IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ キヤノン株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-トナー及びその製造方法 図1
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-12
(45)【発行日】2024-11-20
(54)【発明の名称】トナー及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   G03G 9/097 20060101AFI20241113BHJP
   G03G 9/087 20060101ALI20241113BHJP
   G03G 9/08 20060101ALI20241113BHJP
【FI】
G03G9/097 368
G03G9/087 331
G03G9/097 365
G03G9/087 325
G03G9/08 381
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2020209734
(22)【出願日】2020-12-17
(65)【公開番号】P2022096557
(43)【公開日】2022-06-29
【審査請求日】2023-12-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100101498
【弁理士】
【氏名又は名称】越智 隆夫
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(74)【代理人】
【識別番号】100136799
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 亜希
(72)【発明者】
【氏名】梶原 久輔
(72)【発明者】
【氏名】千本 裕也
(72)【発明者】
【氏名】田村 順一
(72)【発明者】
【氏名】白山 和久
(72)【発明者】
【氏名】井田 隼人
【審査官】福田 由紀
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-200559(JP,A)
【文献】特開2017-003901(JP,A)
【文献】特開2016-114828(JP,A)
【文献】特開2017-054001(JP,A)
【文献】特開2019-116562(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 9/08-9/097
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
結着樹脂、結晶性ポリエステル、炭酸カルシウム粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該結晶性ポリエステルは脂肪族ジオール由来のユニットと脂肪族ジカルボン酸由来のユニットを含み、
該結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecが27質量%以上50質量%以下であり、
該トナー粒子に含まれる該炭酸カルシウム粒子の含有量Maが3質量%以上40質量%以下であり、
該トナー粒子に含まれる該結晶性ポリエステルの含有量Mcに対する該トナー粒子に含まれる該炭酸カルシウム粒子の含有量Maの比(Ma/Mc)が質量基準で以上0以下であるトナー。
【請求項2】
前記トナー粒子の断面において、透過型電子顕微鏡で観察される前記炭酸カルシウム粒子のアスペクト比(長軸/短軸)の平均値が1.5以上6.0以下であることを特徴とする請求項1記載のトナー。
【請求項3】
前記炭酸カルシウム粒子の平均個数粒径が100nm以上600nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
【請求項4】
前記結晶性ポリエステルの酸価が0mgKOH/g以上10mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項5】
前記トナー粒子に含まれる前記結晶性ポリエステルの量Mcが0.1質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項6】
X線光電子分光法により算出されるトナーの表面のカルシウム原子の存在率Aが0atom%以上0.5atom%以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項7】
前記結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecが27質量%以上40質量%以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項8】
前記結着樹脂のエステル基濃度Eaと前記結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecの関係(Ea/Ec)が質量基準で0.5以上0.7以下であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項9】
前記トナー粒子がさらにポリオレフィンにスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合している重合体aを含むことを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項10】
前記トナー粒子に含まれる前記重合体aの含有量Moの前記トナー粒子に含まれる結晶性ポリエステルの含有量Mcに対する比(Mo/Mc)が質量基準で0.3以上25以下であり、前記トナー粒子に含まれる前記重合体aの含有量Moの前記トナー粒子に含まれる炭酸カルシウム粒子の含有量Maに対する比(Mo/Ma)が質量基準で0.08以上6以下であることを特徴とする請求項に記載のトナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真方式の画像形成方法において使用するトナー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、印刷速度の高速化に対する要望が高まっており、それに対応するために、低温定着性に優れるトナーの開発が進められている。低温定着性に優れるトナーを実現するために、シャープメルト性に優れる結晶性樹脂を用いたトナーの開発が進められている(例えば、特許文献1)。また、結晶性樹脂を用いることによる転写性の低下を改良するために、炭酸カルシウム粒子を含有するトナーの開発も進められている(特許文献2)。
【0003】
発明者らの検討により、特許文献1に記載されるような結晶性ポリエステルを用いたトナーは、高温時における粘度が低下するために、耐ホットオフセット性が低下することがわかった。
【0004】
この問題に対し、特許文献2に記載されるような炭酸カルシウムの如き無機充填剤を添加することで、トナーの粘度を向上させ、耐ホットオフセット性を向上させることができる。しかしながら、発明者らは、結晶性ポリエステルと無機充填剤の種類によっては、耐ホットオフセットへの効果が不十分となることを見出した。さらに、発明者らは、トナー中に無機充填剤が存在することにより、定着画像の耐擦過性が低下することがあることも見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特願2017-90489号公報
【文献】特開2016-114828号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、低温定着性と耐ホットオフセットを両立し、かつ定着画像の耐擦過性に優れるトナーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らが鋭意検討した結果、特定の構造を有する結晶性ポリエステルと炭酸カルシウムとを、特定の量比でトナー粒子中に存在させることで上記課題を解決しうることを見出した。
【0008】
結晶性ポリエステルは高いエステル基濃度Ecを有する。トナー粒子中に炭酸カルシウム粒子が存在することにより、結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウムのカルシウム原子が相互作用する。この相互作用により、フィラー効果が強く発現しトナー粒子内の凝集力が向上した結果、トナーの耐ホットオフセット性及び定着物の耐擦過性が向上する。また、結晶性ポリエステルは、脂肪族ジオール由来の構造と脂肪族ジカルボン酸由来の構造を構成ユニットとして有することにより柔軟な炭素骨格を有するため、炭酸カルシウム粒子に接触しやすく、エステル基と炭酸カルシウム粒子が相互作用しやすい。
