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JP4537496B2 - トナー - Google Patents
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JP4537496B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電印刷法、及びトナージェット法の如き画像形成方法に用いられるトナーに関するものである。
従来、トナーの低温定着性、耐高温オフセット性の改良の為に、トナー中にアルコール成分を含有させることが知られている。
特開昭63−113558号公報、特開昭63−188158号公報、特開平2−134648号公報、特開平4−97162号公報、特開平4−97163号公報等に、トナー中にアルコール成分を含有させる技術が開示されている。
これらアルコール成分を有するワックスをトナー中に含有させることで、トナーの低温定着性や耐高温オフセット性を向上させる効果は認められるものの、高温高湿環境などの苛酷な環境下で、長期にわたり使用された場合にトナーの劣化を促進させやすく、現像性を悪化させる場合があった。
また、特開2001−343781号公報には、水酸基価(HV)が5乃至150mgKOH/gであり、エステル価(EV)が1乃至50mgKOH/gであり、HV>EVである炭化水素系ワックスを含有するトナーについて開示されている。
さらに、特開2000−267347号公報には、石油系ワックス、末端に二重結合を有するα−オレフィンワックス、フィシャートロプシュワックスのいずれかを硼酸存在下で空気酸化して得られるヒドロキシル価が50乃至90mgKOH/gのアルコール型ワックスである電子写真トナー用ワックスについて開示されている。
これら水酸基を有するワックスをトナー中に含有させることで、低温定着性や耐高温オフセット性を改良し、かつ優れた現像性を得ることが可能となる。しかし、高温環境で連続して両面印字を行うなど、複写機やプリンター装置内部の温度が上昇した状況では、感光体にトナーが融着して白ポチなどの画像欠陥が発生したり、感光体に当接するクリーニングブレードがめくれてクリーニング不良が発生したりする場合があった。これらの問題を解決する為には、水酸基を有するワックスの含有量を減らす必要があり、低温定着性や耐高温オフセット性の改良効果が少なくなる。
低温定着性、耐高温オフセット性、現像耐久性に優れ、感光体へのトナー融着やクリーニングブレードめくれを起こさないトナーを提供することにある。
本出願は、少なくとも結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナーであって、該ワックスが、i)酸化炭化水素系ワックスであり、ii)水酸基価が5mgKOH/g以上150mgKOH/g以下であり、iii)テトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量分布において、分子量200以上600以下の範囲にメインピークを有し、分子量700以上の成分の含有量が3質量%以下であることを特徴とするトナーに関する。
本発明のトナーは、低温定着性、耐高温オフセット性、現像耐久性に優れたトナーである。さらに本発明のトナーは、感光体へのトナー融着やクリーニングブレードめくれを起こさないトナーである。
本発明者らの検討の結果、酸化炭化水素系ワックスの水酸基価を5mgKOH/g以上150mgKOH/g以下とし、分子量分布を分子量200以上600以下の範囲にメインピークを有し、分子量700以上の成分を3質量%以下含有するように制御することで、優れた低温定着性と耐高温オフセット性、現像耐久性を示し、かつ、感光体へのトナー融着やクリーニングブレードめくれを起こさないトナーが得られることが判明した。
炭化水素系ワックスを酸化して水酸基を導入すると、酸化反応の副生成物が発生する。特に、水酸基価を高めようとすると、酸化反応をより進める反応条件になるため、水酸基よりも酸化が進んだ、カルボキシル基やケトン基を持つ副生成物が生成されやすくなる。カルボキシル基は水酸基とエステル結合を作りやすいため、これら副生成物のうち、特にカルボキシル基を持つ分子は、水酸基を持つ分子とエステル結合してより大きな分子となる。このようにして生成される成分は、分子量700以上の成分として検出される。分子量700以上の成分は、小さな分子がエステル結合して大きくなった分子であるため、分子内にカルボキシル基、水酸基、エステル基を多く有しており、極性が大きい。そのため、分子量700未満の成分と比較して、結晶性が低くて融点が低く、常温でも粘性のある性状を示す。このような成分がトナーに多く含まれると、トナーの流動性や帯電性が低下しやすい。
さらに、このような成分は、極性が大きく、トナーの結着樹脂に用いられるスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂との相溶性が高いため、結着樹脂と分子レベルで均一に分散され、可塑剤として機能する。その結果、トナーの機械的強度が低下したり、耐ブロッキング性が低下したりしやすく、高温環境で機械的なストレスがトナーにかかった場合に、トナーが変形しやすくなる。特に、感光体とクリーニングブレードが当接する部位に存在するトナーは、感光体とクリーニングブレードに強く摺擦されて変形し、感光体に擦り付けられて付着し、トナー融着を引き起こしやすくなる。また、感光体とクリーニングブレードが当接する部位に存在するトナーが摺擦により塑性変形し、粘性を持つようになるため、感光体とクリーニングブレードの摩擦係数が大きくなり、クリーニングブレードがめくれてしまい、クリーニング不良の原因となることがある。
本発明で用いられる酸化炭化水素系ワックスは、水酸基価が5mgKOH/g以上150mgKOH/g以下(好ましくは10mgKOH/g以上120mgKOH/g以下、より好ましくは20mgKOH/g以上100mgKOH/g以下)であることが重要である。水酸基価をこの範囲とすることで、トナー中でのワックスの分散性と、定着時のワックスのトナー表面への染み出し速度のバランスが保たれ、優れた低温定着性と耐高温オフセット性を両立しながら、良好な現像性を示すトナーを得ることができる。
水酸基価が5mgKOH/g未満であると、トナー中におけるワックスの分散性が低下してしまい、トナーの現像性が低下しやすい。また、水酸基価が150mgKOH/gより大きいと、ワックスのトナー表面への染み出し速度が遅くなって、トナーの低温定着性や耐高温オフセット性が低下しやすい。
また、本発明では、酸化炭化水素系ワックスの分子量分布において、分子量200以上600以下(好ましくは分子量300以上600以下)の範囲にメインピークを有することが必要である。この範囲にメインピークがあることで、トナーの耐ブロッキング性を保ったまま低温定着性を改良することが可能になる。メインピーク分子量が200未満であると、トナーの耐ブロッキング性が低下しやすく、メインピーク分子量が600より大きいと低温定着性を改良する効果が得られにくい。
さらに本発明では、酸化炭化水素系ワックスの分子量分布において、分子量700以上の成分を3質量%以下、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下含有することが必要である。分子量700以上の成分を3質量%より多く含有すると、前述したように、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーの機械的強度が低下して劣化しやすくなったり、耐ブロッキング性が低下したりしやすい。また、感光体へトナー融着をしやすくなったり、クリーニングブレードめくれによるクリーニング不良が発生する場合がある。
本発明では、酸化炭化水素系ワックスの分子量分布に関して、分子量700以上の成分の含有量を3質量%以下とするための方法としては、酸化炭化水素系ワックスを溶剤により精製する方法が好ましい。
炭化水素系ワックスの酸化反応条件の調整により分子量700以上の成分を減らそうとすると、副生成物を生成させにくくするために、緩やかな反応条件を選ぶ必要がある。その場合、所望の水酸基価の酸化炭化水素系ワックスを得る為に、酸化反応に非常に長い時間がかかったり、反応が充分に進まず、所望の水酸基価を得られなかったりする場合がある。
これに対し、溶剤により精製して酸化炭化水素系ワックスの分子量700以上の成分を減量する手法では、副生成物の量が多くても精製工程でその大部分を取り除くことが出来る為、酸化反応の条件の制約が少なくなる。そのため、水酸基価が高くて副生成物の少ないものや、短時間で酸化反応を進めても副生成物が少ないものを得られるようになる。
酸化炭化水素系ワックスの精製に用いられる溶剤の種類としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール等のアルコール類、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、イソブチルメチルケトン等のケトン類が挙げられ、特に、アルコール類、ケトン類が好ましく用いられる。なかでも好ましく用いられるのはアルコール類であり、特に好ましくはメタノール、エタノールが用いられる。
酸化炭化水素系ワックスの精製方法としては、ワックスと溶剤の混合物を加熱し、ワックスが溶剤に溶解した状態から冷却して精製されたワックスを析出させ、デカンテーションやろ過により析出したワックスをとりだす方法や、ワックスを予め粉砕しておき、溶剤にワックスを添加混合し、ワックスを溶剤に溶解させない固−液状態でワックス粉体から副生成物を溶剤抽出した後、デカンテーションやろ過により精製された粉体ワックスをとりだす、溶剤洗浄の方法が挙げられる。精製度を高めるという観点では、加熱してワックスを一旦溶剤に完全に溶解させた後に、冷却してワックスを析出させる手法が好ましいが、コストや工程の管理しやすさの観点では、溶剤洗浄の手法が好ましい。
精製の方法については、コストや生産性を考慮して適宜選択すればよいが、いずれの手法で行っても、酸化炭化水素系ワックスの分子量700以上の成分を3質量%以下とすることが重要である。
本発明におけるワックスは、脂肪族炭化水素系ワックスをアルコール転化して所望の特性を有するワックスを得ることが、ワックスの水酸基の転化率をコントロールしやすいという点で好ましい。
脂肪族炭化水素系ワックスとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリエチレン換算分子量200以上600以下の範囲にメインピークを有することが、アルコール転化後の酸化炭化水素系ワックスの分子量分布を制御するうえで好ましい。また、数平均分子量(Mn)がポリエチレン換算で100〜3000、好ましくは200〜2000の範囲にある飽和または不飽和の脂肪族炭化水素系ワックスが好ましく用いられる。
本発明のワックスの分子量分布は、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。
ゲルクロマトグラフ用のo−ジクロロベンゼンに、特級2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)を濃度が0.10wt/vol%となるように添加し、室温で溶解する。サンプルビンにワックスと上記のBHTを添加したo−ジクロロベンゼンとを入れ、150℃に設定したホットプレート上で加熱し、ワックスを溶解する。ワックスが溶けたら、予め加熱しておいたフィルターユニットに入れ、本体に設置する。フィルターユニットを通過させたものをGPCサンプルとする。尚、サンプル溶液は、濃度が約0.15質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC−8121GPC/HT(東ソー社製)
検出器:高温用RI
カラム:TSKgel GMHHR−H HT 2連(東ソー社製)
温度:135.0℃
溶媒:ゲルクロマトグラフ用o−ジクロロベンゼン(BHT 0.10wt/vol%添加)
流速:1.0ml/min
注入量:0.4ml
ワックスの分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、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」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
酸化炭化水素系ワックスの測定において、分子量700以上の成分の含有量は以下のように算出した。酸化炭化水素系ワックスの測定で検出される分子量分布の、ピーク全ての面積の総和を100面積%とし、分子量700以上で分画したピークの面積が総面積に占める割合(面積%)を算出し、分子量700以上の成分の含有量とした。
本発明では、ワックスのGPC測定で算出された分子量700以上のピーク面積の割合(面積%)を、ワックスの分子量700以上の成分の含有量(質量%)とする。
脂肪族炭化水素系ワックスとしては、例えば、(A)エチレン重合法または石油系炭化水素の熱分解によるオレフィン化法で得られる二重結合を1個以上有する高級脂肪族不飽和炭化水素、(B)石油留分から得られるn−パラフィン混合物、(C)エチレン重合法により得られるポリエチレンワックス、(D)フィッシャートロプシュ合成法により得られる高級脂肪族炭化水素の1種または2種以上、などが用いられる。特に(B)または(D)が好ましく用いられる。
