(57)【要約】【課題】光沢のような現存の有利な特性を維持しながら改良された強度とエージング特性を有するトナー組成物を開発すること。【解決手段】バインダーと少なくとも１種の着色剤を含み、該バインダーが非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質、任意成分としての脆化剤物質、および結晶性ポリエステル物質を含むことを特徴とするトナーを提供する。該トナーは、適切な担体と混合して現像剤を調製し得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダーと少なくとも１種の着色剤を含み、該バインダーが非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質および結晶性ポリエステル物質を含むことを特徴とするトナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、バインダーと少なくとも１種の着色剤を含み、該バインダーが非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質および結晶性ポリエステル物質を含むことを特徴とするトナー、並びにそのようなトナーを含む現像剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
線状部分と架橋ミクロゲル粒子部分を含むバインダー樹脂を含むトナーは、知られている。
トナーの定着性能は、温度の関数として特性決定し得る。トナーが定着機ロールに付着しない最高温度がいわゆるホットオフセット温度(HOT)である。定着機温度がHOTを越えると、溶融トナーの幾分かは、定着作動中の定着機ロールに付着し、その後の現像された像を含む基体に転移し、例えば、不鮮明な像を生ずる。この望ましくない現象がいわゆるオフセット化である。トナーのHOTよりも低いのはトナーの最低定着温度(MFT)であり、この温度は、トナーの支持媒体への許容し得る接着が、即ち、例えば、クリーズ(折り曲げ)試験により測定したときに生じる最低温度である。MFTとHOT化間の差がいわゆるトナーの定着許容範囲である。
線状部分と架橋部分を含むポリエステルを含むトナーは高品質、とりわけ優れた光沢を有する像を得るのに優れていることが判明しているが、そのようなトナーは、依然としてさらに改良され得る。例えば、大多数のトナー使用者は、基体上のトナーの領域被覆率が極めて低い、例えば、5％以下の領域被覆率しかない用途においてトナーを使用している。そのような低い領域被覆率は、トナーが現像剤ハウジング内で滞留する平均時間長を増大させる。このトナーエージングは、現像性の損失をもたらしトナーの有効性を変化させ、経時的に品質が低くなる像を生じ得る。
現像剤ハウジング内でのトナーエージング問題についての１つの可能性ある説明は、トナー粒子表面中へのトナー外部添加剤の突入である。この事象は、少なくともトナー流動性に影響を与え、粒子対粒子凝集を増大させ得る。
非晶質線状ポリエステル部分と架橋ポリエステル部分を有するトナーにおける改良し得る他の性能領域には、添加剤結合強度の増大およびトナー流動性を改善するためのトナー粒子表面形態の改良がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の１つの目的は、光沢のような現存の有利な特性を維持しながら改良された強度とエージング特性を有するトナー組成物を開発することである。
本発明のさらなる目的は、改良された添加剤結合性を有するトナーを開発することである。
本発明のさらに別の目的は、改良された表面形態と流動特性を有するトナーを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記および他の目的は、本発明の各実施態様によって達成される。１つの実施態様においては、バインダーと着色剤を含み、該バインダーが非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質および結晶性ポリエステル物質を含むことを特徴とするトナーが得られる。
さらなる実施態様においては、脆化剤をさらに含むトナーが得られる。
