JP6519712B2 - 静電潜像現像用トナー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Nx=10×Gx/R×(T10000+343) …(1)
[式(1)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Rは気体定数を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
tanδx=Gy/Gx …(2)
[式(2)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Gyは、トナーの温度T10000+70℃の損失弾性率[Pa]を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
静電潜像現像用トナーが、結着樹脂を含有するトナー粒子を、複数含む。トナー粒子は、高分子架橋剤に由来する架橋構造を有する。トナーの温度80℃の貯蔵弾性率(以下、貯蔵弾性率G’80と記載する)は1.0×103Pa以上5.0×104Pa以下である。トナーの温度120℃の貯蔵弾性率(以下、貯蔵弾性率G’120と記載する)は1.0×103Pa以上1.0×104Pa以下である。下記式(1)で表される架橋密度Nxは、2.9×10-7mol/cm3以上2.5×10-6mol/cm3以下である。下記式(2)で表される損失正接tanδxは、0.05以上0.50以下である。貯蔵弾性率、架橋密度Nx、及び損失正接tanδxの各々の測定方法は、後述する実施例と同じ方法又はその代替方法である。
Nx=10×Gx/R×(T10000+343) …(1)
[式(1)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Rは気体定数を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
tanδx=Gy/Gx …(2)
[式(2)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Gyは、トナーの温度T10000+70℃の損失弾性率[Pa]を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
(C)トナーの架橋密度Nxが2.9×10-7mol/cm3以上2.5×10-6mol/cm3以下である。
(D)トナーの損失正接tanδxが0.05以上0.50以下である。
(結着樹脂)
トナー母粒子では、一般に、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナー母粒子全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。結着樹脂として複数種の樹脂を組み合わせて使用することで、結着樹脂の性質(より具体的には、水酸基価、酸価、Tg、又はTm等)を調整することができる。結着樹脂がエステル基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナー母粒子はアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基又はアミド基を有する場合には、トナー母粒子はカチオン性になる傾向が強くなる。
トナー母粒子は、着色剤を含有してもよい。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。画像形成に適したトナーを得るためには、着色剤の量が、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。
トナー母粒子は、離型剤を含有してもよい。離型剤は、例えば、トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
トナー母粒子は、電荷制御剤を含有してもよい。電荷制御剤は、例えば、トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させ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可能か否かの指標になる。
トナー母粒子は、磁性粉を含有してもよい。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、又はこれら金属の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、又は二酸化クロム等)、又は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。1種類の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