ワックスの製造例としては、例えば、脂肪族炭化水素系ワックスを、ホウ酸および無水ホウ酸の存在下で、分子状酸素含有ガスで液相酸化することにより得られる。触媒としてはホウ酸と無水ホウ酸の混合物を使用することができる。ホウ酸と無水ホウ酸との混合比(ホウ酸/無水ホウ酸)はモル比で1乃至2、好ましくは1.2乃至1.7の範囲が好ましい。無水ホウ酸の割合が前記範囲より少ないと、ホウ酸の過剰分が凝集現象を引き起し好ましくない。また無水ホウ酸の割合が前記範囲より多いと、反応後無水ホウ酸に由来する粉末物質が回収され、また過剰の無水ホウ酸は反応に寄与せず経済的な面からも好ましくない。
使用されるホウ酸と無水ホウ酸の添加量は、その混合物をホウ酸量に換算して、原料の炭化水素1モルに対して0.001モル以上10モル以下、とくに0.1モル以上1.0モル以下が好ましい。
反応系に吹き込む分子状酸素含有ガスとしては酸素、空気、またはそれらを不活性ガスで希釈した広範囲ものが使用可能であるが、酸素濃度が1体積%以上30体積%以下であるのが好ましく、より好ましくは3体積%以上20体積%以下である。
液相酸化反応は通常溶媒を使用せず、原料の炭化水素の溶融状態下で行なわれる。反応温度は120℃以上280℃以下、好ましくは150℃以上250℃以下である。反応時間は1時間以上15時間以下が好ましい。
ホウ酸と無水ホウ酸は予め混合して、反応系に添加するのが望ましい。ホウ酸のみを単独で添加すると、ホウ酸の脱水反応などが起り好ましくない。またホウ酸と無水ホウ酸の混合溶媒の添加温度は100℃以上180℃以下がよく、好ましくは110℃以上160℃以下である。100℃より低い場合には系内に残存する水分などに起因して、無水ホウ酸の触媒能が低下するので好ましくない。
反応終了後反応混合物に水を加え、生成したワックスのホウ酸エステルを加水分解・精製して、所望のワックスが得られる。
本発明のワックスは、エステル価が0.1mgKOH/g以上50mgKOH/g以下であることが好ましく、0.1mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることがより好ましい。
ワックスのエステル価が上記の範囲内である場合、トナー中でのより良好なワックスの分散性が得られる。また、結着樹脂への相溶性が適度であり、結着樹脂の機械的強度を低下させる作用が小さく、トナーの劣化や現像耐久性の低下を抑えることができる。
本発明におけるワックスは、酸価が0.1mgKOH/g以上50mgKOH/g以下(好ましくは0.1mgKOH/g以上30mgKOH/g以下、より好ましくは0.1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下)であることが好ましい。
ワックスが酸基を有していることにより、ワックスがトナーの帯電を阻害しにくくなる為、ワックスを多量に添加した場合であってもトナーの帯電性を良好に保つことができる。その結果、低温定着性と現像性とをより良好に両立することが出来る。
ワックスの酸価が上記の範囲内である場合、酸基を有する効果を十分に得ることができる。また、高温高湿環境であってもトナーの現像性の低下を抑制することができる。
本発明において、ワックスの水酸基価、酸価、エステル価は以下の方法により求める。基本操作はJIS K 0070に準じる。
<酸価の測定>
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。具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)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1リットルとする。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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/リットル塩酸25mlを三角フラスコに取り、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で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/リットル塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕したワックスの試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、溶剤(ジエチルエーテルとエタノール(99.5)を体積比で1:1又は2:1で混合したもの)を100ml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(すなわちジエチルエーテルとエタノール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。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C−B)×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。
<水酸基価の測定>
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。具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)試薬の準備
特級無水酢酸25g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。
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35gを20mlの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1リットルとする。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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.5モル/リットル塩酸25mlを三角フラスコに取り、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で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.5モル/リットル塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕したワックスの試料1.0gを200ml丸底フラスコに精秤し、これに前記のアセチル化試薬5.0mlをホールピペットを用いて正確に加える。この際、試料がアセチル化試薬に溶解しにくいときは、特級トルエンを少量加えて溶解する。
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、約97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部約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。
1時間後、グリセリン浴からフラスコを取り出して放冷する。放冷後、漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を加水分解する。さらに完全に加水分解するため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱する。放冷後、エチルアルコール5mlで漏斗およびフラスコの壁を洗う。
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で滴定する。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
ワックスの試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、水酸基価を算出する。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
ここで、A:水酸基価(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)、D:ワックスの酸価(mgKOH/g)である。
<エステル価の測定>
次の式によって算出する。
(エステル価)=(ケン化価)−(酸価)
<ケン化価の測定>
・装置及び器具
三角フラスコ(200〜300ml)
空気冷却器(外径6乃至8mm,長さ100cmのガラス管又は環流冷却器で、いずれも三角フラスコの口にすりあわせ接続できるもの)
水浴、砂浴又は熱板(約80℃の温度に調節できるもの)
ビュレット(50ml)
全量ピペット(25ml)
・試薬
0.5kmol/m塩酸
0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液
フェノールフタレイン溶液
・測定法
(a)ワックス1.5〜3.0gを三角フラスコに1mgの桁まで精秤する。
(b)0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液25mlを全量ピペットを用いて加える。
(c)三角フラスコに空気冷却器を取り付け、ときどき内容物を振り混ぜながら30分間水浴、砂浴又は熱板上で穏やかに加熱して反応させる。加熱するときは、環流するエタノールの環が空気冷却器の上端に達しないように加熱温度を調節する。
(d)反応が終わった後、直ちに冷却し、内容物が寒天状に固まらないうちに空気冷却器の上から少量の水、又はキシレン:エタノール=1:3混合溶液を吹き付けてその内壁を洗浄した後、空気冷却器を外す。
(e)指示薬としてフェノールフタレイン溶液1mlを加えて、0.5kmol/m塩酸で滴定し、指示薬の薄い紅色が約1分間現れなくなったときを終点とする。
(f)空試験は、ワックスを入れないで(a)〜(e)を行う。
(g)試料が溶解しにくい場合は、予めキシレン、又はキシレン−エタノール混合溶媒を用いて溶解する。
・計算
A={(B−C)×28.05×f}/S
ただし、A:ケン化価(mgKOH/g)
B:空試験に用いた0.5kmol/m塩酸の量(ml)
C:滴定に用いた0.5kmol/m塩酸の量(ml)
f:0.5kmol/m塩酸のファクター
S:ワックスの質量(g)
28.05:水酸化カリウムの式量56.11×1/2
なお、本発明においてトナーに含有されているワックスの酸価、水酸基価、エステル価、ケン化価を測定する場合には、ワックスをトナーから分取した後、上記測定方法に準じて測定を行っても良い。
また、本発明における酸化炭化水素系ワックスは、融点が60℃以上100℃以下(好ましくは70℃以上90℃以下、より好ましくは70℃以上80℃以下)であることが好ましい。融点がこの範囲の酸化炭化水素系ワックスを用いることにより、トナーの耐ブロッキング性や現像耐久性をより良好に維持したままで、低温定着性を改良することが可能になる。
本発明において、ワックスの融点は示差走査熱量分析測定装置(DSC測定装置)、例えば、TA Instruments社製のQ−1000を利用して測定できる。測定方法は、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温させ前履歴を取った後、温度速度10℃/minで降温し、その後、昇温させた時に測定されるDSC曲線を用いる。下記の条件にて測定することができる。
<ワックスの融点の測定方法>
ワックスの融点は、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。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、ワックス約1mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。尚、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30〜200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、ワックスの融点とする。
本発明における酸化炭化水素系ワックスのトナーへの好ましい添加量としては、結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上20質量部以下(好ましくは0.5質量部以上15質量部以下、より好ましくは1質量部以上10質量部以下)の範囲である。
本発明におけるワックスは、従来、トナーに一般に用いられる公知のワックスと組み合せて使用してもよい。例えば、パラフィン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、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体などで、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。