さらに別の実施態様においては、本発明の各実施態様のトナーと担体を含む現像剤が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の第１の実施態様においては、バインダーと少なくとも１種の着色剤を含み、該バインダーが非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質および結晶性ポリエステル物質を含むことを特徴とするトナーが得られる。
上記バインダーの非晶質ポリエステル物質と架橋ポリエステル物質を先ず説明する。バインダーの非晶質ポリエステル物質は、好ましくは、線状物質である。上記架橋ポリエステル物質は、好ましくは、高密度架橋ミクロゲル粒子を含む。低密度架橋物質も存在し得るけれども、上記架橋ポリエステル物質は、低密度架橋ポリマーを実質的に含有しないことが最も好ましい。
架橋部分を含ませることは、これらの高架橋密度ミクロゲル粒子がバインダーに弾力性を付与し、それによって樹脂最低定着温度(MFT)に実質的に影響を与えないでトナーオフセット特性を改良するので望ましい。架橋度またはミクロゲル含有量が高くなると、ホットオフセット温度は上昇する。架橋度またはミクロゲル含有量が増大するにつれて、低温溶融粘度は認識し得るほどには変化しないが、高温溶融粘度は上昇する。
非晶質ポリエステル物質として選択する適切な物質の具体的な例としては、ジカルボン酸とジフェノールを含むジオールとの高分子エステル化生成物のようなポリエステル類がある。脂肪族アルコールとイソフタル酸とのエステル化生成物も使用し得る。非晶質ポリエステルは、ホモポリマーまたは２種以上のモノマーのコポリマーであり得る。１つの樹脂としては、ジカルボン酸とジフェノールから誘導したポリエステル樹脂を選択し得る。また、ビスフェノールAとプロピレンオキサイドまたは炭酸プロピレンとの反応から得られ、とりわけ、得られた生成物をフマル酸と反応させた後のようなポリエステルを含むポリエステル樹脂、並びにジメチルテレフタレートと1,3-ブタンジオール、1,2-プロパンジオールおよびペンタエリスリトールとの反応から得られる枝分れポリエステル樹脂も使用し得る。最も好ましい実施態様においては、非晶質ポリエステル樹脂は、ポリプロポキシル化ビスフェノールAフマレートポリエステルを含む。この実施態様における好ましい線状ポリプロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂は、ブラジル国サンパウロのResana S/A industrias Quimicas社から商品名SPARIIとして入手し得る。商業的に入手し得る他の適切な非晶質ポリエステル物質としては、日本のKoa Corporation社からのGTUFおよびFPESL-2、並びにノースカロライナ州リサーチトライアングルパークのReichhold社からのEM181635がある。
トナーバインダーは、バインダーの約25質量％、好ましくは約25質量％〜約85質量％、より好ましくは約30質量％〜約75質量％の非晶質ポリエステル質量画分を有する。
【０００６】
本発明の１つの好ましい実施態様においては、上記非晶質ポリエステル物質と架橋ポリエステル物質は、同じポリエステルを含む。例えば、好ましい実施態様においては、非晶質ポリエステル物質は線状ポリプロポキシル化ビスフェノールAフマレートポリエステルであり、一方、架橋ポリエステル物質は架橋ポリプロポキシル化ビスフェノールAフマレートポリエステルを含む。非晶質ポリエステル物質と架橋ポリエステル物質が同じポリエステルからなる実施態様においては、架橋物質は、非晶質ポリエステルの架橋部分からなり得る。即ち、非晶質および架橋ポリエステルは、線状部分および架橋部分の双方を含有する樹脂からなり得る。これらの樹脂は、反応性押出または液体反応性押出のいずれかによって調製し得る。バインダーの架橋部分は、走査電子顕微鏡および透過電子顕微鏡法によって測定したとき、0.1ミクロンまで、好ましくは約0.005〜約0.1ミクロンの平均体積粒子直径を有するミクロゲル粒子から本質的になり得、該ミクロゲル粒子は非晶質線状部分全体に亘って実質的に均一に分布している。架橋部分は、好ましくは、テトラヒドロフラン、トルエン等のような実質的に如何なる溶媒にも可溶性でない、いわゆるゲルである高架橋ゲル粒子である。バインダー樹脂は、好ましくは、架橋密度の低い(従って、テトラヒドロフラン、トルエン等のような幾つかの溶媒に可溶性である)、いわゆるゾルである架橋部分を実質的に含まない。