トナー母粒子の表面に外添剤(詳しくは、複数の外添剤粒子を含む粉体)を付着させてもよい。外添剤は、内添剤とは異なり、トナー母粒子の内部には存在せず、トナー母粒子の表面(トナー粒子の表層部)のみに選択的に存在する。例えば、トナー母粒子(粉体)と外添剤(粉体)とを一緒に攪拌することで、トナー母粒子の表面に外添剤が付着する。トナー母粒子と外添剤粒子とは、互いに化学反応せず、化学的ではなく物理的に結合する。トナー母粒子と外添剤粒子との結合の強さは、攪拌条件(より具体的には、攪拌時間、及び攪拌の回転速度等)、外添剤粒子の粒子径、外添剤粒子の形状、及び外添剤粒子の表面状態などによって調整できる。
前述の基本構成を有するトナーを容易かつ好適に製造するためには、例えば、次に示す溶融混練工程と粉砕工程とを含むトナーの製造方法が好ましい。また、トナーの製造方法が、次に示す分級工程と外添工程とを含むことがより好ましい。
以下、溶融混練工程の一例について説明する。溶融混練工程では、少なくとも結着樹脂と高分子架橋剤とを含むトナー材料(例えば、複数種の非結晶性ポリエステル樹脂、高分子架橋剤、着色剤、及び離型剤)を混合し、得られた混合物を溶融混練して、溶融混練物を得る。トナー材料の混合には、混合装置(例えば、FMミキサー)を好適に使用できる。混合物の溶融混練には、二軸押出機、三本ロール混練機、又は二本ロール混練機を好適に使用できる。前述の基本構成を有するトナーを得るためには、架橋性官能基の量が1.0mmol/g以上10.0mmol/g以下であり、かつ、質量平均分子量(Mw)が10000以上150000以下である高分子架橋剤を使用することが好ましい。なお、トナー材料として、結着樹脂及び着色剤を含むマスターバッチを用いてもよい。
続けて、得られた溶融混練物を粉砕して、複数の粒子を含む粉砕物を得る。例えば、冷却固化装置(より具体的には、ドラムフレーカー等)を用いて溶融混練物を冷却することにより固化する。続けて、第1の粉砕装置を用いて、得られた固化物を粗粉砕する。その後、得られた粗粉砕物を、第2の粉砕装置を用いてさらに粉砕する。
続けて、得られた粉砕物を、分級機(例えば、風力分級機)を用いて分級する。これにより、所望の粒子径を有するトナー母粒子が得られる。
外添工程では、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる。混合機を用いて、トナー母粒子に外添剤が埋め込まれないような条件でトナー母粒子と外添剤とを混合することで、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させることができる。
(非結晶性ポリエステル樹脂PES−Aの合成)
温度計、ガラス製の窒素導入管、攪拌装置(ステンレススチール製の攪拌羽根)、及び流下式コンデンサー(熱交換器)を備えた容量10Lの4つ口フラスコ内に、ビスフェノールA・EO(エチレンオキサイド)2モル付加物200gと、テレフタル酸90gと、2−エチルヘキサン酸錫(II)54gとを入れた。続けて、窒素導入管を通じてフラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素雰囲気(不活性雰囲気)にした。続けて、窒素雰囲気で、フラスコ内容物を攪拌しながら温度235℃まで昇温させて、窒素雰囲気かつ温度235℃の条件で、フラスコ内容物を攪拌しながら、樹脂原料(ビスフェノールA・EO2モル付加物、及びテレフタル酸)が全て溶解するまでフラスコ内容物を反応(縮重合反応)させた。続けて、フラスコ内を減圧し、減圧雰囲気(圧力8.0kPa)かつ温度235℃の条件で、反応生成物(ポリエステル樹脂)のTmが所定の温度(90℃)になるまで、フラスコ内容物を反応させた。その結果、ガラス転移点(Tg)60℃、軟化点(Tm)90℃の非結晶性ポリエステル樹脂PES−Aが得られた。
非結晶性ポリエステル樹脂PES−Bの合成方法は、樹脂原料として、ビスフェノールA・EO2モル付加物200gとテレフタル酸90gとに代えて、ビスフェノールA・EO(エチレンオキサイド)2モル付加物100gとビスフェノールA・PO(プロピレンオキサイド)2モル付加物100gとテレフタル酸60gとアジピン酸20gとを使用した以外は、非結晶性ポリエステル樹脂PES−Aの合成方法と同じであった。得られた非結晶性ポリエステル樹脂PES−Bに関しては、ガラス転移点(Tg)が40℃、軟化点(Tm)が90℃であった。
