持した状態で、下記表2に示す反応時間A(6時間)で反応させることで、ポリエステル樹脂を合成した。
(結着樹脂の合成)
ポリエステル樹脂の合成を行った反応容器に、多価カルボン酸としてのトリメリット酸30gと、両反応性モノマーとしてのアクリル酸50gと、ビニル化合物としてのスチレン500gと、ラジカル重合開始剤としてのジクミルパーオキサイド30gとをフラスコ内に添加した。その後、フラスコ内部の圧力を常圧に戻した後、フラスコ内部の温度を160℃まで冷却した。次いで、常圧、160℃で、フラスコ内容物を1時間反応させた。反応終了後、フラスコ内容物を取り出し、冷却することで、結着樹脂(B-1)を得た。
[結着樹脂(B-2)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)の合成]
以下の点を変更した以外は、結着樹脂(B-1)の合成と同様の方法により、結着樹脂(B-2)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)を合成した。結着樹脂(B-2)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)の合成では、ポリエステル原料(詳しくは、ポリエステル樹脂の合成時又は結着樹脂の合成時に添加した多価カルボン酸及び多価アルコール)の種類及び添加量と、触媒の種類及び添加量と、ビニル化合物の種類及び添加量と、両反応性モノマーの種類及び添加量と、ラジカル重合開始剤の添加量とを、下記表1に示す通りに変更した。また、結着樹脂(B-2)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)の合成では、ポリエステル樹脂の合成時の反応温度Aを、下記表2に示す通りに変更した。
なお、アクリル酸及びメタクリル酸は、ビニル基と、カルボキシ基とを有する両反応性モノマーである。メタクリル酸2-ヒドロキシメチルは、ビニル基とアルコール性水酸基とを有する両反応性モノマーである。
合成した結着樹脂(B-1)~(B-10)及び(b-1)~(b-2)について、ガラス転移点(Tg)、軟化点(Tm)、数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、酸価及び水酸基価を測定した。また、測定した数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)に基づいて分子量分布(Mw/Mn)を算出した。測定結果及び算出結果を下記表2に示す。
なお、下記表1において、「EO変性ビスフェノールA」は、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物を示す。「ポリエステル原料」の「第1添加量」は、ポリエステル樹脂の合成時に添加した多価カルボン酸及び多価アルコールの添加量を示す。「ポリエステル原料」の「第2添加量」は、結着樹脂の合成時に添加した多価カルボン酸の添加量を示す。「開始剤」は、ラジカル重合開始剤を示す。ポリエステル原料、両反応性モノマー及びビニル樹脂における「質量%」は、ポリエステル原料、両反応性モノマー及びビニル樹脂の総量に対する各成分の添加量の割合を示す。「-」は、該当する成分を添加していないことを示す。
Figure 0007352139000001
Figure 0007352139000002
<トナーの調製>
以下の方法により、実施例及び比較例のトナーを調製した。まず、トナーの調製に用いた磁性粉を説明する。
(磁性粉)
磁性粉A:戸田工業株式会社製「MRO-15A」、形状:八面体、成分:マグネタイト、飽和磁化σs:85.5Am2/kg、保磁力Hc:120Oe、BET比表面積:7.3m2/g、個数平均1次粒子径:180nm
磁性粉B:戸田工業株式会社製「MTS-106」、形状:球状、成分:マグネタイト、飽和磁化σs:84.3Am2/kg、保磁力Hc:570Oe、BET比表面積:7.0m2/g、個数平均1次粒子径:230nm
[トナー(T-1)の調製]
(トナー母粒子の調製)
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM-20B」)に、結着樹脂(B-1)100質量部と、磁性粉A90質量部と、電荷制御剤(藤倉化成株式会社製「アクリベ-ス(登録商標)FCA-201PS」、成分:4級アンモニウム塩由来の繰り返し単位を含むスチレン-アクリル酸系樹脂)10質量部と、離型剤としてのカルナバワックス(東亜化成株式会社製)4質量部とを投入した。回転速度200rpm、攪拌時間4分間の条件でFMミキサーを攪拌させることで、FMミキサーの内容物を混合して混合物を得た。
得られた混合物を、2軸押出機(東芝機械株式会社製「TEM-26SS」)を用いてシリンダー温度100℃、軸回転速度100rpm、材料供給速度50g/分の条件で溶融混練した。その後、得られた混練物を冷却した。その後、冷却後の混練物を、衝突型ジェットミル(ホソカワミクロン株式会社製「ミクロンジェット(登録商標)MJT-1」)に投入し、混練物を粉砕しつつ分級した。これにより、体積中位径が8μmのトナー母粒子を得た。