従って、バインダーの非晶質および架橋ポリエステル物質は、本発明の１つの実施態様においては、部分架橋不飽和ポリエステル樹脂を含む。部分架橋ポリエステル樹脂は、線状不飽和ポリエステルベース樹脂(以下、ベース樹脂と称する)を、例えば、押出機のような溶融混合装置内で、高温(例えば、樹脂の溶融温度よりも高い、好ましくはガラス転移温度Tgよりも高い約150℃まで)および高剪断下で、好ましくは化学開始剤によって架橋させることによって調製した不飽和ポリエステルを含み得る。
【０００７】
樹脂の非晶質(線状)部分は、好ましくは、架橋部分を形成させるのに使用した同じポリエステル樹脂の低分子量反応性ベース樹脂を含む。従って、この実施態様におけるポリエステル樹脂の分子量分布は、バインダーの非晶質線状部分と架橋部分の種々の範囲を有する二峰性である。非晶質線状部分の重量平均分子量(Mw)は、例えば、約8,000〜約40,000の範囲であり得る。一方、ゲル部分の重量平均分子量は、この樹脂部分の不溶性故に標準の分析方法によっては一般に測定できない；しかしながら、少なくとも300,000よりも大きいと信じている。
本発明もう１つの実施態様においては、非晶質物質および架橋物質は、バインダー樹脂を調製するのに別々に形成させて一緒に混合してもよい。例えば、これらの物質の双方を含有するバインダーは、非晶質、好ましくは線状のポリエステル樹脂を適切量の別個に調製した架橋ポリエステル物質(上記非晶質ポリエステル物質と同じポリエステルからなり得またはなり得ない)と混合することによって製造し得る。
架橋ポリエステル物質は、高密度架橋を有し(ゲル含有量により測定したとき)且つ、例えば、テトラヒドロフラン、トルエン等のような実質的に如何なる溶媒にも可溶性ではない極めて高分子量のミクロゲル粒子である。ミクロゲル粒子は、高架橋ポリマーである。このタイプの架橋ポリマーは、線状不飽和ポリエステルを、例えば高温および高剪断下に、適切な化学開始剤の使用により架橋させることによって調製し得る。開始剤分子は、ラジカル中に破壊してポリマー鎖内の１個以上の二重結合または他の反応性部位と反応して、ポリマーラジカルを形成し得る。このポリマーラジカルは、他のポリマー鎖またはポリマーラジカルと多数回反応して高架橋ミクロゲルを形成する。この反応は、ミクロゲルを極めて濃密にし、溶媒中で極めて良好には膨潤しないミクロゲルを生ずる。また、濃密ミクロゲルは、樹脂に弾力性を与え、その最低定着温度に影響を及ぼさないでそのホットオフセット温度を上昇させる。
架橋ポリエステル物質は、非晶質ポリエステル物質に関して上述した任意のポリエステル物質の架橋ポリエステルであり得る。繰返すが、バインダー中に含ませる架橋ポリエステル物質は、非晶質ポリエステル物質と同じまたは異なるものであり得る。好ましい実施態様においては、架橋ポリエステル物質は、架橋プロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂を含む。
トナーバインダーは、バインダーの少なくとも約1質量％、好ましくは約3質量％〜約50質量％、より好ましくは約5質量％〜約30質量％の架橋ポリエステル質量画分(ミクロゲル)を有する(即ち、ゲル含有量を有する)。
【０００８】
上記非晶質および架橋ポリエステル物質以外に、トナー粒子のバインダーは、結晶性ポリエステル物質も含む。結晶性とは該ポリエステルがある程度の結晶度を有することを意味し、従って、結晶性は、半結晶性および完全結晶性ポリエステル物質の双方を包含するものとする。ポリエステルは、当該ポリエステルが空間格子内でその原子の規則的な配列を有する結晶からなる場合に結晶性とみなされる。
結晶性ポリエステルは、2〜6個の炭素原子、好ましくは4〜6個の炭素原子を有する脂肪族ジオールを80モル％以上含むアルコール成分を2〜8個の炭素原子、好ましくは4〜6個の炭素原子、より好ましくは4個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸化合物を80モル％以上含むカルボン酸成分と重縮合させることによって得ることができる。2〜6個の炭素原子を有する脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、1,4-ブテンジオール等があり、これらのうちで、線状アルキルジオールが好ましく、1,4-ブタンジオールおよび1,6-ヘキサンジオールがより好ましい。脂肪族ジオールは、アルコール成分中に、80モル%以上、好ましくは85〜100モル%の量で含有させるのが望ましい。