温度計、ガラス製の窒素導入管、攪拌装置(ステンレススチール製の攪拌羽根)、及び流下式コンデンサー(熱交換器)を備えた容量10Lの4つ口フラスコ内に、ビスフェノールA・EO(エチレンオキサイド)2モル付加物100gと、ビスフェノールA・PO(プロピレンオキサイド)2モル付加物100gと、テレフタル酸60gと、アジピン酸20gと、2−エチルヘキサン酸錫(II)54gとを入れた。続けて、窒素導入管を通じてフラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素雰囲気(不活性雰囲気)にした。続けて、窒素雰囲気で、フラスコ内容物を攪拌しながら温度235℃まで昇温させて、窒素雰囲気かつ温度235℃の条件で、フラスコ内容物を攪拌しながら、樹脂原料(ビスフェノールA・EO2モル付加物、及びテレフタル酸)が全て溶解するまでフラスコ内容物を反応(縮重合反応)させた。続けて、フラスコ内を減圧し、減圧雰囲気(圧力8.0kPa)かつ温度235℃の条件で、フラスコ内容物をさらに1.5時間(90分間)反応(詳しくは、重合反応)させた。
架橋剤CL−1として、オキサゾリン基含有高分子水溶液(株式会社日本触媒製「エポクロスWS−700」、固形分濃度:25質量%、Tg:50℃)を準備した。
架橋剤CL−2として、オキサゾリン基含有高分子水溶液(株式会社日本触媒製「エポクロスWS−300」、固形分濃度:10質量%、Tg:90℃)を準備した。
還流冷却器、窒素導入管、攪拌装置、及び温度計を備えた容量0.3Lのセパラブルフラスコを温度30℃のウォーターバスにセットした。続けて、そのフラスコ内に、メタクリル酸グリシジル10gと、メタクリル酸メチル20gと、連鎖移動剤(BTBTPB:(1,4−ビス(2−チオベンジルチオ)プロプ−2−イル)ベンゼン)1.165gと、開始剤(2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル))0.82gと、溶剤(メチルエチルケトン)40mLと、トルエン20mLとを入れた。続けて、窒素ガスでフラスコ内容物を15分間バブリングした後、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を72℃に上げた。続けて、フラスコ内容物を6時間反応させた後、フラスコ内容物(反応生成物)をメタノールに投入して、グリシジル基含有高分子を沈殿させた。そして、沈殿物(グリシジル基含有高分子)を回収して、架橋剤CL−3を得た。得られた架橋剤CL−3(グリシジル基含有高分子)は、グリシジル基の量9.2mmol/g、質量平均分子量(Mw)17000のアクリル酸系樹脂であった。
架橋剤CL−4の調製方法は、連鎖移動剤(BTBTPB)の添加量を1.165gから0.565gに変更した以外は、架橋剤CL−3の調製方法と同じであった。得られた架橋剤CL−4(グリシジル基含有高分子)は、グリシジル基の量1.3mmol/g、質量平均分子量(Mw)140000のアクリル酸系樹脂であった。
温度計、ガラス製の窒素導入管、攪拌装置(ステンレススチール製の攪拌羽根)、及び流下式コンデンサー(熱交換器)を備えた容量10Lの4つ口フラスコ内に、ビスフェノールA・EO(エチレンオキサイド)2モル付加物200gと、無水トリメリット酸50gと、2−エチルヘキサン酸錫(II)54gとを入れた。続けて、窒素導入管を通じてフラスコ内に窒素ガスを導入し、フラスコ内を窒素雰囲気(不活性雰囲気)にした。続けて、窒素雰囲気で、フラスコ内容物を攪拌しながら温度235℃まで昇温させて、窒素雰囲気かつ温度235℃の条件で、フラスコ内容物を攪拌しながら、樹脂原料(ビスフェノールA・EO2モル付加物、及び無水トリメリット酸)が全て溶解するまでフラスコ内容物を反応(縮重合反応)させた。続けて、フラスコ内を減圧し、減圧雰囲気(圧力8.0kPa)かつ温度235℃の条件でフラスコ内容物を反応させて、ポリエステル樹脂を得た。その後、フラスコ内容物を冷却した。
架橋剤CL−6の調製方法は、無水トリメリット酸の添加量を50gから57gに変更し、イソホロンジイソシアネートの添加量を40gから30gに変更した以外は、架橋剤CL−5の調製方法と同じであった。得られた架橋剤CL−6(イソシアネート基含有高分子)は、イソシアネート基の量0.5mmol/g、質量平均分子量(Mw)6000のウレタン変性ポリエステル樹脂であった。
架橋剤CL−7として、低分子架橋剤(無水トリメリット酸)を準備した。
架橋剤CL−8として、低分子架橋剤(無水ピロメリット酸)を準備した。
架橋剤CL−9として、低分子架橋剤(2,2’−ビス(2−オキサゾリン))を準備した。