これらのワックスは、結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上15質量部以下、好ましくは1質量部以上10質量部以下の範囲で用いられる。
本発明のトナー粒子に使用される結着樹脂の種類としては、スチレン系樹脂、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂が挙げられる。中でも帯電性の環境変動が小さく、定着性に優れるポリエステル樹脂やスチレン系共重合樹脂が好ましく用いられ、さらには両者を複合化したハイブリッド樹脂がより好ましく用いられる。
特に、本発明で好ましく用いられる結着樹脂としては、少なくともポリエステルユニットを50質量%以上含有するものが挙げられる。ポリエステルユニットを50質量%以上含有することで良好な低温定着性を確保することが可能になる。本発明におけるポリエステルユニットの含有量とは、ポリエステル樹脂として存在するものと、ハイブリッド樹脂の中においてポリエステル系樹脂成分として存在する成分とを合わせたものである。
さらに本発明に用いられるトナーに含まれる結着樹脂は、ビニル系重合体ユニットを結着樹脂中に50質量%以下(好ましくは10乃至50質量%)含有していることが、良好な耐高温オフセット性を得ることができるという点で好ましい。
本発明では、結着樹脂としてハイブリッド樹脂を含有することが好ましい。ハイブリッド樹脂は、水酸基を有する酸化炭化水素系ワックスとの親和性が非常に高いため、両者を組み合せると、定着時の熱でワックスが溶融した際にハイブリッド樹脂も迅速に軟化して、低温定着性を大幅に改良することが可能になる。本発明で用いる酸化炭化水素系ワックスは、分子量700以上の成分の含有量が3質量%以下であるため、結晶性が適度であり、またハイブリッド樹脂との親和性が適度であるため、常温でもハイブリッド樹脂を過度に軟化することはなく、現像耐久性や耐ブロッキング性に関し、顕著な効果が得られる。
つまり、本発明で用いられる、分子量700以上の成分を3質量%以下含有する酸化炭化水素系ワックスは、ハイブリッド樹脂と組み合せることで、その効果をより高めることが出来る。
本発明で用いられる結着樹脂は、ハイブリッド樹脂単独で用いることも可能であるが、他の樹脂成分を含有する混合物であっても良い。
例えば、ハイブリッド樹脂とビニル系樹脂との混合物、又はハイブリッド樹脂とポリエステル樹脂との混合物、又はポリエステル樹脂とハイブリッド樹脂とビニル系樹脂の混合物が挙げられる。
ハイブリッド樹脂としては、以下のものが挙げられる。(i)アクリル酸エステルやメタクリル酸エステルの如きカルボン酸エステル基を有するモノマー成分を重合したビニル系樹脂成分とポリエステル系樹脂成分との間でエステル交換反応を行うことによって形成されるもの;(ii)アクリル酸やメタクリル酸の如きカルボン酸基を有するモノマー成分を重合したビニル系樹脂成分とポリエステル成分との間でエステル化反応が生じることによって形成されるもの;(iii)フマル酸のような不飽和結合を持つモノマーを用いて重合された不飽和ポリエステル樹脂成分の存在下でビニル系モノマーを重合して形成されるもの。
ハイブリッド樹脂は、上記の(i)及び(ii)のように、ビニル系樹脂成分及び/又はポリエステル樹脂成分中に、両樹脂成分と反応し得るモノマー成分を含有させ、それらを反応させることによって得ることができる。ポリエステル樹脂成分を構成するモノマーのうち、ビニル系樹脂成分と反応し得るものとしては、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸又はその無水物が挙げられる。ビニル系樹脂成分を構成するモノマーのうち、ポリエステル樹脂成分と反応し得るものとしては、アクリル酸やメタクリル酸の如きカルボキシル基を有するビニルモノマーやヒドロキシ基を有するビニルモノマーが挙げられる。
本発明で用いられるハイブリッド樹脂を調製できる製造方法としては、例えば、以下の(1)乃至(5)に示す製造方法を挙げることができる。
(1)ビニル系樹脂とポリエステル樹脂を別々に製造後、少量の有機溶剤に溶解・膨潤させ、エステル化触媒及びアルコールを添加し、加熱することによりエステル交換反応を行って、ポリエステル樹脂成分とビニル系樹脂成分を有するハイブリッド樹脂を得る。
(2)ビニル系樹脂製造後に、この存在下にポリエステル樹脂成分を生成し、ポリエステル樹脂成分とビニル系樹脂成分を有するハイブリッド樹脂を製造する。この場合も適宜、有機溶剤を使用することができる。
(3)ポリエステル樹脂製造後に、この存在下にビニル系樹脂成分を生成し、反応させポリエステル樹脂成分とビニル系樹脂成分を有するハイブリッド樹脂を製造する。
(4)ビニル系樹脂及びポリエステル樹脂製造後に、これらの重合体成分存在下にビニル系モノマー及び/またはポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸)を添加することによりハイブリッド樹脂を製造する。この場合も適宜、有機溶剤を使用することができる。
(5)ビニル系モノマー及びポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸等)を混合して付加重合及び縮重合反応を連続して行うことによりポリエステル樹脂成分とビニル系樹脂成分を有するハイブリッド樹脂を製造する。さらに、適宜、有機溶剤を使用することができる。
上記(1)乃至(5)の製造方法において、ビニル系樹脂成分及び/またはポリエステル樹脂成分は複数の異なる分子量であり、異なる架橋度を有する重合体成分を使用することができる。
本発明において、好ましく用いられるハイブリッド樹脂の製造方法としては(3)が挙げられる。なかでも、ビニル系モノマーと反応可能な不飽和ポリエステル樹脂をビニル系モノマーに溶解し、このポリエステル樹脂とビニル系モノマーの混合物を塊状重合法により重合して得られたハイブリッド樹脂が好ましい。
塊状重合法では、ビニル系樹脂成分の分子量を大きくすることができ、ゲル成分中に含まれるビニル系樹脂成分のメインピーク分子量を大きくすることが可能になるため、本発明で好ましく用いられる。
また、塊状重合法は、溶液重合法と比較して溶媒の留去の工程が必要ないため、低コストで結着樹脂を得ることができる。更に、塊状重合法で製造された結着樹脂は、懸濁重合法で製造された結着樹脂と比較して、分散剤の如き不純物が少ない為、トナーの摩擦帯電性への影響が少なく、トナーの結着樹脂として非常に好ましい。
特に、本発明で用いる結着樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂を有する低分子量ポリエステル樹脂の存在下でビニル系モノマーを、低分子量ポリエステル樹脂:ビニル系モノマー=50:50〜90:10(好ましくは60:40〜80:20)の質量比で塊状重合することにより得られるハイブリッド樹脂であることが好ましい。低分子量ポリエステル樹脂の質量比が50:50よりも少ないと低温定着性が低下しやすく、90:10よりも多いと耐高温オフセット性が低下しやすい。
不飽和ポリエステル樹脂成分(特に好ましくは不飽和線状ポリエステル樹脂成分)の存在下でビニル系モノマーを塊状重合することで、分子量が大きくて直鎖性の高いビニル系樹脂成分を主鎖として、低分子量ポリエステル樹脂成分がビニル系樹脂成分から分岐した形の分子構造を持つ、ハイブリッド樹脂成分を得ることが出来る。更に、この分岐構造を持つハイブリッド樹脂成分中の酸基や水酸基が、分子間でエステル化結合することによりゲル成分を形成する。
こうして得られたゲル成分は、構成単位であるハイブリッド樹脂成分の分子構造が規則的であるために、ゲル成分の分子構造も規則的に構成されやすく、熱によるシャープメルト性に優れ、低温定着性を阻害しない。さらには、ビニル系モノマーの塊状重合により、ゲル成分の構成単位であるハイブリッド樹脂成分中のビニル系重合体ユニットの分子量を大きくできるのでゲル成分の分子量も大きくなり、高温でも高い粘度を維持でき、耐高温オフセット性を高めることができる。
また、本発明のハイブリッド樹脂を用いたトナーは、テトラヒドロフランに不溶な樹脂成分を加水分解し、その後、濾過して濾別される成分(以下、「残留物」と称す場合もある。)のテトラヒドロフラン可溶分が、GPCによって測定される分子量分布において、分子量10,000乃至1,000,000(好ましくは分子量30,000乃至500,000、より好ましくは分子量50,000乃至300,000)の範囲にメインピークを有することが好ましい。テトラヒドロフランに不溶なハイブリッド樹脂成分を加水分解した際、分解される成分はエステル結合によってポリマー化されているポリエステルユニットであり、ビニル系重合体ユニットは分解されずに重合体の状態で残存する。そのため、加水分解後の残留物は、主にビニル系重合体ユニットからなるものであり、残留物のテトラヒドロフラン可溶分とはビニル系重合体ユニットのテトラヒドロフラン可溶分のことである。
また、ポリエステル樹脂と分子量10,000乃至1,000,000にメインピークを有するようなビニル系樹脂を単に混合して結着樹脂を製造した場合には、そのようなビニル系樹脂はテトラヒドロフラン可溶分になり、最初の段階でテトラヒドロフラン不溶分中に含まれなくなる。また、ポリエステル樹脂とテトラヒドロフラン不溶分を含有するビニル系樹脂を単に混合して結着樹脂を製造した場合には、ビニル系樹脂がテトラヒドロフラン不溶分中には残るものの、加水分解後もテトラヒドロフラン不溶分のままである。そのため、いずれの場合であっても、上記したようなハイブリッド樹脂として好ましい構成とはならない。
上記した好ましい構成を満たすようなハイブリッド樹脂成分は、例えば、ポリエステル系樹脂と分子量10,000乃至1,000,000の範囲にメインピークを有するビニル系樹脂とをハイブリッド化し、ハイブリッド化されることによってテトラヒドロフラン不溶分になった場合に生じるものである。
よって、残留物のテトラヒドロフラン可溶分が分子量10,000乃至1,000,000にメインピークを有するということは、分子量の大きい(即ち、分子量10,000乃至1,000,000の領域にメインピークを有する)ビニル系重合体ユニットとポリエステル系ユニットとがハイブリッド化されているということを表す。
即ち、樹脂成分に由来するテトラヒドロフラン不溶分を加水分解し、残留物のテトラヒドロフラン可溶分が、GPCによって測定される分子量分布において、分子量10,000乃至1,000,000にメインピークを有するような結着樹脂は、分子量が大きく、架橋点間分子量の大きいゲル構造を有しているものである。架橋点間分子量は、樹脂分子が分岐して架橋構造を形成する際の、分岐点間の分子量である。架橋点間分子量が大きいと分岐点間の距離が長くなる為、分子が網目状にお互いを縛り合う力が弱くなる。その結果、加熱時に、分子運動しやすく、柔軟なゲル成分を得ることができる。そのため、トナーの結着樹脂として用いた場合には、溶融混練を経てトナー粒子を製造した場合であってもゲル分の切断が生じにくく、良好な耐高温オフセット性が得られるようになる。
このようなテトラヒドロフラン不溶分を含有するトナーは、定着時に少ない熱量でもゲル成分であるテトラヒドロフラン不溶分が分子運動をしやすくなり、架橋点間分子量が小さいゲル成分を含有する場合と比較して結着樹脂が熱で軟化しやすくなるため、低温定着性が向上する。さらに、このようなゲル成分は、高温でも高い粘度を維持することが可能になり、耐高温オフセット性を向上させることができる。また、少量のゲル成分でも耐高温オフセット性を維持できる為に、低分子量成分を多く含有させることが出来、更に低温定着性を改良することも可能となる。また、残留物のテトラヒドロフラン可溶分が、GPCによって測定される分子量分布において、分子量10,000乃至1,000,000程度であれば、トナー粒子に含有される他の成分の分散を阻害する作用は小さく、特に問題とならない。
テトラヒドロフラン不溶分中に含まれるポリエステルユニットを加水分解し、残留物のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布は、以下のような手順で測定できる。
まず、トナーから結着樹脂由来のテトラヒドロフラン不溶分を取り出し、このテトラヒドロフラン不溶分をアルカリ性水溶液中で加熱し、ポリエステル系樹脂ユニットを加水分解して取り除く。ビニル系樹脂成分は加水分解されずに樹脂成分として残留するため、残留物を抽出してGPCにより分子量分布を測定する。具体的な測定法を以下に示す。
(1)テトラヒドロフラン不溶分の分離
トナーを秤量し、円筒ろ紙(例えばNo.86Rサイズ28mm(高さ)×10mm(直径) 東洋ろ紙社製)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてテトラヒドロフラン200mlを用いて、テトラヒドロフラン可溶分を16時間抽出する。このとき、テトラヒドロフランの抽出サイクルが約4〜5分に1回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、円筒ろ紙上のトナーのテトラヒドロフラン不溶分を採取する。