【0009】
結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウムのカルシウム原子との相互作用は、結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecが低すぎるとカルシウム原子との相互作用点が少なくなるため、弱くなると考えられる。一方で、結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecが高すぎると脂肪族基の鎖長が必然的に短くなり、結晶性ポリエステルの分子運動性が低くなることから、エステル基がカルシウム原子に接触しにくくなり、相互作用が小さくなると思われる。そのため、本発明で規定するように、トナー粒子が特定のエステル基濃度Ecの範囲を有する結晶性ポリエステルと炭酸カルシウムを含むことにより、本発明の効果が発現するものと考えられる。
【0010】
即ち、本発明のトナーは、結着樹脂、結晶性ポリエステル、炭酸カルシウム粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、該結晶性ポリエステルは脂肪族ジオール由来のユニットと脂肪族ジカルボン酸由来のユニットを含み、該結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecが27質量%以上50質量%以下であり、該トナー粒子中に含まれる該炭酸カルシウム粒子の含有量Maが3質量%以上40質量%以下であり、該トナー粒子に含まれる該結晶性ポリエステルの含有量Mcに対する該トナー粒子に含まれる該炭酸カルシウム粒子の含有量Maの比(Ma/Mc)が質量基準で0.2以上20以下である。
【発明の効果】
【0011】
以上説明したように、本発明によれば、低温定着性と耐ホットオフセットを両立し、かつ定着画像の耐擦過性に優れるトナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】トナー粒子の表面を加熱処理する装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
数値範囲を表す「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
【0014】
本発明のトナーはトナー粒子を含み、トナー粒子は結着樹脂、結晶性ポリエステル及び炭酸カルシウムを含む。以下、各構成成分について記載する。
【0015】
<結着樹脂>
トナー粒子に含まれる結着樹脂には、公知の重合体を使用することが可能であり、具体的には、例えば下記の重合体を用いることが可能である。
ポリスチレン、ポリ-p-クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-p-クロルスチレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-メタクリル酸エステル共重合体、スチレン-α-クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体などのスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然樹脂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、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、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、石油系樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、後述の結晶性ポリエステルとの相溶性が高いポリエステルが低温定着性の観点から好ましい。
トナー粒子に含まれる結着樹脂の含有量は、40質量%~90質量%が好ましく、50質量%~80質量%がより好ましい。
【0016】
<結晶性ポリエステル>
トナー粒子に含まれる結晶性ポリエステルは脂肪族ジオール由来のユニット及び脂肪族ジカルボン酸由来のユニットを含む。
結晶性ポリエステルは、炭素数2以上15以下の脂肪族ジオールを含有するアルコールと、炭素数3以上17以下の脂肪族ジカルボン酸を含有するカルボン酸との縮重合体であることが好ましい。
結晶性ポリエステルは、炭素数4以上12以下の脂肪族ジオールを、結晶性ポリエステルを構成する全アルコールに対して、80モル%以上100モル%以下(さらに好ましくは、85モル%以上100モル%以下)含有するアルコールと、炭素数4以17以下の脂肪族ジカルボン酸を、結晶性ポリエステルを構成する全カルボン酸に対して、80モル%以上100モル%以下(さらに好ましくは、85モル%以上100モル%以下)含有するカルボン酸との縮重合体であることがより好ましい。
【0017】
脂肪族ジオールとしては、直鎖脂肪族ジオールであることが好ましく、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、及びこれらの誘導体が例示できる。誘導体としては、縮重合により結晶性ポリエステルが得られるものであれば特に限定されない。例えば、ジオールをエステル化した誘導体が挙げられる。
【0018】
脂肪族ジカルボン酸としては、直鎖脂肪族ジカルボン酸であることが好ましく、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘキサデカン二酸、エイコサン二酸、及びこれらの誘導体などが挙げられる。誘導体としては、縮重合により同様の樹脂構造が得られるものであれば特に限定されない。例えば、ジカルボン酸の酸無水物、ジカルボン酸のアルキルエステル、ジカルボン酸の酸クロライドなどの誘導体が挙げられる。
【0019】
一方、カルボン酸は、脂肪族ジカルボン酸以外のカルボン酸を併せて用いることもできる。
【0020】
本発明において、結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecとは、1モルの結晶性ポリエステルの質量に対するエステル基[-C(=O)O-]の質量が占める割合を示す値であり、具体的には下記式(1)によって表される値である。
エステル基濃度Ec(質量%)=[(N×44)/(1×数平均分子量)]×100 式(1)
ここで、式(1)中、Nは結晶性ポリエステルの1分子に含まれるエステル基数の平均であり、44はエステル基[-C(=O)O-]の式量であり、数平均分子量は、結晶性ポリエステルの数平均分子量である。
【0021】
結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecは27質量%以上50質量%以下であり、好ましくは27質量%以上40質量%以下である。上記の範囲にあることで、後述の炭酸カルシウムとの相互作用が適度となり、トナーの耐ホットオフセット性が向上する。
【0022】
一方、1モルの結着樹脂の質量に対するエステル基[-C(=O)O-]の質量が占める割合を結着樹脂のエステル基濃度Eaとしたとき、結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecと結着樹脂のエステル基濃度Eaの関係(Ea/Ec)は0.5以上0.7以下であることが好ましい。上記の範囲にあることでトナーの低温定着性が向上する。Ea/Ecが0.7より高い場合、結着樹脂と炭酸カルシウム粒子との相互作用が強すぎるため、結着樹脂と結晶性ポリエステルとの相溶性が低下し、低温定着性が低下する。Ea/Ecが0.5未満の場合、結晶性ポリエステルと炭酸カルシウム粒子との相互作用が強すぎるため、結晶性ポリエステルと結着樹脂との相溶性が低下し、低温定着性が低下する。
結晶性ポリエステルの酸価は0mgKOH/g以上10mgKOH/g以下であることが低温定着の観点から好ましく、0mgKOH/g以上5mgmgKOH/g以下であることがより好ましい。
【0023】
トナー粒子に含まれる結晶性ポリエステルの含有量Mcは、トナー粒子の質量に対して、0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。結晶性ポリエステルの含有量が上記範囲である場合、結着樹脂が十分な可塑性を示し、また、トナー粒子中に結晶性ポリエステルを微分散させやすく、低温定着性がより向上する。
【0024】
<炭酸カルシウム粒子>
トナー粒子は炭酸カルシウム粒子を含む。
炭酸カルシウム粒子としては、例えば、軽質炭酸カルシウムやコロイダル炭酸カルシウムを用いることができる。
【0025】