また、アルコール成分は、2〜6個の炭素原子を有する脂肪族ジオール以外の多価アルコール成分も含有し得る。そのような多価アルコール成分としては、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンおよびポリオキシエチレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンのような、ビスフェノールAのアルキレン(2〜3個の炭素原子)オキサイド付加物(付加させる平均モル数は1〜10である)のような２価芳香族アルコール；グリセリン、ペンタエリスリトールおよびトリメチロールプロパンのような３価以上の多価アルコール成分等がある。2〜8個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸化合物としては、シュウ酸、マロン酸、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、コハク酸、アジピン酸、これらの酸無水物、これらのアルキル(1〜3個の炭素原子)エステル等があり、これらのうちで、フマル酸が好ましい。脂肪族ジカルボン酸化合物は、カルボン酸成分中に、80モル%以上、好ましくは85〜100モル%の量で含有させるのが望ましい。これらのうち、結晶ポリエステルの保存能力の点から、フマル酸を、カルボン酸成分中に、好ましくは60モル%以上、好ましくは70〜100モル%の量で含有させるのが望ましい。カルボン酸成分は、2〜8個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸化合物以外のポリカルボン酸成分を含有し得る。そのようなポリカルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸およびテレフタル酸のような芳香族ジカルボン酸；セバシン酸、アゼライン酸、n-ドデシルコハク酸およびn-ドデセニルコハク酸のような脂肪族ジカルボン酸；シクロヘキサンジカルボン酸のような脂環式カルボン酸；1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)およびピロメリット酸のようなトリカルボン酸またはより高価のポリカルボン酸；これらの酸無水物、アルキル(1〜3個の炭素原子)エステル等がある。
【０００９】
結晶性ポリエステルは、３価以上の多価アルコールを含むアルコール成分とトリカルボン酸またはより高価のポリカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分とを含有するモノマーからも誘導し得る。３価以上の多価アルコールとしては、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、グリセリン、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-トリヒドロキシメチルベンゼン等があり、これらのうち、グリセリンが樹脂の軟化点および結晶度の点で好ましい。トリカルボン酸またはより高価のポリカルボン酸化合物の例としては、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ル)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、Empolトリマー酸、これらの酸無水物、これらのアルキル(1〜3個の炭素原子)エステル等があり、これらのうち、樹脂の軟化点および結晶度の点から、トリメリット酸またはその誘導体が好ましく、無水トリメリット酸がより好ましい。
上述の結晶性ポリエステル物質は、公開された特許に記載されている重縮合反応により調製する。
好ましい実施態様においては、結晶性ポリエステル物質は、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオールおよびこれらの混合物から選ばれたアルコールを含むモノマー系とフマル酸、コハク酸、シュウ酸、アジピン酸およびこれらの混合物から選ばれたジカルボン酸とから誘導する。最も好ましい実施態様においては、結晶性ポリエステルは1,4-ブタンジオールとフマル酸から誘導し、該ポリエステルは、約25〜約75％、より好ましくは約40〜約60%の結晶度を有する。
結晶性ポリエステルは、好ましくは85℃〜150℃、より好ましくは90℃〜140℃の融点を有する。