トナーが磁性体を含有する磁性トナーの場合、この採取したテトラヒドロフラン不溶分をビーカーに入れ、テトラヒドロフランを加えてに充分に分散させた後、ビーカー底部に磁石を近づけて磁性体をビーカー底部に沈殿、固定させる。この状態でテトラヒドロフランとテトラヒドロフランに分散されたゲル成分を別の容器に移し替えることで磁性体を取り除き、テトラヒドロフランをエバポレートすることで、結着樹脂由来のテトラヒドロフラン不溶分を分離する。
(2)加水分解による残留物の分離
得られた結着樹脂由来のテトラヒドロフラン不溶分を2mol/リットルのNaOH水溶液に1質量%の濃度で分散させ、耐圧容器を用いて、温度150℃、24時間の条件で加水分解する。この加水分解液から以下のいずれかの手順で加水分解後の残留物を濾別する。
i)テトラヒドロフラン不溶分がエステル構造を有する成分を含有していない場合:
加水分解液をメンブランフィルターを用いて吸引ろ過して残留物を分離する。これにより、ポリエステル系樹脂ユニットの分解物であるモノマー成分はろ液中に除去される。
ii)テトラヒドロフラン不溶分が、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル等のエステル構造を有する成分を含有している場合:
加水分解液中に存在する残留物は、ナトリウム塩(−COONa)となっているため、残留物を濾別した後、残留物を水中に再度分散し、分散後、塩酸を加えて水をpH=2に調整して、残留物の有する−COO基を−COOHとした。その後、メンブランフィルターでろ過分離した。
(3)上記(2)で分離された成分のGPC測定
上記(2)で分離された成分をテトラヒドロフランに溶解し、GPCにより分子量分布の測定を実施する。
また、テトラヒドロフラン不溶分としては、ビニル系重合体ユニットを20乃至80質量%(好ましくは30乃至70質量%、より好ましくは40乃至60質量%)含有していることが好ましい。テトラヒドロフラン不溶分中のビニル系重合体ユニットの含有量は以下のようにして測定することができる。
まず、ハイブリッド樹脂の重合に用いたポリエステル系樹脂成分のモノマー組成と同一のモノマー組成でポリエステル樹脂を重合する。また、同様に、ハイブリッド樹脂の重合に用いたビニル系重合体成分のモノマー組成と同一のモノマー組成でビニル系重合体を重合する。このようにして得られたポリエステル樹脂とビニル系重合体を充分に混合したものを検量線サンプルとする。ポリエステル系樹脂とビニル系重合体を任意の比率で変化させた混合サンプルを数点作製し、IR測定により検量線を作成し、この検量線を用いてテトラヒドロフラン不溶分中のビニル系重合体ユニットの含有量を算出する。
例えば、後述する実施例のハイブリッド樹脂製造例1では、ポリエステルのピークとして、フタル酸ユニットのベンゼン環由来のピーク(約730cm−1)とビスフェノール誘導体ユニットのベンゼン環由来のピーク(約830cm−1)の面積の和をポリエステル樹脂部とし、ビニル系重合体のピークとして、スチレンユニットのベンゼン環由来のピーク(約700cm−1)の面積をビニル系重合体部として、検量線を元にビニル系重合体ユニットの含有量を算出した。
塊状重合法で得られるハイブリッド樹脂に用いられる不飽和ポリエステル樹脂としては、テトラヒドロフラン可溶分のGPC分子量分布において、分子量2,000乃至30,000(好ましくは分子量3,000乃至20,000、より好ましくは分子量5,000乃至15,000)の範囲にメインピークを有するような低分子量の不飽和ポリエステル樹脂であることが好ましい。さらには、ゲル成分を含まない線状の不飽和ポリエステル樹脂であることが特に好ましい。メインピーク分子量が上記の範囲内であれば、現像性と低温定着性とをより良好に両立することができる。
また、本発明の塊状重合法で得られるハイブリッド樹脂に用いられる不飽和ポリエステル樹脂は、酸価が0.1乃至30mgKOH/g(好ましくは1乃至20mgKOH/g、より好ましくは1乃至10mgKOH/g)であることが好ましく、水酸基価が10乃至60mgKOH/g(好ましくは20乃至60mgKOH/g、より好ましくは30乃至50mgKOH/g)であることが、トナーに良好な摩擦帯電性を付与できるため好ましい。
ポリエステルユニットを形成する際に用いることのできるモノマーを以下に例示する。2価のアルコール成分としては、以下のものが挙げられる。エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、また(A)式で表わされるビスフェノール及びその誘導体;
Figure 0004537496
(式中Rは、エチレンまたはプロピレン基であり、x,yはそれぞれ0以上の整数であり、かつ、x+yの平均値は0乃至10である。)
また(B)式で示されるジオール類;
Figure 0004537496
x’,y’は、0以上の整数であり、かつ、x+yの平均値は0乃至10である。)
2価の酸成分としては、以下のものが挙げられる。フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸類又はその無水物、又はその低級アルキルエステル;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸などのアルキルジカルボン酸類又はその無水物、又はその低級アルキルエステル;n−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸の如きアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類、又はその無水物、又はその低級アルキルエステル。
特に、低粘度の飽和ポリエステル樹脂には、アルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類、又はその無水物、又はその低級アルキルエステルの如きジカルボン酸類及びその誘導体を酸モノマーとして用いることが好ましい。これら酸モノマーは、低粘度の飽和ポリエステル樹脂をハイブリッド樹脂になじみやすくする為、ハイブリッド樹脂で構成されるゲル成分中に低粘度の飽和ポリエステル樹脂が入り込みやすくなる。
また、不飽和ポリエステル樹脂を得る為の不飽和結合を持つ酸成分としては、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物、又はその低級アルキルエステルが好ましく用いられる。
これら不飽和ジカルボン酸は、ポリエステルモノマーの全酸成分に対して、0.1乃至10mol%(好ましくは0.3乃至5mol%、より好ましくは0.5乃至3mol%)の割合で用いることが好ましい。この範囲で不飽和ジカルボン酸を添加した場合に、低分子量ポリエステル分子中に占める不飽和結合濃度が適当となり、適度な架橋点間距離を有してポリエステル樹脂とビニル系樹脂とのハイブリッド化が生じる。
また必要に応じて3価以上のアルコール成分や3価以上の酸成分を使用することも可能である。
3価以上の多価アルコール成分としては、以下のものが挙げられる。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、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、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン。
3価以上の多価カルボン酸成分としては、以下のものが挙げられる。ピロメリット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、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−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンポール三量体酸、及びこれらの無水物、及びこれらの低級アルキルエステル;次式
Figure 0004537496
(式中Xは炭素数3以上の側鎖を1個以上有する炭素数5〜30のアルキレン基又はアルケニレン基)
で表わされるテトラカルボン酸、及びこれらの無水物、及びこれらの低級アルキルエステルの如き多価カルボン酸類及びその誘導体。なかでも、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸およびこれらの無水物、低級アルキルエステルが好ましい。
ポリエステル系樹脂においては、アルコール成分が40乃至60mol%(より好ましくは45乃至55mol%)であり、酸成分が60乃至40mol%(より好ましくは55乃至45mol%)であることが好ましい。また3価以上の多価の成分を用いる場合は、全成分中の0.1乃至60mol%(より好ましくは0.1乃至20mol%)であることが好ましい。
ポリエステル系樹脂は通常一般に知られている縮重合によって得られる。ポリエステル樹脂の重合反応は通常触媒の存在下温度150乃至300℃、好ましくは温度170乃至280℃の温度条件下で行われる。また反応は常圧下、減圧下、もしくは加圧下のいずれでも行うことができるが、所定の反応率(例えば30乃至90%程度)に到達後は反応系を200mmHg以下、好ましくは25mmHg以下、更に好ましくは10mmHg以下に減圧し、反応を行うのが好ましい。
上記触媒としては、ポリエステル化に用いられる以下の触媒が挙げられる。スズ、チタン、アンチモン、マンガン、ニッケル、亜鉛、鉛、鉄、マグネシウム、カルシウム、ゲルマニウムの如き金属;これら金属を含有する化合物(ジブチルスズオキサイド、オルソジブチルチタネート、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、酢酸亜鉛、酢酸鉛、酢酸コバルト、酢酸ナトリウム、三酸化アンチモン)。
本発明では、重合反応の制御のしやすさや、ビニル系モノマーとの反応性の高さからチタン化合物が好ましく用いられる。特に好ましいものとしてテトライソプロピルチタネート、シュウ酸チタニル二カリウムが挙げられる。この際、結着樹脂の着色防止として酸化防止剤(特にリン系酸化防止剤)や、反応促進剤として助触媒(マグネシウム化合物が好ましく、特に酢酸マグネシウムが好ましい)を添加することが特に好ましい。
反応物の性質(例えば酸価、軟化点等)が所定の値に到達した時点、あるいは反応機の撹拌トルクまたは撹拌動力が所定の値に到達した時点で反応を停止させることによって本発明のポリエステル系樹脂を得ることができる。
本発明において、ビニル系重合体とは、ビニル系ホモポリマーもしくはビニル系コポリマーを意味するものである。
ビニル系樹脂を得る為のモノマーとしては、次のようなものが挙げられる。
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−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、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−ドデシルスチレンの如きスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きエチレン不飽和モノオレフィン類;ブタジエン,イソプレンの如き不飽和ポリエン類;塩化ビニル、臭化ビニル、沸化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、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α−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;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如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸誘導体もしくはメタクリル酸誘導体。これらのビニルモノマーは単独もしくは2つ以上のモノマーを混合して用いられる。
これらの中でもスチレン系共重合体、スチレン−アクリル系共重合体となるようなモノマーの組み合せが好ましい。
さらに、結着樹脂の酸価を調整するモノマーとして、以下のものが挙げられる。アクリル酸、メタクリル酸、α−エチルアクリル酸、クロトン酸の如きアクリル酸及びそのα−或いはβ−アルキル誘導体;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸及びそのモノエステル誘導体又は無水マレイン酸。このようなモノマーを単独、或いは混合して、他のモノマーと共重合させることにより所望の結着樹脂を作ることができる。この中でも、特に不飽和ジカルボン酸のモノエステル誘導体を用いることが酸価をコントロールする上で好ましい。
より具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸モノオクチル、マレイン酸モノアリル、マレイン酸モノフェニル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノブチル、フマル酸モノフェニルの如きα,β−不飽和ジカルボン酸のモノエステル類;n−ブテニルコハク酸モノブチル、n−オクテニルコハク酸モノメチル、n−ブテニルマロン酸モノエチル、n−ドデセニルグルタル酸モノメチル、n−ブテニルアジピン酸モノブチルの如きアルケニルジカルボン酸のモノエステル類;フタル酸モノメチルエステル、フタル酸モノエチルエステル、フタル酸モノブチルエステルの如き芳香族ジカルボン酸のモノエステル類。