トナー粒子に含まれる炭酸カルシウム粒子の含有量Maは、3質量%以上40質量%以下であり、好ましくは10質量%以上33質量%以下である。上記の範囲にあることで、結晶性ポリエステルとの相互作用が適度となり、トナーの耐ホットオフセット性が向上し、定着画像の耐擦過性も向上する。
【0026】
トナー粒子に含まれる結晶性ポリエステルの含有量Mcに対するトナー粒子に含まれる炭酸カルシウム粒子の含有量Maの比(Ma/Mc)は質量基準で0.2以上20以下であり、1以上10以下であることが好ましく、5以上10以下であることがより好ましい。上記の範囲にあることで、フィラー効果が効率的に発現し、トナーの耐ホットオフセット性が向上する。
【0027】
透過型電子顕微鏡で観察されるトナー粒子の断面において、炭酸カルシウム粒子のアスペクト比(長軸/短軸)の平均値は1.5以上6.0以下であることが好ましく、1.8以上2.7以下がより好ましく、2.0以上2.5以下がさらに好ましい。上記の範囲にあることで、トナーの耐ホットオフセット性及び低温定着性が向上する。アスペクト比が1.5未満である場合、炭酸カルシウム粒子の比表面積が低下し、フィラー効果が低減するため、耐ホットオフセット性が低下する。アスペクト比が3.0より大きい場合、フィラー効果が過多となるため、低温定着性が低下する。
【0028】
透過型電子顕微鏡で観察されるトナー粒子の断面において、炭酸カルシウム粒子のアスペクト比の標準偏差は1.3以下であることが好ましく、1.0以下がより好ましい。アスペクト比の標準偏差が1.3より大きい場合は、結晶性ポリエステルと炭酸カルシウム粒子との間の相互作用が強い領域と弱い領域の分布が存在し、トナーの耐ホットオフセット性が低下すると思われる。
【0029】
透過型電子顕微鏡で観察されるトナー粒子の断面において、炭酸カルシウム粒子の平均個数粒径が100nm以上600nm以下であることが好ましく、300nm以上400nm以下であることがより好ましい。上記の範囲にあることで、結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウム粒子との相互作用が向上し、定着画像の耐擦過性が向上する。逆に、炭酸カルシウム粒子の平均個数粒径が100nm未満の場合は、結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウム粒子との相互作用が小さく、定着画像の耐擦過性が向上しない。また、炭酸カルシウム粒子の平均個数粒径が600nmより大きい場合は、結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウム粒子との相互作用が大きく、結着樹脂中での炭酸カルシウム粒子の分散性が悪化し、定着画像の耐擦過性が向上しない。
【0030】
X線光電子分光法により算出されるトナーの表面のカルシウム原子の存在率Aは0atom%以上0.5atom%以下であることが好ましく、0atom%以上0.3atom%以下がより好ましい。上記の範囲にあることで、結晶性ポリエステルのエステル基と炭酸カルシウム粒子との相互作用が向上し、フィラー効果が効率的に発現し、トナーの耐ホットオフセット性及び定着画像の耐擦過性が向上する。存在率Aが上記の範囲より高い場合、紙上に形成されるトナー層中において、トナー粒子間に炭酸カルシウム粒子が多く存在することになり、即ち、炭酸カルシウム粒子の分散性が悪化し、フィラー効果が低減するため、耐ホットオフセット性が低下する。トナー表面のカルシウム原子の存在率Aは、後述の熱風処理工程における熱風温度によって制御可能である。
【0031】
<重合体a>
トナーの耐ホットオフセット性の観点から、トナー粒子は、ポリオレフィンにスチレンアクリル系樹脂がグラフト重合した重合体である重合体aを含むことが好ましい。トナー粒子が重合体aを含まない場合、炭酸カルシウム粒子と重合体aとの相互作用がなく、炭酸カルシウム粒子の結着樹脂中での分散性が悪化する恐れがある。この場合、フィラー効果が低減するため、トナーの耐ホットオフセット性が低下するおそれがある。
【0032】
ポレオレフィンは、特に限定されることはないが、例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、エステルワックス、パラフィンワックス、及びフィッシャートロプシュワックスが挙げられる。また、重合体aの製造時の反応性の観点から、ポリプロピレンのように枝分かれ構造を持つことが好ましい。
【0033】
なお、本発明において、スチレンアクリル系樹脂を炭化水素化合物でグラフト変性する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。本発明の重合体aにおいて、スチレンアクリル系樹脂は、飽和脂環式化合物由来の構造部位を有していることがさらに好ましい。例えば、スチレンアクリル系樹脂が、下記式(A)で示されるモノマーユニットを有する態様が挙げられる。
【化1】
式(A)中、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rは、飽和脂環式基を示す。
で示される飽和脂環式基としては、飽和脂環式炭化水素基が好ましく、より好ましくは炭素数3以上18以下の飽和脂環式炭化水素基、さらに好ましくは炭素数4以上12以下の飽和脂環式炭化水素基である。飽和脂環式炭化水素基には、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基、スピロ炭化水素基などが包含される。
【0034】
このような飽和脂環式基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、トリシクロデカニル基、デカヒドロ-2-ナフチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イル基、ペンタシクロペンタデカニル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプタンー2-イル基、アダマンチル基、ジシクロペンタニル基、トリシクロペンタニル基などを挙げることができる。また、飽和脂環式基は、置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、カルボキシ基、カルボニル基、ヒドロキシ基などを有することもできる。アルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
【0035】
これらの飽和脂環式基のうち、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基が好ましく、炭素数3以上18以下のシクロアルキル基、置換又は非置換のジシクロペンタニル基、置換又は非置換のトリシクロペンタニル基がより好ましく、炭素数4以上12以下のシクロアルキル基がさらに好ましく、炭素数6以上10以下のシクロアルキル基が特に好ましい。
【0036】
なお、置換基の位置及び数は任意であり、置換基を2以上有する場合、置換基は同一でも異なっていてもよい。
【0037】
スチレンアクリル系樹脂は、飽和脂環式化合物由来の構造部位を有するビニル系モノマー(a)の単独重合体でもよいが、その他のモノマー(b)との共重合体であってもよい。
【0038】
飽和脂環式化合物由来の構造部位を有するビニル系モノマー(a)としては、シクロプロピルアクリレート、シクロブチルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘプチルアクリレート、シクロオクチルアクリレート、シクロプロピルメタクリレート、シクロブチルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘプチルメタクリレート、シクロオクチルメタクリレート、ジヒドロシクロペンタジエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレートなどのモノマー及びこれらの併用が挙げられる。これらの中でも、疎水性の観点から、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘプチルアクリレート、シクロオクチルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘプチルメタクリレート、シクロオクチルメタクリレートが好ましい。
【0039】
その他のモノマー(b)としては、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-ヒドロキシスチレン、p-アセトキシスチレン、ビニルトルエン、エチルスチレン、フェニルスチレン、ベンジルスチレンなどのスチレン系モノマー;メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸のアルキルエステル(アルキルの炭素数が1以上18以下);酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマー;ビニルメチルエーテルのようなビニルエーテル系モノマー;塩化ビニルのようなハロゲン元素含有ビニル系モノマー;ブタジエン、イソブチレンなどのオレフィン系モノマー及びこれらの併用が挙げられる。