各実施態様において、結晶性ポリマーは、好ましくは、バインダー中に、トナーの約3〜約60質量％、好ましくは約5〜約50質量％、より好ましくは約10〜約40質量％の量で含ませる。
【００１０】
非晶質ポリエステルおよび架橋ポリエステルも含むバインダーへの上述の結晶性ポリエステル物質の添加は、バインダーに幾つかの有利な特性を付与することを見出した。
例えば、上記結晶性ポリエステルを含ませることにより、通常の混合装置によって添加するときの表面添加剤、とりわけ、約100〜約500nmの平均粒度を有する表面添加剤の結合レベルが改良される。使用し得る典型的なおよび/または適切な表面添加剤は、１種以上のSiO2；例えば、TiO2および酸化アルミニウムのような金属酸化物；および、例えば、脂肪酸の金属塩類(例えば、ステアリン酸亜鉛(ZnSt)、ステアリン酸カルシウム)またはUNILIN 700のような長鎖アルコール類のような潤滑剤である。SiO2およびTiO2は、DTMS (ドデシルトリメトキシシラン)またはHMDS (ヘキサメチルジシラザン)のような化合物により表面処理し得る。また、チタニアは未処理であってもよい。ステアリン酸亜鉛は、外部添加剤としても使用し得る。ステアリン酸カルシウムおよびステアリン酸マグネシウムは、同様な機能を与える。
トナーは、例えば、約0.1〜5質量％のチタニア、約0.1〜8質量％のシリカおよび約0.1〜4質量％のステアリン酸亜鉛を含有し得る。
上述したように、表面添加剤は、トナー配合物において、帯電性および流動性のような特性を制御するために必要である。これらの外部表面添加剤は、トナー粒子表面上に混合法により添加する。例えば、添加剤粒子は、回転手段から流動粒子に転移した機械的エネルギーにより、並びに粒子対粒子凝集により、トナー粒子の表面上に結合させ得る。従って、添加剤粒子のトナー粒子への結合強度は、トナーの機械的性質、添加剤の粒度、添加剤の機械的性質、混合物中の添加剤量および添加剤粒子の凝集状態のような要因に依存する。比エネルギー、比出力および総剪断力のようなプロセスパラメーターも、添加剤のトナー粒子表面への結合性を制御するのに役割を果たす。プロセスパラメーターの調整は装置によって制約されるので、結合強度を改善するためにはトナーおよび/または添加剤の物理的性質を調節するのがより好ましい。
【００１１】
各実施態様において、結晶性ポリエステル物質のバインダーへの添加が、添加剤のトナー粒子表面への結合強度を改善する形で、トナー粒子の硬度および弾力特性を適切に改良することを見出した。添加剤がトナー表面に結合する強度は、トナーサンプル上の添加剤の初期量を計量し、次いで、音波エネルギーを適用した後、添加剤がどの程度除去されたかを測定することによって測定し得る。添加剤がどの程度除去されたかを測定するためには、トナーサンプルを湿潤させ、溶液、例えば、脱イオン水中に分散させ、その後、音波エネルギーを分散液中に導入したプローブにより適用する。トナー表面から除去した添加剤の量は、上清中の添加剤濃度を測定することによって判定する。そのような方法の後、本発明者等は、結晶性ポリエステル物質を添加しバインダー内のその濃度を増大させることにより、音波処理後にトナー表面上に残存する添加剤の量が増大し、それによってトナー粒子表面への添加剤の結合強度が増大していること示唆していることを見出した。
例えば、非晶質および架橋ポリエステルのみを含むバインダーを含むトナー粒子がトナー粒子表面に極めて弱い強度のみで結合した約35%の添加剤と強く結合した僅かに約28％の添加剤を有するのに対し、40質量％の添加結晶性ポリエステルをも含む同じバインダーのトナー粒子は、僅かに約12%の極めて弱く結合した添加剤とほぼ60%の極めて強く結合した添加剤を有する。数量化のもう１つの形、即ち、トナー中に約10〜約50質量％の結晶性ポリエステル物質を含ませることにより、音波処理後に保持されている外部添加剤の量は、結晶性ポリエステル物質を含んでいない同じトナーに比較したとき、約10%〜約75%増大する。
バインダー中に結晶性ポリエステルを含ませることのさらなる利点は、トナー粒子の体積強度の改良である。この強度は、固定装置内でエージングさせたときの経時的なトナーの凝集レベルによって測定し得る。材料が機械的に強いほど、エージング時に低い凝集レベルを示し、表面添加剤は依然として露出しておりその放出機能を果たし得ることを示唆している。トナー粒子に対する体積強度の増大は、図１でグラフにより実証している。一般に、トナー中に結晶性ポリエステル物質を約10〜約50質量％含ませると、凝集は、結晶性ポリエステル物質を含んでいない同じトナーに比較したとき、エージングなしで約1〜約25%、少なくとも約2時間のエージング後で約10〜約75%低減する。