(外添)
得られたトナー母粒子100質量部と、外添剤としての疎水性シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)RA-200」)0.6質量部、及び導電性酸化チタン粒子(チタン工業株式会社製「EC-100」)とを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM-20B」)に投入した。回転速度2400rpm、攪拌時間5分間の条件でFMミキサーを攪拌させることで、FMミキサーの内容物を混合した。これにより、トナー(T-1)を得た。
[トナー(T-2)~(T-10)及び(t-1)~(t-3)の調製]
以下の点を変更した以外は、トナー(T-1)の調製と同様の方法により、トナー(T-2)~(T-10)及び(t-1)~(t-3)を調製した。トナー(T-2)~(T-10)及び(t-1)~(t-3)の調製では、結着樹脂の種類と磁性粉の種類とを下記表3に示す通りに変更した。
<評価>
以下に示す方法により、各トナーの低温定着性、耐ホットオフセット性及びスミア耐性について評価した。評価結果を下記表3に示す。
[評価機]
モノクロページプリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「ECOSYS(登録商標)LS-4200DN」)を改造し、このモノクロページプリンターが備える定着装置の定着温度を変更可能にした。得られた改造機を評価機として用いた。評価機のブラック用現像装置にトナー(詳しくは、トナー(T-1)~(T-10)及び(t-1)-(t-3)のうち何れか)を投入した。また、評価機のブラック用トナーコンテナに、補給用トナー(詳しくは、ブラック用現像装置に投入したトナーと同一のトナー)を投入した。
[低温定着性]
上述の評価機を用いて、A4サイズの印刷用紙(坪量90g/m2)に、トナー載り量1.0mg/cm2、線速336mm/秒の条件で、25mm×25mmのソリッド画像(印字率100%)を形成した。
最低定着温度の評価では、定着温度の測定範囲を160℃以上220℃以下とした。詳しくは、評価機が備える定着装置の定着温度を160℃から5℃ずつ上昇させて、未定着のソリッド画像(トナー像)を紙に定着できる最低温度(最低定着温度)を測定した。トナーを定着させることができたか否かは、以下に示す折擦り試験で確認した。
(折擦り試験)
評価用紙に印刷されたソリッド画像の画像濃度(初期画像濃度D1)を、マクベス反射濃度計(X-Rite社製「RD914」)を用いて測定した。次に、測定後の評価用紙を、ソリッド画像を形成した面が内側となり、かつソリッド画像の中心を折り目が通過するように折り曲げた。その後、折り曲げた評価用紙について、綿布で被覆した黄銅製の分銅を用いて、1kgの荷重をかけながら折り目上を10往復摩擦した。続けて、評価用紙を広げ、ソリッド画像の画像濃度(折擦り試験後の画像濃度D2)を上述のマクベス反射濃度計を用いて測定した。以下の数式に基づいて、折擦り試験の前後でのソリッド画像の定着率[%]を算出した。ソリッド画像の定着率が95%以上である場合、トナーを定着させることができたと判断した。
ソリッド画像の定着率=100×D2/D1
トナーの低温定着性は、最低定着温度が200℃以下の場合を「良好(A)」、最低定着温度が200℃未満の場合を「不良(B)」と評価した。なお、下記表3には、トナーの最低定着温度において折擦り試験で測定した初期画像濃度を併せて示す。
[耐ホットオフセット性]
耐ホットオフセット性の評価は、ホットオフセットが生じ易い条件にするため、評価機の出力モードを半速モードに設定した。そして、上述の評価機を用い、A4サイズの印刷用紙(坪量90g/m2)に、トナー載り量1.0mg/cm2、線速168mm/秒の条件で、25mm×25mmのソリッド画像(印字率100%)を形成した。
耐ホットオフセット性の評価では、定着温度の測定範囲を180℃以上250℃以下とした。詳しくは、評価機が備える定着装置の定着温度を180℃から5℃ずつ上昇させて、ホットオフセットが発生する最低温度(ホットオフセット発生温度)を測定した。ホットオフセットが発生しているか否かは、定着後の定着装置の定着ローラーを目視することで確認した。そして、ホットオフセットの発生に起因する汚れが定着ローラーに確認された場合、ホットオフセットが発生したと判断した。トナーの耐ホットオフセット性は、ホットオフセット発生温度が200℃超の場合を「良好(A)」、200℃以下の場合を「不良(B)」と評価した。
[スミア耐性]
上述の評価機を用い、A4サイズの印刷用紙(坪量90g/m2)に、トナー載り量1.0mg/cm2、線速336mm/秒、印字率8%の条件で、連続して500枚の両面印刷を行った。得られた500枚の印刷物を目視で観察し、スミアの発生の有無を確認した。トナーのスミア耐性は、スミアが発生していない場合を「良好(A)」、発生した場合を「不良(B)」と評価した。