【0040】
トナー粒子に含まれる重合体aの含有量Moのトナー粒子に含まれる結晶性ポリエステルの含有量Mcに対する比(Mo/Mc)が質量基準で0.3以上25以下であることが好ましく、0.4以上15以下であることがより好ましい。トナー粒子に含まれる重合体aの含有量Moのトナー粒子に含まれる炭酸カルシウム粒子の含有量Maに対する比(Mo/Ma)が質量基準で0.08以上6以下であることが好ましく、0.1以上4以下であることがより好ましい。上記の範囲にあることで、重合体aと炭酸カルシウム粒子との相互作用が向上し、定着画像の耐擦過性が向上する。
【0041】
<離型剤>
トナー粒子は離型剤を含んでもよい。離型剤としては、例えば以下のものが挙げられる。ポリエチレンなどの低分子量ポリオレフィン類;融点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;ステアリン酸ステアリルなどのエステルワックス類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油などの植物系ワックス;ミツロウなどの動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、エステルワックスなどの鉱物・石油系ワックス;及びそれらの変性物。
【0042】
離型剤は、一種単独で、又は二種以上を混合して使用してもよい。離型剤の融点は、150℃以下であることが好ましく、40℃以上130℃以下であることがより好ましく、40℃以上110℃以下であることがさらに好ましい。離型剤の含有量は、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。
【0043】
<着色剤>
トナー粒子は着色剤を含んでもよい。着色剤としては、公知の有機顔料若しくは油性染料、カーボンブラック、又は磁性体などが挙げられる。
【0044】
シアン系着色剤としては、例えば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。
【0045】
マゼンタ系着色剤としては、例えば縮合アゾ化合物、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。
【0046】
イエロー系着色剤としては、例えば縮合アゾ化合物、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。
【0047】
黒色系着色剤としては、例えばカーボンブラック、磁性体、又は、イエロー系着色剤、マゼンタ系着色剤、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。
【0048】
着色剤は、一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。また、固溶体の状態で用いることもできる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、及び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。
【0049】
<外添剤>
トナーは、必要に応じて無機微粒子を含有してもよい。無機微粒子は、トナー粒子に内添してもよいし、外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。
【0050】
無機微粒子を外添剤として含有する場合は、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子のような無機微粒子が好ましい。無機微粒子は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物のような疎水化剤で疎水化処理されていることが好ましい。無機微粒子がトナーの流動性向上のために使用される場合は、その比表面積が50m/g以上400m/g以下であることが好ましい。一方、無機微粒子がトナーの耐久性向上のために使用される場合は、その比表面積が10m/g以上50m/g以下であることが好ましい。流動性と耐久性とを両立させるために、比表面積が上記範囲の無機微粒子を併用してもよい。無機微粒子を外添剤として含有させる場合は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。トナー粒子と無機微粒子との混合は、ヘンシェルミキサーのような公知の混合機を用いるとよい。
【0051】
<トナーの製造方法>
トナーの製造方法は特に制限されず、公知の方法、例えば、乳化凝集法、粉砕法、及び懸濁重合法などを用いることができる。好ましくは、トナーの製造方法は、結着樹脂、結晶性ポリエステル、炭酸カルシウム粒子、及び着色剤を含む混合物を溶融混練して溶融混練物を得る工程、及び溶融混練物を粉砕してトナー粒子を得る工程を有する。溶融混練を行うことにより、結晶性ポリエステルと炭酸カルシウム粒子が結着樹脂中に分散され、結晶性ポリエステルと炭酸カルシウム粒子との相互作用が向上し、フィラー効果が発現し、トナーの耐ホットオフセット性が向上する。
【0052】
以下、例として粉砕法を用いた粉砕トナー粒子を含むトナー製造手順について説明する。
まず、トナー粒子を構成する材料として、例えば、結着樹脂、結晶性ポリエステル、炭酸カルシウム粒子、及び顔料、並びに必要に応じて離型剤や荷電制御剤等の他の成分を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッドなどが挙げられる。
【0053】
次に、混合した材料を溶融混練する。溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーのようなバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができ、連続生産できる優位性から、1軸又は2軸押出機が好ましい。溶融混練の温度は、100~200℃程度が好ましい。2軸押出機としては、例えば、KTK型2軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出機(東芝機械社製)、PCM混練機(池貝鉄工製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。さらに、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって急冷する。
【0054】
ついで、樹脂組成物の冷却物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、例えば、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルのような粉砕機で粗粉砕した後、さらに、例えば、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、スーパーローター(日清エンジニアリング社製)、ターボ・ミル(ターボ工業製)やエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。
【0055】
その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)のような分級機や篩分機を用いて分級し、分級品として粉砕トナー粒子を得る。
【0056】
<熱風による表面処理>
トナー粒子は熱風による表面処理されていることが望ましい。熱風による表面処理によって、得られた分級品の形状調整や表面処理を実施することができる。熱風の温度が100℃以上450℃以下の範囲であることが好ましい。上記範囲にあることで、トナーの表面のカルシウム原子の存在率Aを上記の範囲になるように制御可能である。
【0057】
図1に加熱表面処理装置の例を示す。図1において、原料定量供給手段1により定量供給された混合物は、圧縮気体調整手段2により調整された圧縮気体によって、処理室6の中心軸上に設置された導入管3に導かれる。導入管3を通過した混合物は、導入管3の中央部に設けられた円錐状の突起状部材4により均一に分散され、放射状に広がる8方向の供給管5に導かれ、粉体粒子供給口14から、熱処理が行われる処理室6に導かれる。
【0058】