以上のようなカルボキシル基含有モノマーは、ビニル系重合体ユニットを合成する際に用いられる全モノマーに対し0.1乃至30質量%用いるのが好ましい。
本発明のゲル成分中に含まれるビニル系重合体ユニットは、直鎖性が高いものが好ましい為、架橋性モノマーは含有しないものがより好ましい。本発明の目的を達成する為に、以下に例示する様な架橋性モノマーを添加しても良い。
架橋性モノマーとしては主として2個以上の重合可能な二重結合を有するモノマーが用いられる。芳香族ジビニル化合物(例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン);アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグルコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングル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#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、及び、以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);ポリエステル型ジアクリレート化合物類(例えば、商品名MANDA(日本化薬))。多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、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、オリゴエステルアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート。
これらの架橋剤は、他のビニル系モノマー成分100質量部に対して、0.001乃至1質量部で用いることが好ましく、より好ましくは0.001乃至0.05質量部の範囲で用いられる。
ビニル系樹脂は、以下に例示する様な多官能性重合開始剤を単独で、あるいは多官能性重合開始剤と単官能性重合開始剤とを併用して生成することが好ましい。
多官能構造を有する多官能性重合開始剤の具体例としては、以下のものが挙げられる。1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ヘキシルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−アミルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−2−メチルシクロヘキサン、1,3−ビス−(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、1,3−ビス−(ネオデカノールパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(2−エチルヘキサノールパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(m−トルオールパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、トリス−(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ヘキシルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−アミルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロドデカン、2,2−ジ−t−ブチルパーオキシブタン、4,4−ジ−t−ブチルパーオキシバレリックアシッド−n−ブチルエステル、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロイソフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレート、ジ−t−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、2,2−ビス−(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−t−ブチルパーオキシオクタン及び各種ポリマーオキサイドの1分子内に2つ以上のパーオキサイド基の如き重合開始機能を有する官能基を有する多官能性重合開始剤、及びジアリルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート及びt−ブチルパーオキシイソプロピルフマレートの如き、1分子内に、パーオキサイド基の如き重合開始機能を有する官能基と重合性不飽和基の両方を有する多官能性重合開始剤。
これらの内、より好ましいものとしては、以下のものが挙げられる。1,3−ビス−(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、及び2,2−ビス−(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン。
これらの多官能性重合開始剤は、効率の点からモノマー100質量部に対し0.01乃至10質量部用いるのが好ましい。
さらに、これらの多官能性重合開始剤を単官能性重合開始剤と併用する場合には、半減期が10時間となる温度(10時間半減期温度)が該多官能性重合開始剤よりも低い単官能性重合開始剤と併用することが好ましい。
具体的には、以下のものが挙げられる。ベンゾイルパーオキシド、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルパーオキシ)バレレート、ジクミルパーオキシド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシジイソプロピル)ベンゼン、t−ブチルパーオキシクメン、ジ−t−ブチルパーオキシドの如き有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、ジアゾアミノアゾベンゼンの如きアゾおよびジアゾ化合物。
これらの単官能性重合開始剤は、前記多官能性重合開始剤と同時にモノマー中に添加しても良いが、該多官能性重合開始剤の効率を適正に保つ為には、重合工程においてビニル系モノマーの重合添加率が50%以上に達した後に添加するのが好ましい。
本発明に係わる結着樹脂は、上述した如く、前記のような不飽和ポリエステル樹脂存在下で、溶媒を使わずにビニル系モノマーを重合する、塊状重合法によりハイブリッド樹脂を得ることが好ましい。特に、重合開始剤として、10時間半減期温度が100乃至150℃のものを用い、重合開始剤の10時間半減期温度よりも30℃低い温度から、10時間半減期温度よりも10℃高い温度の範囲で、ビニル系モノマーの重合転化率が60%、好ましくは80%に達するまで重合反応を行い、塊状重合により生成するビニル系重合体ユニットの分子量を大きくすることが好ましい。さらに、重合転化率が60%(好ましくは80%)に達した後に、10時間半減期温度よりも10℃以上高い温度で重合反応を行い、反応を終了させることが良い。
本発明の結着樹脂は、ハイブリッド樹脂を用いることが最も好ましいが、上記ポリエステルユニットを構成しうるモノマーの重合により得られるポリエステル樹脂も好ましく用いられる。また、上記ビニル系モノマーを重合して得られる、ビニル系重合体を用いることも可能である。
このようにして得られた結着樹脂は酸価が0.1乃至50mgKOH/g(好ましくは1乃至40mgKOH/g、より好ましくは1乃至30mgKOH/g)、水酸基価が5乃至80mgKOH/g(好ましくは5乃至60mgKOH/g、より好ましくは10乃至50mgKOH/g)の範囲であることが、トナーの摩擦帯電性を安定させる点で好ましい。
さらに、本発明に用いられる結着樹脂は、テトラヒドロフラン不溶分を5乃至50質量%(好ましくは5乃至40質量%、より好ましくは10乃至30質量%)含有することが、トナーの現像性、耐高温オフセット性を高めるうえで好ましい。
本発明に用いられる結着樹脂は、軟化点が100乃至150℃、好ましくは100乃至140℃であることが、低温定着性と耐高温オフセット性のバランスを取る上で好ましい。軟化点が100℃未満であると耐高温オフセット性が低下する場合があり、150℃より大きいと低温定着性が低下する場合がある。
本発明に用いられる結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50乃至75℃であることが好ましい。結着樹脂のガラス転移温度が50℃未満であると、トナーの保存安定性が不十分となることがあり、75℃よりも大きいとトナーの低温定着性が不十分となることがある。
本発明のトナーは更に磁性体(例えば磁性酸化鉄)を含有させ磁性トナーとしても使用しうる。この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。
本発明において、磁性トナー中に含まれる磁性体としては、以下のものが挙げられる。マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き金属或はこれらの金属と、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。
これらの磁性体は個数平均粒子径が2.0μm以下、好ましくは0.05乃至0.5μmのものが好ましい。トナー中に含有させる量としては結着樹脂100質量部に対し20乃至200質量部であることが好ましく、特に好ましくは樹脂成分100質量部に対し40乃至150質量部である。
本発明に用いられる着色剤は、黒色着色剤としてカーボンブラック、グラフト化カーボンや以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用可能である。
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利用できる。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。
非磁性の着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。非磁性の着色剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対し1〜20質量部添加して用いられる。
本発明のトナーには、荷電制御剤を含有させることが好ましく、特に負荷電性トナーとして用いることが好ましい。トナーを負荷電性に制御するものとして下記物質がある。
有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属化合物。他には、スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体又は共重合体、あるいは芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類がある。
また、負帯電性の荷電制御剤としては、次に示した一般式(1)で表されるアゾ系金属化合物、一般式(2)で表されるオキシカルボン酸金属化合物が好ましい。
Figure 0004537496
〔式中、Mは配位中心金属を表し、Sc、Ti、V、Cr、Co、Ni、Mn、又はFeを示す。Arはアリール基であり、フェニレン基、ナフチレン基を示し、置換基を有してもよい。この場合の置換基としては、ニトロ基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アニリド基および炭素数1乃至18のアルキル基、またはアルコキシ基である。X,X’、Y,及びY’は−O−、−CO−、−NH−、−NR−(Rは炭素数1〜4のアルキル基)である。Aは水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン、脂肪族アンモニウムイオン、それらの混合物を表すが、Aは存在しない場合もある。〕
特に、中心金属としてはFeが好ましく、置換基としてはハロゲン原子、アルキル基、アニリド基が好ましい。
Figure 0004537496
〔式中、Mは配位中心金属を表し、Cr,Co,Ni,Mn,Fe,Zn,Al,B
Figure 0004537496
(Xは、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基を示す)および
Figure 0004537496
(Rは、水素原子、C乃至C18のアルキル又はC乃至C18のアルケニル基を示す)を表す。
A’は水素、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、脂肪族アンモニウム、
Figure 0004537496