(トナー母粒子の作製)
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−20B」)を用いて、表1中の「結着樹脂(PES)」に示される種類及び量の結着樹脂(各トナーに定められた、非結晶性ポリエステル樹脂PES−A〜PES−Cのいずれか)と、表1中の「架橋剤」に示される種類及び量の架橋剤(各トナーに定められた、架橋剤CL−1〜CL−9のいずれか)と、離型剤(エステルワックス:日油株式会社製「ニッサンエレクトール(登録商標)WEP−8」)9質量部と、着色剤(カーボンブラック:三菱化学株式会社製「MA−100」)9質量部とを混合した。
続けて、得られたトナー母粒子を外添処理した。詳しくは、トナー母粒子100質量部と、正帯電性シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、内容:表面処理により正帯電性が付与された乾式シリカ粒子、個数平均1次粒子径:20nm)1質量部とを、容量10LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて5分間混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子)を付着させた。続けて、得られた粉体を、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、多数のトナー粒子を含むトナー(表1に示されるトナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−9)が得られた。
サンプル瓶に、THF(テトラヒドロフラン)100mLと、試料(トナー)1gとを入れて、温度25℃かつ湿度50%RHの環境下で12時間静置した。サンプル瓶内の液を、ブフナー漏斗を用いて減圧ろ過(固液分離)した。続けて、得られたろ液中の溶剤(THF、酢酸エチル、及びクロロホルム)を蒸発させて、固形分(THF溶解分)を得た。続けて、固形分の質量(THF溶解分の質量)を測定した。そして、式「トナー中のTHF不溶分の量=100×(1g−THF溶解分の質量)/1g」に基づいて、トナー中のTHF不溶分の量(単位:質量%)を求めた。
試料(トナー)0.1gをペレット成形機にセットし、トナーに圧力4MPaを加えて、直径10mm、厚さ1.5mmの円柱状のペレットを得た。続けて、得られたペレットを測定装置にセットした。測定装置としては、レオメーター(アントンパール社製「PhysicaMCR−301」)を用いた。測定装置のシャフト(詳しくは、モーターで駆動されるシャフト)の先端には、測定治具(パラレルプレート)を取り付けた。ペレットは、測定装置のプレート(詳しくは、ヒーターで加熱されるヒート台)上に載せた。プレート上のペレットを110℃まで加熱して、ペレット(トナーの塊)を一度溶融させた。トナー全体が溶融したところで、溶融したトナーに上から測定治具(パラレルプレート)を密着させて、平行な2枚のプレート(上:測定治具、下:ヒート台)の間にトナーを挟んだ。そして、トナーを40℃まで冷却した。その後、測定装置を用いて、測定温度範囲40℃〜200℃、昇温速度2℃/分、振動周波数1Hzの条件で、試料(トナー)の動的粘弾性を測定した。詳しくは、試料(トナー)の動的粘弾性として、貯蔵弾性率G’80(トナーの温度80℃の貯蔵弾性率)と、貯蔵弾性率G’120(トナーの温度120℃の貯蔵弾性率)と、温度T10000(トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度)と、損失正接tanδx(トナーの温度T10000+70℃の損失正接)と、架橋密度Nxとを測定した。
Nx=10×Gx/R×(T10000+343) …(1)
[式(1)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Rは気体定数を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
tanδx=Gy/Gx …(2)
[式(2)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Gyは、トナーの温度T10000+70℃の損失弾性率[Pa]を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
各試料(トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−9)の評価方法は、以下のとおりである。