このとき、処理室6に供給された混合物は、処理室6内に設けられた混合物の流れを規制するための規制手段9によって、その流れが規制される。このため処理室6に供給された混合物は、処理室6内を旋回しながら熱処理された後、冷風供給手段8(冷風供給手段8-1、冷風供給手段8-2及び冷風供給手段8-3)から供給される冷風によって冷却される。
【0059】
供給された混合物を熱処理するための熱風は、熱風供給手段7の熱風入口部11から供給され、熱風を旋回させるための旋回部材13により、処理室6内に熱風を螺旋状に旋回させて導入される。その構成としては、熱風を旋回させるための旋回部材13が、複数のブレードを有しており、その枚数や角度により、熱風の旋回を制御することができる。このとき、略円錐状の分配部材12により、旋回される熱風の偏りを少なくすることができる。
【0060】
処理室6内に供給される熱風は、熱風供給手段7の熱風出口部10における温度が100℃~300℃であることが好ましい。熱風供給手段7の熱風出口部10における温度が上記の範囲内であれば、混合物を加熱しすぎることによるトナー粒子の融着や合一を防止しつつ、トナー粒子を均一に球形化処理することが可能となる。
【0061】
以上の工程を経て得られたトナー粒子は、そのままトナーとして使用してもよい。必要に応じて、トナー粒子の表面に外添剤を外添処理してトナーとしてもよい。外添剤を外添処理する方法としては、トナー粒子と公知の各種外添剤を所定量配合し、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン株式会社製)等の混合装置を外添機として用いて、撹拌・混合する方法が挙げられる。
【0062】
トナーの体積基準のメジアン径は、3.0μm以上30.0μm以下が好ましく、4.0以上20.0μm以下がより好ましい。
【0063】
以下に、本発明に関連する物性の測定方法について記載する。
〔樹脂の酸価の測定〕
樹脂の酸価は、試料1g中に含まれる、遊離脂肪酸又は樹脂酸のような酸成分を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。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。
【0064】
(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエタノール(95体積%)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、エタノール(95体積%)を加えて1Lとする。炭酸ガスなどに触れないように、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。水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/L塩酸25mLを三角フラスコに取り、フェノールフタレイン溶液を数滴加え、水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した水酸化カリウム溶液の量から求める。0.1モル/L塩酸は、JIS K 8001-1998に準じて作製されたものを用いる。
【0065】
(2)操作
(A)本試験
粉砕した試料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、指示薬としてフェノールフタレイン溶液を数滴加え、水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、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。
【0066】
(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]/2.0
上記式中、Aは樹脂の酸価(mgKOH/g)、Bは空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、Cは本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、fは水酸化カリウム溶液のファクターを示す。
【0067】
〔X線光電子分光分析(ESCA)による表面組成分析〕
トナーの表面のカルシウム原子の存在率Aは、X線光電子分光分析(ESCA)による表面組成分析を行い算出される。ESCAの装置及び測定条件は、下記の通りである。
使用装置:PHI社(Physical Electronics Industries,INC.)製、PHI5000 VersaProbeII Scanning XPS Microprobe
測定条件:
X線源;AlKα(100μ25W15KV)
Angle;45°
Pass Energy;58.70eV
上記の条件により測定された各元素のピーク強度から、PHI社提供の相対感度因子を用いて表面原子濃度(原子%)を算出する。カルシウム原子の表面原子濃度をカルシウム原子の存在率Aと規定する。
測定元素としては、C、O、Si、Ti、Caの6種類を測定し、これら6種類の元素中のカルシウム原子の割合を算出する。各々の原子に関して、C:1s、O:1s、Si:2p、Ca:2p、Ti:2p軌道に基づくピーク強度を参照する。
【0068】
〔炭酸カルシウム粒子のアスペクト比〕
トナーの断面観察及び炭酸カルシウム粒子のアスペクト比の評価は、以下のような断面観察して実施することができる。
トナー粒子断面は、カーボンテープ状にトナー粒子を載せ、PtPdを60秒間スパッタし、アルゴンイオンビーム照射で削り取ることにより作製可能である。トナー粒子の断面画像は、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)による反射電子画像撮影方法で取得する。トナー断面を観察することによって、炭酸カルシウム粒子が明瞭なコントラストとして得られる。なお、トナー粒子断面画像中の粒子の特定はエネルギー分散型X線分光分析器(EDAX)等を用いて行う。
炭酸カルシウム粒子のアスペクト比は、炭酸カルシウム粒子の長径/短径で定義したものである。炭酸カルシウム粒子の長径は、炭酸カルシウム粒子を長方体とみなしたときの長手方向の長さ(長辺の長さ)として測定することができる。また、炭酸カルシウム粒子の短径は、炭酸カルシウム粒子を長方体と見立てたときの短手方向の長さ(短辺の長さ)として測定することができる。上記アスペクト比を炭酸カルシウム粒子100個について計測し、平均値及び標準偏差を求める。
【0069】
〔炭酸カルシウム粒子の粒径〕
炭酸カルシウム粒子の個数平均粒子径とは、炭酸カルシウムの1次粒子の長径の個数平均を意味する。炭酸カルシウム粒子の個数平均粒子径は、トナー粒子断面を前述したS-4800にて撮影された炭酸カルシウム粒子の反射電子像から測定可能である。具体的には、炭酸カルシウム粒子100個についての長径を計測し、平均値を求める。
【0070】
〔結晶性ポリエステルの含有量Mc及び結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecの測定方法〕
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上記ショ糖濃厚液を31gと、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6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。次に、遠心分離用チューブをシェイカーにて振とうする。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、30minの条件で分離する。
この操作により、トナー粒子と外れた外添剤が分離する。トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、トナー粒子を採取して減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥し、外添剤が分離されたトナー粒子を得る。得られたトナー粒子の重量を測定する。
【0071】
上記の方法で外添剤を分離したトナー粒子からメチルエチルケトンによって結着樹脂及び重合体aを23℃で溶解させ、ろ過し、ろ液1とろ物1を得る。
ろ物1を乾燥後、加熱したメチルエチルケトンによって、結晶性ポリエステル及び離型剤を100℃で溶解させ、ろ過し、ろ液2とろ物2を得る。ろ液2を乾燥後、クロロホルムによって結晶性ポリエステルを溶解させ、ろ過し、ろ液3とろ物3を得る。ろ液3を濃縮及び乾固することにより、結晶性ポリエステルの含有量Mcをトナー粒子の重量を基準として測定する。
【0072】
得られた結晶性ポリエステルのエステル基濃度EcはGPC、ガスクロマトグラフィー(GS/MS)を用いて測定することができる。