特に、中心金属としてはFe,Si,Zn,Zr,又はAlが好ましく、置換基としてはアルキル基、アニリド基、アリール基、ハロゲンが好ましく、カウンターイオンは水素イオン、アンモニウムイオン、脂肪族アンモニウムイオンが好ましい。
そのうちでも、式(1)で表されるアゾ系金属化合物がより好ましく、とりわけ、下記式(3)で表されるアゾ系鉄化合物が最も好ましい。
Figure 0004537496
[式中、X及びXは水素原子,低級アルキル基,低級アルコキシ基,ニトロ基又はハロゲン原子を示し、m及びm’は1乃至3の整数を示し、
及びYは水素原子,C乃至C18のアルキル,C乃至C18のアルケニル,スルホンアミド,メシル,スルホン酸,カルボキシエステル,ヒドロキシ,C乃至C18のアルコキシ,アセチルアミノ,ベンゾイル,アミノ基又はハロゲン原子を示し、
n及びn’は1乃至3の整数を示し、
及びYは水素原子又はニトロ基を示し、
(上記のXとX,mとm’,YとY,nとn’,YとYは同一でも異なっていても良い。)
Figure 0004537496
合イオンを示す。]
次に、該化合物の具体例を示す。
アゾ系鉄化合物(1)
Figure 0004537496
アゾ系鉄化合物(2)
Figure 0004537496
アゾ系鉄化合物(3)
Figure 0004537496
アゾ系鉄化合物(4)
Figure 0004537496
アゾ系鉄化合物(5)
Figure 0004537496
アゾ系鉄化合物(6)
Figure 0004537496
本発明のトナーは、正荷電性トナーとして使用することも可能である。正荷電性の荷電制御剤としては下記の物質が例示される。ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変成物;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四級アンモニウム塩、ホスホニウム塩の如き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;グアニジン化合物、イミダゾール化合物。これらを単独で或いは2種類以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、トリフェニルメタン化合物、カウンターイオンがハロゲンでない四級アンモニウム塩が好ましく用いられる。
また、一般式(4)
Figure 0004537496
〔式中、RはH又はCHを示し、R及びRは置換または未置換のアルキル基(好ましくは、炭素数1〜4)を示す。〕
で表されるモノマーの単重合体;前述したスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの如き重合性モノマーとの共重合体を正荷電性制御剤として用いることができる。この場合これらの荷電制御剤は、結着樹脂(の全部または一部)としての作用をも有する。
特に下記一般式(5)で表される化合物が本発明の構成においては好ましい。
Figure 0004537496
〔式中、R、R、R、R、R及びRは、各々互いに同一でも異なっていてもよい水素原子、置換もしくは未置換のアルキル基または、置換もしくは未置換のアリール基を表し、R、R及びRは、各々互いに同一でも異なっていてもよい水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基を表し、Aは、硫酸イオン、硝酸イオン、ほう酸イオン、りん酸イオン、水酸イオン、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機りん酸イオン、カルボン酸イオン、有機ほう酸イオン又はテトラフルオロボレートから選択される陰イオンを示す。〕
負帯電用として好ましい制御剤として、以下のものが挙げられる。Spilon Black TRH、T−77、T−95(保土谷化学工業(株))、BONTRON(登録商標)S−34、S−44、S−54、E−84、E−88、E−89(オリエント化学工業(株))。正帯電用として好ましい制御剤として以下のものが挙げられる。TP−302、TP−415(保土谷化学工業(株))、BONTRON(登録商標)N−01、N−04、N−07、P−51(オリエント化学工業(株))、コピーブルーPR(クラリアント社)。
荷電制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法と外添する方法がある。これらの電荷制御剤の使用量としては、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではない。好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1乃至10質量部、より好ましくは0.1乃至5質量部の範囲で用いられる。
本発明のトナーは、流動性向上剤が外部添加されても良い。流動性向上剤は、トナー粒子に外添することにより、流動性が添加前後を比較すると増加し得るものである。このような流動性向上剤としては、以下のものが挙げられる。フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフウルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末;湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ、それらをシラン化合物、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理微粉末;酸化亜鉛、酸化スズの如き酸化物;チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウムやジルコン酸カルシウムの如き複酸化物;炭酸カルシウム及び、炭酸マグネシウムの如き炭酸塩化合物等。
好ましい流動性向上剤としては、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粉末であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。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。
SiCl+2H+O→SiO+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等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粉体を得ることも可能であり、シリカとしてはそれらも包含する。その粒径は、平均の一次粒径として、0.001乃至2μmの範囲内であることが好ましく、特に0.002乃至0.2μmの範囲内のシリカ微粉体を使用することが好ましい。
ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、以下のものが挙げられる。AEROSIL(日本アエロジル社)130、200、300、380、TT600、MOX170、MOX80、COK84、Ca−O−SiL(CABOT Co.社)M−5、MS−7、MS−75、HS−5、EH−5、WackerHDK N 20(WACKER−CHEMIE GMBH社)V15、N20E、T30、T40、D−C Fine Silica(ダウコーニングCo.社)、Fransol(Fransil社)、本発明ではこれらも好適に用いることができる。
更には、本発明に用いることのできる流動性向上剤としては、前記ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体に疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。前記処理シリカ微粉体において、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が30乃至80の範囲の値を示すようにシリカ微粉体を処理したものが特に好ましい。
疎水化処理の方法としては、シリカ微粉体と反応或いは物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理する方法が挙げられる。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ微粉体を有機ケイ素化合物で処理する。
前記有機ケイ素化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルエトキシシラン、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。さらに、ジメチルシリコーンオイルの如きシリコーンオイルが挙げられる。これらは一種或いは二種以上の混合物で用いられる。
前記流動性向上剤は、BET法で測定した窒素吸着による比表面積が30m/g以上、好ましくは50m/g以上のものが好ましい。外添前のトナー粒子100質量部に対して流動性向上剤を総量で0.01乃至8質量部、好ましくは0.1乃至4質量部使用することが良い。
本発明のトナーは、前記流動性向上剤以外にも、必要に応じてさらに公知の他の外添剤(例えば荷電制御剤等)を添加して用いることができる。
また、本発明のトナーは、一成分現像剤、或いは、キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。二成分現像剤に用いる場合のキャリアとしては、従来知られているものがすべて使用可能であるが、具体的には、表面酸化又は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属及びそれらの合金又は酸化物等の、平均粒径20乃至300μmの粒子が好ましくは使用される。
また、それらキャリア粒子の表面に、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂の如き樹脂を付着又は被覆させたもの等が好ましく使用される。
本発明のトナーを製造するには、結着樹脂及び着色剤、必要に応じて磁性体やワックス、荷電制御剤、その他の添加剤をヘンシェルミキサー又はボールミルの如き混合機により十分混合してから、ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融、捏和及び混練して、結着樹脂中にワックスや磁性体を分散せしめ、冷却固化後、粉砕及び分級を行ってトナーを得ることができる。
本発明のトナーは、公知の製造装置を用いて製造することができ、例えば、以下の製造装置を用いることができる。
混合機としては、以下のものが挙げられる。ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)。
混練機としては、以下のものが挙げられる。KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)。
粉砕機としては、以下のものが挙げられる。カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボ工業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)。
分級機としては、以下のものが挙げられる。クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラッシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボジェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチック工業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)。
粗粒子をふるい分けるために用いられる篩い装置としては、以下のものが挙げられる。ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い。
本発明のトナーに係る各種物性の測定について以下に説明する。本発明では、トナー、及び結着樹脂のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布、テトラヒドロフラン不溶分の含有量、及び軟化点は、以下に示す方法によって測定することができる。
(1)テトラヒドロフラン可溶分の分子量の測定
まず、室温で24時間かけて、トナーをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(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:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、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」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
(2)テトラヒドロフラン不溶分量
結着樹脂またはトナー中の樹脂成分のテトラヒドロフラン不溶分量は、以下のようにして測定する。