即ち、本発明の各実施態様の利点は、現存の装置において何らの変化を実施する必要なしにトナー体積強度およびトナー表面添加剤結合強度を増大させ得ることである。
【００１２】
さらにまた、結晶性ポリエステル物質の添加は、驚くべきことに、非晶質ポリエステルと架橋ポリエステルとのバインダーを含むトナー粒子の表面形態も改変させている。とりわけ、結晶性ポリエステルの添加は望ましく達成されているより平滑でより丸まったトナー粒子をもたらしており、該トナー粒子は、改良された流動特性を有する。粒子の平滑性および丸みを測定する１つの方法は、ソーター(Sauter)平均直径(D32)を使用することである。トナーの単位体積当りの表面積の変化は、ソーター平均直径(D32)を観測することによって同定し得る。この平均直径は、材料全体の単位体積当りの表面積と等価の単位体積当りの表面積を有する粒子直径(球形と仮定することにより)を表す。等価の体積中央値においては、D32値が大きいほど、単位体積当りの表面積は小さいことを示唆している。共に7.6ミクロンの体積中央値D50を有する0質量％の結晶性ポリエステルを含むトナーと20質量％の結晶性ポリエステル(この場合もCPES-A2)を含むトナーとの比較は、結晶性ポリエステルを含有するトナーが6.8のD32値を有するのに対し、結晶ポリエステルを含有しないトナーは6.5のD32値しか有していないことを示している。より一般的には、約10〜約50質量％の結晶性ポリエステル物質を含むトナーは、結晶性ポリエステルを含まない同じトナーと比較したとき(各々が等価の平均トナー粒度を有する)、約1〜約15%増大したソーター平均直径を示す。このことは、結晶性ポリエステルを含ませることにより、得られるトナーは、低めの単位体積当りの表面積を有することを示唆している。
トナー粒子の表面特性は、トナー粒子の流動性、分散性、湿潤性、焼結能力、粒度分布、体積密度、電磁特性および触媒反応性のような性質において重要な役割を果たす。本発明者等は、トナーバインダーが結晶性、非晶質および架橋ポリエステル樹脂のブレンドを含む場合に、トナー粒子の表面形態が、機械的処理(例えば、磨砕)を使用してトナー粒子を形成させる通常の粒度低減装置において有利に改良され得ることを見出した。結晶性ポリエステルを含ませることにより、粒度低減と表面改良の双方が同時に可能になり、それによってさらなる装置または単位操作の必要性を排除し得るものと信じている。
結晶性ポリエステル、非晶質ポリエステルおよび架橋ポリエステル各々のブレンドを含むトナーバインダーの使用は、破壊に対しより抵抗性であるより強靱な粒子を生じさせているものと信じている。
【００１３】
図２は、3.8質量％のシアン顔料、28質量％の架橋ポリエステルおよび68.2質量％の非晶質ポリエステルを含むトナー粒子の走査電子顕微鏡写真(SEM)である。非晶質および架橋ポリエステルは、各々プロポキシ化ビスフェノールAフマレートである。一方、図３は、40質量％の結晶性ポリエステル、3.8質量％のシアン顔料、28質量％の架橋ポリエステル(後述するCPES-A2)および28.2質量％の非晶質ポリエステルを含むトナー粒子のSEMである。図２と３の比較において理解し得るように、トナーバインダー中に結晶性ポリエステルを含ませることにより、より平滑でより小さい粒度を有するジャガイモ形状のトナー粒子が得られている。このことは、より良好な流動性を有するトナー粒子をもたらしており、磨砕時の流動助剤の必要性を排除する可能性、ひいては、同じ流動性のために等価の表面領域被覆を達成するのに少ない表面添加剤しか必要でない可能性を有する。
また、結晶性ポリエステル物質は、架橋ポリエステル物質に対する優れた補完体であることも見出した。例えば、高量の架橋ポリエステルを含ませるとトナーの光沢を低下させるが、高量の結晶性ポリエステル物質の添加は、トナーの光沢を増大させ得る。さらに、高量の架橋ポリエステル物質の添加はトナーの最低定着温度(MFT)を上昇させるのに対し、高量の結晶性ポリエステル物質の添加はトナーのMFTを低下させる。この架橋ポリエステルと結晶性ポリエステル間の性質の均衡化は、最終トナーが優れた定着許容範囲、即ち、低MFTと高ホットオフセット抵抗性の優れたバランスを有して、高品質像を典型的な定着温度においてオフセットなしで(即ち、定着ロールに対する最低の粘着でもって)形成するのを可能にする。