試料(トナー)2gを容量20mLのポリエチレン製容器に入れて、その容器を、58℃に設定された恒温器内に3時間静置した。その後、恒温器から取り出したトナーを20℃で3時間冷却して、評価用トナーを得た。
凝集率=100×(篩別後のトナーの質量)/(篩別前のトナーの質量)
現像剤用キャリア(FS−C5250DN用キャリア)100質量部と、試料(トナー)5質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、2成分現像剤を調製した。
トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−9の各々の評価結果を、表4に示す。表4は、低温定着性(最低定着温度)、耐ホットオフセット性(最高定着温度)、及び耐熱保存性(凝集率)の各々の測定値を示している。
Claims (9)
- 結着樹脂を含有するトナー粒子を、複数含む静電潜像現像用トナーであって、
前記トナー粒子が、高分子架橋剤に由来する架橋構造を有し、
温度80℃の貯蔵弾性率は1.0×103Pa以上5.0×104Pa以下であり、
温度120℃の貯蔵弾性率は1.0×103Pa以上1.0×104Pa以下であり、
式(1)で表される架橋密度Nxは、2.9×10-7mol/cm3以上2.5×10-6mol/cm3以下であり、
式(2)で表される損失正接tanδxは、0.05以上0.50以下である、静電潜像現像用トナー。
Nx=10×Gx/R×(T10000+343) …(1)
[式(1)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Rは気体定数を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。]
tanδx=Gy/Gx …(2)
[式(2)中、Gxは、トナーの温度T10000+70℃の貯蔵弾性率[Pa]を表し、Gyは、トナーの温度T10000+70℃の損失弾性率[Pa]を表し、T10000は、トナーの貯蔵弾性率が1.0×104Paになる温度[℃]を表す。] - 前記高分子架橋剤は、架橋性官能基を有する1種以上のビニル化合物と、架橋性官能基を有しない1種以上のビニル化合物との共重合体である、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナー粒子は、ポリエステル樹脂と、下記式(2−1)で表される繰返し単位を含む重合物とを含有し、
前記重合物に含まれる少なくとも一部の、前記式(2−1)で表される前記繰返し単位のグリシジル基が開環することにより、下記式(2−2)で表される態様で前記ポリエステル樹脂と前記重合物とが結合している、請求項2に記載の静電潜像現像用トナー。
[式(2−1)中、R3は、水素原子、又は置換基を有してもよいアルキル基を表し、R4は、置換基を有してもよいアルキレン基を表す。]
[式(2−2)中、R3及びR4は、式(2−1)中のR3及びR4と同一の基を表し、「R5−COO−」は、前記ポリエステル樹脂の酸成分の端部を表す。] - 前記トナー粒子は、前記結着樹脂として非結晶性ポリエステル樹脂を含有し、前記高分子架橋剤は、架橋性官能基としてオキサゾリン基及び/又はグリシジル基を有する、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナー粒子は、結晶性ポリエステル樹脂を含有しない、請求項5に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記高分子架橋剤の架橋性官能基の量は、1.0mmol/g以上10.0mmol/g以下であり、
前記高分子架橋剤の質量平均分子量は、10000以上150000以下であり、
テトラヒドロフラン不溶分の割合は0.01質量%以上0.50質量%以下である、請求項5に記載の静電潜像現像用トナー。 - 前記トナー粒子は、前記結着樹脂として、複数種の非結晶性ポリエステル樹脂を含有し、
前記複数のトナー粒子は、少なくとも前記複数種の非結晶性ポリエステル樹脂と前記高分子架橋剤とを含む混練物の粉砕物である、請求項6に記載の静電潜像現像用トナー。 - 前記複数種の非結晶性ポリエステル樹脂は、軟化点100℃未満の非結晶性ポリエステル樹脂と、軟化点120℃以上の非結晶性ポリエステル樹脂とを含み、
前記複数種の非結晶性ポリエステル樹脂はそれぞれ、アルコール成分として1種以上のビスフェノールを含み、
前記トナーの温度150℃の貯蔵弾性率は1.0×102Pa以上である、請求項8に記載の静電潜像現像用トナー。
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