例えば、結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecは式(1)から算出することができる。
エステル基濃度Ec(質量%)=[(N×44)/(1×数平均分子量Mn)]×100 式(1)
式(1)中、Nは結晶性ポリエステルの1分子に含まれるエステル基数の平均、44はエステル基の式量、数平均分子量Mnは結晶性ポリエステルの数平均分子量である。
【0073】
結晶性ポリエステルの数平均分子量Mnの算出は、GPC測定システムを用いて、例えば以下の装置を用いる方法で算出することができる。まず、ガードカラムとしてカラム(商品名:PLgel 5μm Guard 50×7.5mm、アジレント・テクノロジー社製)を用い、カラム(商品名:PLgel Mixed C、アジレント・テクノロジー社製)を2本直列に連結したGPC測定システム(島津製作所社製)を用いて、標準ポリスチレン(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、及びA-500、以上すべて東ソ-社製)を測定し、RI検出器によって検出したピークから検量線を作成することで分子量分布を求める。次に、上記で得た結晶性ポリエステル50mgをクロロホルム5mLに溶解し、約5時間静置することで溶液を得る。この溶液を、ポア径が0.5μmの耐溶剤性メンブランフィルター(商品名:マイショリディスク H-25-5、東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。得られたサンプル溶液を標準ポリスチレンと同じ条件で測定し、得られたピークに対応する分子量を検量線から求め、結晶性ポリエステルの数平均分子量Mnを算出する。
【0074】
結晶性ポリエステルに含まれる脂肪族ジオールを含むアルコールと脂肪族ジカルボン酸を含むカルボン酸は、例えば熱分解ガスクロマトグラフィーを用いて以下の方法で特定することができる。熱分解助剤として1μLのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドを加えた約200μgの結晶性ポリエステルをサンプルとする。このサンプルをF590パイロフォイルで包み、熱分解装置(例えば、商品名:JPS-900、日本分析工業社製)を用いて、590℃で5秒間加熱し、結晶性ポリエステルが分解する。結晶性ポリエステルが分解することで発生したガスを、例えば、カラム(商品名:HP-5MS、アジレント・テクノロジー社製)及び検出器(商品名:JPS-900、日本分析工業社)を備えたGC/MS測定システム(商品名:Accurate-Mass Q-TOF GC/MS7200、Agilent Tchnologies社製)に備わる精密質量分析器を用いて得たマススペクトルのパターンから、結晶性ポリエステルに含まれる脂肪族ジオールを含むアルコールと脂肪族ジカルボン酸を含むカルボン酸およびそれら由来のピークの面積を特定する。
【0075】
次に、特定したモノマーの標品を用いて検量線を作成した、熱分解ガスクロマトグラフィーから得られる各モノマー由来のピーク面積と検量線を用いて、モノマーのモル数を求める。このようにして、結晶性ポリエステルを構成する脂肪族ジオールを含むアルコールと脂肪族ジカルボン酸を含むカルボン酸のモル比(下記組成式のa、b、…x、y、…)が求まる。
(カルボン酸A)a(カルボン酸B)b…(アルコールX)x(アルコールY)y…
【0076】
カルボン酸A、カルボン酸B、…の分子量をそれぞれM、M、…とし、アルコールX、アルコールY、…の分子量をそれぞれM、M、…とすると、結晶性ポリエステルの数平均分子量Mnとの間に次の式(2)が成り立つ。式(2)中、nは正の数である。
Mn={(M+M+…M+M+…)-(a+b+…x+y+…-1)×18}×n 式(2)
【0077】
式(2)から、nの数値を求め、結晶性ポリエステルの1分子に含まれるエステル基数の平均Nは、次の式(3)より求めることができる。
N=(a+b+…x+y+…-1)×n 式(3)
【0078】
上記で求めた結晶性ポリエステルの数平均分子量Mn及び結晶性ポリエステル樹脂の1分子当りのエステル基数の平均Nを式(1)に代入することで、エステル基濃度Eaを求めることができる。
【0079】
<結着樹脂のエステル基濃度Eaの測定方法>
ろ液1を乾燥後、酢酸エチルによって結着樹脂(非晶質ポリエステル)を溶解させ、ろ液4とろ物4を得る。ろ液4を濃縮及び乾固することにより、結着樹脂を得る。得られた結着樹脂のエステル基濃度EaはGPC、ガスクロマトグラフィー(GS/MS)を用いて測定することができる。GPC、ガスクロマトグラフィー(GS/MS)を用いた結着樹脂のエステル基濃度Eaの測定は、上記の結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecの測定と同様に行うことができる。
【0080】
<炭酸カルシウムの含有量Maの測定方法>
ろ物2を遠心分離後、濃縮及び乾固することにより、炭酸カルシウムの含有量Maをトナー粒子の重量を基準として測定する。
【0081】
<重合体aの含有量Moの測定方法>
ろ物4を乾燥することにより、重合体aの含有量Moをトナー粒子の重量を基準とし測定する。重合体aの構造は核磁気共鳴分光法(NMR)、赤外分光法(IR)を用いて測定する。
【実施例
【0082】
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてさらに詳細に説明するが、これらは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の実施例において、部数は質量部基準である。
また、実施例6~8、12~41は参考例である。
【0083】
<結着樹脂A1の製造例>
・フマル酸: 54.3部
・ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物(BPA-PO): 22.0部
・ジプロパノール:23.8部
・2-エチルヘキサン酸錫(エステル化触媒): 0.5部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。
反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。
次に、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、撹拌しながら温度200℃まで昇温し、4時間反応させた(反応工程1)。
その後、再び反応槽内を5kPa以下へ減圧して200℃で3時間反応させることにより、結着樹脂A1を得た(反応工程2)。
【0084】
<結着樹脂A2~A11の製造例>
結着樹脂A1の製造例において、カルボン酸、アルコールの種類を表1に示すように変更した以外は同様の操作を行い、結着樹脂A2~A11を得た。
【0085】
【表1】
BPA-PO ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物
BPA-EO ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物
※アルコール成分、カルボン酸成分の()内の数字は、各成分中のモル比率(%)を表す。
【0086】
<結晶性ポリエステルC1の製造例>
・アジピン酸: 40.9部
(0.31モル;アルコールの総モル数の100.0mol%)
・1,5-ペンタンジオール: 59.1部
(0.31モル;カルボン酸の総モル数の100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫: 0.5部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。次に、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、撹拌しながら温度200℃まで昇温し、1時間反応させることで結晶性ポリエステルC1を得た。得られた結晶性ポリエステルC1のエステル基濃度Ecを上記の通り測定した。結果を表2に示す。
【0087】
<結晶性ポリエステルC2~C8の製造例>
結晶性ポリエステルC1の製造例において、脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールの種類が表2になるように、適宜条件を変更した以外は同様の操作を行い、結晶性ポリエステルC2~C8を得た。得られた結晶性ポリエステルのエステル基濃度Ecを上記の通り測定した。結果を表2に示す。
【0088】
【表2】
【0089】
<重合体a1の製造例>