なお、下記表3において、「HO温度」とは、ホットオフセット発生温度を示す。
Figure 0007352139000003
トナー(T-1)~(T-10)は、トナー粒子を含んでいた。トナー粒子は、トナー母粒子を備えていた。トナー母粒子は、結着樹脂と、磁性粉とを含有していた。結着樹脂は、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとを含んでいた。ブロックポリマーは、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、ポリエステル部位及びビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有していた。連結部位は、ビニル基と、カルボキシ基及びアルコール性水酸基のうち少なくとも1種とを有する両反応性モノマーに由来していた。磁性粉は、八面体構造を有する磁性粉を含んでいた。トナー(T-1)~(T-10)は、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れていた。また、トナー(T-1)~(T-10)は、スミア耐性にも優れていた。
一方、トナー(t-1)~(t-3)のトナーは、各々、上述の構成を備えていなかったため、低温定着性、耐ホットオフセット性及びスミア耐性のうち少なくとも1つが不良であった。
詳しくは、トナー(t-1)には、磁性粉として球状の磁性粉Bを用いた。ここで、球状の磁性粉は、八面体構造を有する磁性粉と比較し、同一粒子径であれば比表面積が小さく、かつ表面が曲面状である。そのため、トナー(t-1)は、ブロックポリマー中のビニルポリマー部位と磁性粉との吸着が十分に発生せず、上述の三次元網目構造が形成されなかった。その結果、トナー(t-1)は、耐ホットオフセット性が不良であったと判断される。
トナー(t-2)には、結着樹脂として結着樹脂(b-1)を用いた。結着樹脂(b-1)は、合成時にビニル化合物を用いていないため、ビニル樹脂及びブロックポリマーを含んでいなかった。そのため、トナー(t-1)は、上述の三次元網目構造がトナー母粒子に形成されず、耐ホットオフセット性が不良であったと判断される。
トナー(t-3)には、結着樹脂として結着樹脂(b-2)を用いた。結着樹脂(b-2)は、合成時に両反応性モノマーを用いていないため、ブロックポリマーを含んでいなかった。そのため、トナー(t-3)は、上述の三次元網目構造がトナー母粒子に形成されず、耐ホットオフセット性が不良であったと判断される。また、トナー(t-3)の結着樹脂は、ビニル樹脂及びポリエステル樹脂を含み、一方でブロックポリマーを含まなかった。そのため、トナー(t-3)により形成された画像では、ビニル樹脂及びポリエステル樹脂の相分離により界面が発生し、界面が起点となってトナー成分の剥離が生じたため、スミアが発生したと判断される。
本発明に係るトナーは、例えば複写機、プリンター、又は複合機において画像を形成するために用いることができる。
1 トナー粒子
2 トナー母粒子
3 外添剤粒子

Claims (3)

  1. トナー粒子を含むトナーであって、
    前記トナー粒子は、トナー母粒子を備え、
    前記トナー母粒子は、結着樹脂と、磁性粉とを含有し、
    前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂と、ビニル樹脂と、ブロックポリマーとのみを含み、
    前記ポリエステル樹脂は、多価アルコールと、多価カルボン酸又は多価カルボン酸誘導体とのみを含むモノマーの縮重合物であり、
    前記ブロックポリマーは、ポリエステル部位と、ビニルポリマー部位と、前記ポリエステル部位及び前記ビニルポリマー部位を連結する連結部位とを有し、
    前記連結部位は、ビニル基と、カルボキシ基及びアルコール性水酸基のうち少なくとも1種とを有する特定化合物に由来し、
    前記ブロックポリマーは、多価アルコールと、多価カルボン酸又は多価カルボン酸誘導体と、前記特定化合物と、ビニル化合物とのみを含むモノマーの共重合体であり、
    前記結着樹脂の酸価は、10.0mgKOH/g以上30.0mgKOH/g以下であり、
    前記磁性粉は、八面体構造を有する、トナー。
  2. 前記結着樹脂において、
    前記ビニル樹脂と前記ブロックポリマーにおける前記ビニルポリマー部位との合計質量の割合は、0.5質量%以上25.0質量%以下である、請求項1に記載のトナー。
  3. 前記特定化合物は、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルのうち少なくとも1種を含む、請求項1又は2に記載のトナー。
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