結着樹脂またはトナー約1.0gを秤量(W1g)し、予め秤量した円筒濾紙(例えば、商品名No.86R(サイズ28mm×100mm)、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。そして、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)200mlを用いて16時間抽出する。このとき、溶媒の抽出サイクルが約5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。
抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を含む円筒濾紙の質量を秤量し、円筒濾紙の質量を差し引くことにより、抽出残分の質量(W2g)を算出する。
そして、樹脂成分以外の成分の含有量(W3g)を下記式(1)のように差し引くことによって、THF不溶分量を求めることができる。
THF不溶分(質量%)={(W2−W3)/(W1−W3)}×100・・・(1)
樹脂成分以外の成分の含有量は、公知の分析手段によって測定することができる。分析が困難な場合には、以下のようにして樹脂成分以外の成分の含有量(トナー中の焼却残灰分(W3’g))を見積もり、その含有量を差し引くことによって、THF不溶分を求めることができる。
トナー中の焼却残灰分は以下の手順で求める。予め秤量した30mlの磁性るつぼに約2gのトナーを秤量(Wag)する。るつぼを電気炉に入れ約900℃で約3時間加熱し、電気炉中で放冷し、常温下でデシケーター中に1時間以上放冷し、焼却残灰分を含むるつぼの質量を秤量し、るつぼの質量を差し引くことにより焼却残灰分(Wbg)を算出する。そして、下記式(2)により、試料W1g中の焼却残灰分の質量(W3’g)を算出する。
W3’=W1×(Wb/Wa)・・・(2)
この場合、THF不溶分は、下記式(3)で求められる。
THF不溶分(質量%)={(W2−W3’)/(W1−W3’)}×100・・・ (3)
(3)樹脂の酸価の測定法
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。結着樹脂の酸価は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。
(1)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1リットルとする。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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/リットル塩酸25mlを三角フラスコに取り、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で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/リットル塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した結着樹脂の試料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。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C−B)×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。
(4)軟化点
本発明の軟化点の測定は、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。
本発明においては、「流動特性評価装置 フローテスターCFT−500D」に付属のマニュアルに記載の「1/2法における溶融温度」を軟化点とする。尚、1/2法における溶融温度とは、次のようにして算出されたものである。まず、流出が終了した時点におけるピストンの降下量Smaxと、流出が開始した時点におけるピストンの降下量Sminとの差の1/2を求める(これをXとする。X=(Smax−Smin)/2)。そして、流動曲線においてピストンの降下量がXとSminの和となるときの流動曲線の温度が、1/2法における溶融温度である。
測定試料は、1.0gのトナーや結着樹脂を、25℃の環境下で、錠剤成型圧縮機(例えば、NT−100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて約10MPaで、約60秒間圧縮成型し、直径約8mmの円柱状としたものを用いる。
CFT−500Dの測定条件は、以下の通りである。
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:1.000cm
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
以下実施例にもとづいて具体的に本発明について説明する。しかしながら、これによって本発明の実施の態様がなんら限定されるものではない。
<ワックスの製造例>
(ワックス製造例1)
原料物質としてパラフィンワックス1000gをガラス製の円筒反応器に入れ、窒素ガスを少量(3リットル/分)吹き込みながら、140℃まで昇温した。ホウ酸/無水ホウ酸=1.5(モル比)の混合触媒0.30モルを加えた後、空気(21リットル/分)と窒素(18リットル/分)を吹き込みながら、170℃で4時間反応を行った。反応終了後反応混合物に等量の温水(95℃)を加え、反応混合物を加水分解してワックスAを得た。
ワックスA100gを、撹拌機、還流冷却器および加熱ヒーターを備えた容器に入れ、溶剤としてエタノール1リットルを加え、溶剤の還流温度で撹拌しながら1時間加熱してワックスを充分に溶解させた。ワックスが溶剤中に溶解したことを確認した後、温度を常温まで下げてワックスを析出させた。沈降したワックスをろ過により採取し、溶剤を減圧蒸留により除去して、精製されたワックス1を得た。
ワックス1の水酸基価は68.1mgKOH/g、エステル価は6.7mgKOH/g、酸価は3.1mgKOH/g、ピーク分子量は440、分子量700以上の含有量は0.1質量%、融点は76℃であった。ワックス1の合成条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例2)
ワックス製造例1で得られたワックスAを、目開き850μmのふるいにかけた際に、ふるい上に残る粗粒子が0.1質量%未満になるまで粉砕した。この粉砕したワックスA100gにメタノール1リットルを加え、ワックスが溶解せずにメタノール中に分散した状態で、常温(25℃)で4時間撹拌を行い、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分を抽出した。撹拌を止め、沈降したワックスをろ過により採取し、メタノールを減圧蒸留により除去して、精製されたワックス2を得た。ワックス2の物性を表1に示す。
(ワックス製造例3)
原料物質としてフィッシャートロプシュワックスを用い、ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間をかえた以外はワックス製造例1のワックスAと同様にしてワックスBを得た。このワックスBを、ワックス製造例2と同様にして、メタノールで分子量700以上の成分の抽出を行い、精製されたワックス3を得た。ワックス3の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例4)
ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間をかえた以外はワックス製造例3と同様にしてワックス4を得た。ワックス4の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例5)
原料物質としてポリエチレンワックスを用い、ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間をかえ、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出にメチルエチルケトンを使用すること以外はワックス製造例3と同様にしてワックス5を得た。ワックス5の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例6)
ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間をかえ、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出にトルエンを使用すること以外はワックス製造例5と同様にしてワックス6を得た。ワックス6の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例7)
ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間をかえ、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出を行わない用に変更する以外はワックス製造例5と同様にして、ワックス7を得た。ワックス7の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例8)
ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出を行わないこと以外はワックス製造例6と同様にして、ワックス8を得た。ワックス8の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例9)
ワックス製造例1のワックスAの製造において、ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応時間を変更し、更に、エタノールによる精製を行わないこと以外はワックス製造例1と同様にしてワックス9を得た。ワックス9の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例10)
ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒による反応時間を変え、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出を行わないこと以外はワックス製造例5と同様にして、ワックス10を得た。ワックス10の製造条件及び物性を表1に示す。
(ワックス製造例11)
ホウ酸/無水ホウ酸混合触媒の添加量と反応温度を変え、ワックス中に含まれる分子量700以上の成分の抽出時間を30分間に短縮すること以外はワックス製造例5と同様にして、ワックス11を得た。ワックス11の製造条件及び物性を表1に示す。
Figure 0004537496
<結着樹脂の製造例>
(結着樹脂製造例1)
ポリエステルモノマーを下記比率で混合する。
・前記式(A)で表されるビスフェノール誘導体 1.150mol
(R:プロピレン基,x+yの平均値:2.2)
・テレフタル酸 0.420mol
・イソフタル酸 0.390mol
・フマル酸 0.010mol
・ドデセニル無水琥珀酸 0.180mol
これらに触媒としてテトラブチルチタネート0.5質量%を添加し、230℃で縮合重合して、不飽和線状ポリエステル樹脂(メインピーク分子量=8600、数平均分子量(Mn)=3600、Mw/Mn=2.1、酸価=7.1mgKOH/g、水酸基価=35.4mgKOH/g)を得た。
この不飽和ポリエステル樹脂75質量部と、ビニル系モノマーとして、スチレン:18質量部、アクリル酸n−ブチル:6.5質量部、マレイン酸モノn−ブチル:0.5質量部、開始剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3(10時間半減期温度128℃):0.08質量部とを混合した。このビニル系モノマー/不飽和ポリエステル樹脂混合物を120℃で20時間かけて重合後、さらに150℃に温度を上げて5時間保持して未反応のビニル系モノマーを重合させて、ハイブリッド樹脂R−1を得た。
得られたハイブリッド樹脂R−1は、テトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、分子量8,800にメインピークを持ち、重量平均分子量(Mw)が41,200であり、テトラヒドロフラン不溶分を31質量%含有していた。また、酸価が6.7mgKOH/g、水酸基価が24.4mgKOH/g、ガラス転移温度が58℃、軟化点が121℃であった。
(結着樹脂製造例2)
4つ口フラスコにポリエステルモノマーを下記比率で混合した。
・前記式(A)で表されるビスフェノール誘導体 1.150mol
(R:プロピレン基,x+yの平均値:2.2)
・テレフタル酸 0.350mol
・イソフタル酸 0.350mol
・ドデセニル無水琥珀酸 0.200mol
・無水トリメリット酸 0.110mol
このポリエステルモノマー混合物に、エステル化触媒としてジブチル錫1質量部を加え、230℃まで昇温して縮重合反応を行い、ポリエステル樹脂R−2を重合した。