温度計及び攪拌機の付いたオートクレーブ反応槽中に、キシレン300.0部、ポリプロピレン(融点90℃)10.0部を入れ充分に溶解した。窒素置換後、スチレン68.0部、メタクリル酸5.0部、メタクリル酸シクロヘキシル5.0部、ブチルアクリレート12.0部、及びキシレン250.0部の混合溶液を180℃で3時間滴下し、重合を行った。さらに、この温度で30分間保持した後に、脱溶剤を行い、重合体a1を得た。
【0090】
<トナー1の製造例>
・結着樹脂A1: 100部
・結晶性ポリエステルC1: 2部
・炭酸カルシウム粒子-1: 15部(500nm、アスペクト比3.0)
・フィッシャートロプシュワックス1: 6部
(炭化水素ワックス、融点:90℃)
・着色剤1(C.I.ピグメントブルー15:3) 7部
・重合体a1 20部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数20s-1、回転時間5minで混合した。その後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕した。さらに、ファカルティF-300(ホソカワミクロン社製)を用い、分級を行った。ファカルティF-300の運転条件は、分級ローター回転数を130s-1、分散ローター回転数を120s-1とした。
分級を経た粒子に対して、図1で示す表面処理装置によって熱処理を行った。運転条件はフィード量=3kg/hrとし、また、熱風温度=130℃、熱風流量=6m/min、冷風温度=-5℃、冷風流量=4m/min、ブロワー風量=20m/min、インジェクションエア流量=1m/minとした。熱処理を行うことにより、平均円形度0.96であるトナー粒子1を得た。
【0091】
得られたトナー粒子100部と、ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理した疎水性シリカ微粒子(BET:200m2/g)1.0部、及びイソブチルトリメトキシシランで表面処理した酸化チタン微粒子(BET:80m2/g)1.0部とを、ヘンシェルミキサー(FM-75型、三井三池化工機(株)製)を用いて、回転数30s-1、回転時間10minで混合して、トナー1を得た。トナー1の体積平均粒径は6.5μmであった。
【0092】
<トナー2~21の製造例>
トナー1の製造例において、結着樹脂、結晶性ポリエステル、炭酸カルシウム粒子、重合体a、及び熱処理温度を表3に示すように変更した以外はトナー1の製造例と同様にしてトナー2~21を得た。
【0093】
<トナー22、24~41及び比較トナー1~12の製造例>
トナー1の製造例において、結着樹脂、結晶性ポリエステル、及び炭酸カルシウム粒子を表3に示すように変更し、熱処理を実施しなかったこと以外はトナー1の製造例と同様にしてトナー22、24~41及び比較トナー1~12を得た。
【0094】
<トナー23の製造例>
トナー23はトナー粒子を乳化凝集法により作製した。
【0095】
分散液の準備
(結着樹脂A8分散液)
結着樹脂A8を、それぞれイオン交換水80%、結着樹脂の濃度が20%の組成比で、アンモニアによりpHを8.5に調整し、加熱100℃の条件で超高速撹拌装置T、K、ロボミックス((株)プライミクス製)を4000rpmで運転し、結着樹脂A8の分散液(固形分:20%)を得た。
【0096】
(結晶性ポリエステルC4分散液)
結晶性ポリエステルC4を80部、イオン交換水720部を各々ステンレスビーカーに入れ、100℃に加熱した。結晶性ポリエステルC4が溶融した時点で、超高速撹拌装置T、K、ロボミックス((株)プライミクス製)を用いて4000rpmで撹拌した。次いで、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬製:ネオゲンRK)1.0部を滴下しながら、乳化分散を行い、結晶性ポリエステルC4分散液(固形分:10%)を得た。
【0097】
(炭酸カルシウム粒子-1分散液)
炭酸カルシウム粒子-1 200部
アニオン界面活性剤(第一工業製薬製:ネオゲンRK): 10部
イオン交換水 790部
以上を混合し、超高速撹拌装置T.K.ロボミックス((株)プライミクス製)を用いて7000rpmで撹拌した。さらに、高圧衝撃式分散機ナノマイザー(吉田機械興業製)を用いて200MPaの圧力で分散させ、炭酸カルシウム粒子-1分散液(濃度20質量%)を調製した。
【0098】
(着色剤分散液の作製)
着色剤1 100部
アニオン界面活性剤(第一工業製薬製:ネオゲンRK): 10部
イオン交換水 890部
以上を混合し、超高速撹拌装置T.K.ロボミックス((株)プライミクス製)を用いて7000rpmで撹拌した。さらに、高圧衝撃式分散機ナノマイザー(吉田機械興業製)を用いて200MPaの圧力で分散させ、着色剤1の分散液(濃度10質量%)を調製した。
【0099】
(離型剤分散液の作製)
フィッシャートロプシュワックス1 200部
アニオン性界面活性剤(第一工業製薬製:ネオゲンRK): 10部
イオン交換水 790部
以上を撹拌装置付きの混合容器に投入した後、90℃に加熱し、クレアミックスWモーション(エム・テクニック製)へ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19000rpm、スクリーン回転数19000rpm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1000rpm、スクリーン回転数0rpm、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、離型剤分散液(濃度20質量%)を得た。
【0100】
(トナー23の製造)
・結着樹脂A8分散液: 100部
・結晶性ポリエステルC4分散液: 4部
・炭酸カルシウム粒子-1分散液: 15部
・着色剤分散液: 14部
・離型剤分散液: 6部
・ポリ塩化アルミニウム: 0.2部
上記材料をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)に投入し分散を行いスラリーを調製した。
マントルヒーターを設置した撹拌機にスラリーを投入し、スラリーが充分に撹拌するように撹拌機の回転数を調整しながら、60℃まで昇温した。60℃で15分保持した後、0.05℃/分で昇温しながら10分ごとに、コールターマルチサイザーIII(アパーチャー径:50μm、ベックマン-コールター社製)にて生じた粒子の粒径を測定し、体積平均粒径が6.5μmとなったところで、5%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを9.0にした。その後、5℃ごとにpHを9.0に調整しながら、昇温速度1℃/分で96℃まで昇温し、96℃で保持した。30分ごとに光学顕微鏡及び走査電子顕微鏡(FE-SEM)にて粒子形状及び表面性を観察したところ、平均円形度が0.960になったところで、1℃/分で20℃まで降温して粒子を固化させた。
その後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で十分洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥させることにより、トナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100部と、ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理した疎水性シリカ微粒子(BET:200m/g)1.0部、及びイソブチルトリメトキシシランで表面処理した酸化チタン微粒子(BET:80m/g)1.0部とを、ヘンシェルミキサー(FM-75型、三井三池化工機(株)製)を用いて、回転数30s-1、回転時間10minで混合して、トナー23を得た。トナー23中のトナー粒子の体積平均粒径は6.6μmであった。
【0101】
【表3】
【0102】
トナーの分析結果を表4に示す。
【表4】
【0103】
上記各トナーを用いて、下記の評価試験を行った。
<磁性コア粒子1の製造例>
・工程1(秤量及び混合工程)
Fe: 62.7部
MnCO: 29.5部
Mg(OH): 6.8部
SrCO: 1.0部
上記材料を秤量し、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕及び混合し粉砕・混合物を得た。
【0104】
・工程2(仮焼成工程)
得られた粉砕・混合物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。
得られた仮焼フェライトの組成は、下記の通りである。
(MnO)0.257(MgO)0.117(SrO)0.007(Fe0.393
【0105】
・工程3(粉砕工程)