得られたポリエステル樹脂R−2は、テトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、分子量6,300にメインピークを持ち、重量平均分子量(Mw)が113,600であり、テトラヒドロフラン不溶分を19質量%含有していた。また、酸価が36.6mgKOH/g、水酸基価が53.5mgKOH/g、ガラス転移温度が56℃、軟化点が114℃であった。
(結着樹脂製造例3)
以下のようにして、高分子量成分の製造を行った。
・スチレン 75.0質量部
・アクリル酸n−ブチル 22.0質量部
・メタクリル酸 3.0質量部
・2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン
0.8質量部
4つ口フラスコ内でキシレン200質量部を撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換し、120℃に昇温させた後、上記成分を4時間かけて滴下した。更にキシレン還流下で重合を完了した。このようにして高分子量成分R−3−Hを含有する溶液を得た。
次いで、以下のようにして、低分子量成分の製造を行った。
・スチレン 80.0質量部
・アクリル酸n−ブチル 19.0質量部
・メタクリル酸 1.0質量部
・ジ−t−ブチルパーオキサイド 1.5質量部
上記原材料をキシレン200質量部中に4時間かけて滴下した。更に、キシレン還流下で重合を完了した。このようにして低分子量成分R−3−Lを含有する溶液を得た。
以下のようにして、架橋性成分の製造を行った。
・スチレン 79.0質量部
・アクリル酸n−ブチル 20.0質量部
・メタクリル酸グリシジル 1.0質量部
・ジ−t−ブチルパーオキサイド 5.0質量部
4つ口フラスコ内でキシレン200質量部を撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換し、120℃に昇温させた後、上記各成分を4時間かけて滴下した。更にキシレン還流下で重合を完了し、減圧下で溶媒を蒸留除去した。このように得られた樹脂成分を架橋性樹脂成分R−3−Cとする。
上記のようにして得られた高分子量成分R−3−H、低分子量成分R−3−Lを、質量比で高分子量成分/低分子量成分=30/70となるように、キシレン200質量部に混合溶解させ、昇温して還流下で12時間、撹拌混合した。その後、有機溶剤を留去し、得られた樹脂を冷延・固化後、粉砕して、R−3−H/Lを得た。
R−3−H/L:90質量部と、架橋性樹脂R−3−C:10質量部とを、ヘンシェルミキサーに入れて混合し、この混合物を200℃に加熱された二軸エクストルーダーで溶融混合させることにより、カルボキシル基とグリシジル基とを反応させ、架橋させた。得られた樹脂を冷延・固化後、粉砕して、スチレンアクリル系架橋樹脂R−3を得た。
得られたスチレンアクリル系架橋樹脂R−3は、テトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、分子量15,900にメインピーク、分子量339,000にサブピークを持ち、重量平均分子量(Mw)が214,600であり、テトラヒドロフラン不溶分を11質量%含有していた。また、酸価が10.3mgKOH/g、ガラス転移温度が60℃、軟化点が107℃であった。また、得られたスチレンアクリル系架橋樹脂R−3は、下記の部分構造式(A)
Figure 0004537496
を有していることもあわせて確認された。
(結着樹脂製造例4)
結着樹脂製造例3で得られた高分子量成分R−3−H、低分子量成分R−3−Lを、質量比で高分子量成分/低分子量成分=40/60となるように、キシレン200質量部に混合溶解させ、昇温して還流下で12時間、撹拌混合した。その後、有機溶剤を留去し、得られた樹脂を冷延・固化後、粉砕して、非架橋のスチレンアクリル系樹脂R−4を得た。
得られたスチレンアクリル系樹脂R−4は、テトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、分子量15,300にメインピーク、分子量318,500にサブピークを持ち、重量平均分子量(Mw)が344,100であり、テトラヒドロフラン不溶分を含有していなかった。また、酸価が12.7mgKOH/g、ガラス転移温度が59℃、軟化点が96℃であった。
<実施例1>
・ハイブリッド樹脂R−1 100質量部
・ワックス1 6質量部
・ フィッシャートロプシュワックス(融点105℃) 2質量部
・マグネタイト(個数平均粒径0.18μm) 100質量部
・前記アゾ系鉄化合物(1)(カウンターイオンはNH ) 2質量部
上記原材料をヘンシェルミキサーで予備混合した後、温度130℃、回転数200rpmに設定した二軸混練押し出し機(PCM−30:池貝鉄工所社製)によって混練した。得られた溶融混練物を冷却し、冷却された溶融混練物をカッターミルで粗粉砕した後、得られた粗粉砕物を、ターボミルT−250(ターボ工業社製)を用いて、排気温度が45℃になるようエアー温度を調整して微粉砕し、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、磁性トナー粒子1を得た。磁性トナー粒子1は、重量平均粒子径(D4)が5.9μm、個数分布における粒径2.00μm以上4.00μm以下の粒子の含有量が22.3個数%であった。
さらに、この磁性トナー粒子1の100質量部と、疎水性シリカ微粉体(乾式シリカ(BET:200m/g)100質量部をヘキサメチルジシラザン10質量部で表面処理し、次いでこの処理シリカ100質量部にジメチルシリコーンオイル10質量部で処理を行ったもの)1.2質量部とを、ヘンシェルミキサーで混合してトナー1を調製した。
このトナー1は、テトラヒドロフラン不溶分を22質量%含有しており、このテトラヒドロフラン不溶分を加水分解し、濾過し、濾別される成分のテトラヒドロフラン可溶分を分析したところ、残留物(ビニル系樹脂)のピーク分子量は112,700、重量平均分子量は276,600であった。また、テトラヒドロフラン不溶分中に含まれるビニル系重合体ユニットの含有量は47質量%であった。
このトナーを以下の項目について評価した。評価結果を表2に示す。
(定着試験)
ヒューレットパッカード社製レーザービームプリンタ:LaserJet4350の定着器を取り出し、定着装置の定着温度を任意に設定できるようにし、かつプロセススピードを400mm/secとなるようにした外部定着器を用いた。この外部定着器を温度140〜220℃の範囲で温度140℃から温度5℃おきに温調し、普通紙(75g/m)紙に現像したベタ黒未定着画像(紙上トナー量を0.6mg/cmに設定)の定着を行った。得られた定着画像を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が10%以下になる点を定着温度とした。この温度が低いほど低温定着性に優れたトナーである。
また、プロセススピードを100mm/secにし、温度150〜240℃の範囲で温度150℃から温度5℃おきに温調し、未定着画像の定着を行った。定着画像上の高温オフセット現象による汚れを目視で確認し、発生した温度を耐高温オフセット性とした。この温度が高いほど耐高温オフセット性に優れたトナーである。
(現像試験)
市販のレーザービームプリンタLaserJet 4350(ヒューレットパッカード社製)を65枚機に改造して、常温常湿環境(23℃、60%RH)、高温高湿環境(32.5℃、80RH%)環境にて、A4サイズの75g/mの転写紙を用いて画出し試験を行った。画像データとしては、画像面積率が1%の原稿データを用いた。この条件で、初期及び30,000枚通紙時のベタ黒画像濃度と、常温常湿環境に関してはカブリの測定を行った。
画像濃度の測定は、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を測定することにより行い、5点平均で算出した。
カブリの測定は、リフレクトメーター(東京電色(株)製)により測定した転写紙の白色度と、ベタ白をプリントした後の転写紙の白色度との差からカブリを算出した。
(クリーニングブレードめくれ)
上記現像試験で用いた改造機を使用し、温度35℃の高温環境にて、A4サイズの75g/mの転写紙を用いて、連続で両面印字の印字試験を行い、以下の基準でクリーニングブレードめくれを評価した。
A:発生なし
B:10,000枚以上の印字枚数でクリーニングブレードめくれが発生する
C:5,000枚以上10,000枚未満の印字枚数でクリーニングブレードめくれが
生する
D:1,000枚以上5,000枚未満の印字枚数でクリーニングブレードめくれが発生する
E:1,000枚未満の印字枚数でクリーニングブレードめくれが発生する
(ブロッキング試験)
トナー10gを直径3cmの円筒状のポリプロピレンのカップに量りとり、表面を平らにならした後、薬包紙を敷き、その上に10gの鉄粉キャリアをのせ、温度50℃で5日間放置し、トナーのブロッキング状態を評価した。
A:カップを傾けるとトナーがさらさらと流れる。
B:カップを回していると、トナー表面が少しずつ崩れだし、さらさらの粉になる。
C:カップを回しながら外から力を加えるとトナー表面が崩れ、そのうちさらさらと流れだす。
D:ブロッキング塊が発生。先のとがったものでつつくと崩れる。
E:ブロッキング塊が発生。つついても崩れにくい。
(感光体融着)
高温高湿環境下での30,000枚現像試験において、感光体上への融着物の発生の有無を下記評価基準に従って目視及びルーペで評価した。
A:全く融着物が存在しない。
B:感光体上に0.1mm径未満の融着物が1点以上5点未満存在する。
C:感光体上に0.1mm径未満の融着物が5点以上10点未満存在する。
D:感光体上に0.1mm径以上0.5mm径未満の融着物が1点以上10点未満存在する。
E:感光体上に0.5mm径以上の融着物が10点以上存在する。
<実施例2>
実施例1のワックス1をワックス2に変更する以外は実施例1と同様にして、トナー2を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例3>
実施例1のワックス1をワックス3に変更する以外は実施例1と同様にして、トナー3を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例4>
実施例1のワックス1をワックス4に変更する以外は実施例1と同様にして、トナー4を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例5>
実施例1のワックス1をワックス5に変更する以外は実施例1と同様にして、トナー5を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例6>
実施例5のハイブリッド樹脂R−1をポリエステル樹脂R−2に変更する以外は実施例5と同様にして、トナー6を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例7>
実施例5のハイブリッド樹脂R−1をスチレンアクリル系架橋樹脂R−3に変更する以外は実施例5と同様にして、トナー7を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例8>
実施例7のワックス5をワックス6に変更する以外は実施例7と同様にして、トナー8を調製した。評価結果を表2に示す。
<実施例9>
実施例7のワックス5をワックス7に変更する以外は実施例7と同様にして、トナー9を調製した。評価結果を表2に示す。
<比較例1>
実施例7のワックス5をワックス8に変更する以外は実施例7と同様にして、トナー9を調製した。評価結果を表2に示す。
<比較例2>
比較例1のスチレンアクリル系架橋樹脂R−3を非架橋のスチレンアクリル系樹脂R−4に変更する以外は比較例1と同様にして、トナー10を調製した。評価結果を表2に示す。
<比較例3〜5>
実施例7のワックス5をワックス9〜11に変更する以外は実施例7と同様にして、トナー11〜13を調製した。評価結果を表2に示す。
Figure 0004537496
この出願は2007年12月27日に出願された日本国特許出願番号第2007−335930からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。

Claims (3)

  1. 少なくとも結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナーであって、該ワックスが、i)酸化炭化水素系ワックスであり、ii)水酸基価が5mgKOH/g以上150mgKOH/g以下であり、iii)テトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量分布において、分子量200以上600以下の範囲にメインピークを有し、分子量700以上の成分の含有量が3質量%以下であることを特徴とするトナー。
  2. 該ワックスは溶剤により精製されたものであることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 該溶剤がアルコール類、またはケトン類であることを特徴とする請求項2に記載のトナー。
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