得られた仮焼フェライトをクラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加え、直径1/8インチのジルコニアビーズを用いて湿式ボールミルで1時間粉砕した。得られたスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
【0106】
・工程4(造粒工程)
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加し、スプレードライヤー(大川原化工機製)で噴霧乾燥することにより、球状粒子に造粒した。
得られた粒子の粒度を調整した後に、ロータリーキルンを用いて、650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
【0107】
・工程5(焼成工程)
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1150℃で球状粒子を4時間焼成した。その後、4時間をかけて、電気炉の温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で球状粒子取り出した。
【0108】
・工程6(選別工程):
焼成工程で凝集した球状粒子を解砕した後に、磁力選鉱により低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)が37.0μmの磁性コア粒子1を得た。
【0109】
<被覆樹脂1の調製>
・シクロヘキシルメタクリレートモノマー: 26.8質量%
・メチルメタクリレートモノマー: 0.2質量%
・メチルメタクリレートマクロモノマー: 8.4質量%
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
・トルエン: 31.3質量%
・メチルエチルケトン: 31.3質量%
・アゾビスイソブチロニトリル 2.0質量%
上記の材料を、環流冷却器、温度計、窒素導入管及び攪拌装置を取り付けた四つ口のセパラブルフラスコに入れた。そこに窒素ガスを導入して充分に窒素雰囲気にした後、80℃まで加温した。
その後、2.0質量%のアゾビスイソブチロニトリルを添加して5時間還流し重合した。
得られた反応物にヘキサンを注入して共重合体を沈殿析出させ、沈殿物を濾別後、真空乾燥して被覆樹脂1を得た。
得られた被覆樹脂1の30部を、トルエン40部、及びメチルエチルケトン30部に溶解して、重合体溶液1(樹脂固形分濃度30質量%)を得た。
【0110】
<被覆樹脂溶液1の調製>
・重合体溶液1(樹脂固形分濃度30質量%): 33.3質量%
・トルエン: 66.4質量%
・カーボンブラック(Regal330;キャボット社製): 0.3質量%
(一次粒径25nm、窒素吸着比表面積94m/g、DBP吸油量75ml/100g)
上記の材料を、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散を行った。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過をおこない、被覆樹脂溶液1を得た。
【0111】
<磁性キャリア1の製造例>
(樹脂被覆工程)
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに、100部の磁性コア粒子1に対して、被覆樹脂溶液1が樹脂成分として2.5部になるように投入した。
投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後冷却した。
得られた磁性キャリアを、磁力選鉱により低磁力品を分別し、開口70μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、体積分布基準の50%粒径(D50)が38.2μmの磁性キャリア1を得た。
【0112】
<二成分系現像剤1の製造例>
92.0部の磁性キャリア1に対して、トナー1を8.0部加え、V型混合機(V-20、セイシン企業製)により混合し、二成分系現像剤1を得た。
【0113】
<二成分系現像剤2~39及び比較二成分系現像剤1~12の製造例>
二成分系現像剤1の製造例において、表5に示すトナーと磁性キャリア1とを組合せた以外は同様の操作を行い、二成分系現像剤2~39及び比較二成分系現像剤1~12を得た。
【0114】
【表5】
【0115】
画像形成装置として、デジタル商業印刷用プリンター(商品名:imageRUNNER(商標) ADVANCE C9075 PRO、キヤノン製)の改造機を用い、シアン位置の現像器に二成分系現像剤を入れ、静電潜像担持体又は紙上のトナーの載り量が所望になるように現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧V、レーザーパワーを調整し、後述の評価を行った。改造点としては、定着温度、及びプロセススピードを自由に設定できるように変更したことである。
【0116】
試験例1〔低温定着性の評価〕
低温低湿環境(温度15℃/湿度10%RH)において、評価紙(商品名:CF-C104、キヤノンマーケティングジャパン株式会社製、A4用紙、坪量:104.0g/m)上のトナーの載り量が0.90mg/cmになるように、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及びレーザーパワーを調整した後、プロセススピードを300mm/sec、定着温度を130℃に設定した。この条件で評価紙の中心に25cmの画像を印刷し、画像の低温定着性を評価した。画像濃度低下率の値を低温定着性の評価指標とし、画像濃度低下率は、X-Riteカラー反射濃度計(500シリーズ:X-Rite社製)を用い測定した。先ず、中心部の画像濃度を測定し、次に、画像濃度を測定した部分に対し、4.9kPa(50g/cm)の荷重をかけてシルボン紙により定着画像を摺擦(5往復)し、画像濃度を再度測定した。そして、摺擦前後での画像濃度の低下率(%)を測定した。C以上を良好と判断した。評価結果を表6に示した。
評価基準は以下の様にした。
A:濃度低下率1.0%未満
B:濃度低下率1.0%以上5.0%未満
C:濃度低下率5.0%以上10.0%未満
D:濃度低下率10.0%以上
【0117】
試験例2〔トナーの耐ホットオフセット性の評価〕
紙上のトナーの載り量:0.60mg/cm
画出し前の評価紙(商品名:CF-C104、キヤノンマーケティングジャパン株式会社製、A4用紙、坪量:104.0g/m)について反射率をリフレクトメータ(商品名:REFLECTOMETERMODELTC-6DS、東京電色株式会社製)によって測定し、5箇所測定した平均値をDA(%)とした。画像形成装置の定着ユニットの定着温度を変化させ、紙上のトナーの載り量が0.60mg/cmとなるように画像を印刷したときの各定着温度において、リフレクトメータで画像形成部以外の部分の反射率を測定し、最大値をDB(%)とした。そして、DA(%)とDB(%)の差が0.5%を超えない、最も高い定着温度を定着上限温度とした。定着上限温度について、下記の基準にてトナーの耐ホットオフセット性を評価した。C以上を良好と判断した。評価結果を表6に示した。
(評価基準)
A:200℃以上
B:190℃以上200℃未満
C:180℃以上190℃未満
D:170℃以上180℃未満
E:170℃未満
【0118】
試験例3〔定着画像の耐擦過性の評価〕
評価紙(商品名:OKトップコート+、王子製紙製、坪量:127g/m)に画像濃度が0.20以上0.25以下のハーフトーン画像を印刷し、評価画像とした。評価画像の画像濃度の測定は、「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製)を用いて付属の取扱説明書に沿って、画像濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定することによって行い、得られた相対濃度を画像濃度の値とした。
評価画像の上に、評価紙を重ねるとともに、その上に500gの錘を接地面積が12.6cmとなるように乗せて、10回擦る耐擦過性試験を行った。その後、紙の12.6cmの領域内(錘が乗っていた領域内)に付着したトナーをカブリ計で測定し、求めたカブリ値に対して、以下の基準で評価した。D以上を良好と判断した。評価結果を表6に示した。
(評価基準)
A:カブリが2%以下
B:カブリが2%以上5%未満
C:カブリが5%以上10%未満
D:カブリが10%以上15%未満
E:カブリが15%以上
【0119】
【表6】
【符号の説明】
【0120】
1 原料定量供給手段
2 圧縮気体調整手段
3 導入管
4 円錐状の突起状部材
5 供給管
6 処理室
7 熱風供給手段
8 冷風供給手段
8-1 冷風供給手段
8-2 冷風供給手段
8-3 冷風供給手段
9 規制手段
10 熱風出口部
11 熱風入口部
12 分配部材
図1