このように、本発明のトナーは、約60℃〜約200℃、好ましくは約80℃〜約160℃、より好ましくは約80〜約140℃のMFTを有する低溶融トナーを提供し得る。また、本発明のトナーは、広い定着許容範囲も有する。本発明のトナーは、好ましくは、10℃よりも広い、好ましくは約10℃〜約120℃の、より好ましくは約20℃よりも広い、さらにより好ましくは約30℃よりも広い定着許容範囲を有する。即ち、そのようなトナーは、広い定着温度範囲に亘ってオフセットを殆どまたは全く示さない。
【００１４】
低領域被覆率プリンティングにおけるトナーの使用は、トナー粒子が現像剤ハウジング内で滞留しなければならない平均時間長を増大させる。トナーエージングは現像剤ハウジング内の機械的および電気的な乱雑条件を低減させることによって対処し得るけれども、そのことは、装置性能を犠牲にするほどに難しい。従って、本発明の各実施態様は、トナー特性の調節により低領域被覆率プリンティングにおけるエージング問題を対処している点で全く有利である。とりわけ、各実施態様のトナーは、上述するように、高めの強度と高めの表面添加剤結合を有し、それによってエージングに対するトナー感受性(即ち、表面添加剤がトナー粒子源中に突入するようになり、それによってトナー流動性およびトナー性能を低下させることに対する感受性)を低下させる。
各実施態様において、結晶性ポリエステル物質を含ませ、この結晶性ポリエステル物質が、好ましくは、温度上昇につれて粘度の鋭敏な低下、好ましくは、例えば、110℃より上で粘度の鋭敏な低下を示す。トナー中に結晶性ポリエステルを含ませると、該結晶性物質の溶融温度よりも上でトナー粘度の鋭敏な低下を生じる。このことは、トナーが結晶性ポリエステル物質を含まない同じトナーよりも5℃〜50℃低い温度で最低粘度に達することを可能にする。即ち、約10〜約50質量％の結晶性ポリエステル物質の添加は、結晶性ポリエステル物質を含まない同じトナーと比較したとき、MFTを約5〜約50℃有利に低下させる。このことは、結晶性ポリエステルを含むトナーのMFTを低下させるという有利な効果を有する。低いMFTを有するトナーの結果としての像形成装置内での操作温度を低下させることは、定着機ロール寿命を延長し、さらにまた紙処理量の増大ももたらし得る。
【００１５】
さらに、結晶性ポリエステルを含ませることは、トナー溶融温度よりも下でのトナーの機械的強度の増大ももたらす。このことは、上述したようにエージング抵抗性および流動特性を改善するのみならず、像性能も改善する。例えば、非晶質ポリエステルはそのガラス転移温度よりも上でその機械的強度を次第に喪失し得る。結晶性ポリエステル物質の溶融温度は非晶質物質のガラス転移温度よりも好ましく上であるので、結晶性ポリエステル物質は、非晶質ポリエステル物質単独と比較して高い温度で高い機械的強度を維持する。
さらに、結晶性ポリエステルを含むトナーの低い粘度故に、そのような低粘度は、トナーが必要に応じて従来可能であったよりも多くの量の架橋ポリエステル物質を含むことを可能にする。架橋ポリエステル物質のみの多量の添加はトナーのホットオフセット抵抗性を改善するが、トナーの粘度および溶融温度を不利に上昇させる。これらの効果は、結晶性ポリエステル物質を含ませることによって相殺させ得、それによってトナーがより多くの架橋ポリエステルを含み、従って、依然として同様な温度で溶融させるにもかかわらず、改良されたホットオフセット抵抗性を有することを可能にする。
同様に、結晶性ポリエステル物質を含ませることにより、非晶質ポリエステル物質のガラス転移温度を上げることが可能である。このことはトナーの粘度を上昇させるものの、そのようなことは、結晶性ポリエステルを含ませる結果としての粘度低下によって相殺される。非晶質ポリエステルのガラス転移温度を上げることによって、文書オフセット抵抗性は増強され、トナーを像形成後の温度抵抗性が要求される用途において使用することを可能にする。
【００１６】
また、非晶質ポリエステル物質と架橋ポリエステル物質のみを含むトナーバインダーはトナーのガラス転移温度よりも下では脆弱な材料として挙動するが、トナーブレンドへの結晶性ポリエステル物質の添加は、トナーが同じ温度で延性のある材料として挙動することを可能にするも見出した。
下記の表１は、対照/比較例と比較したときの本発明の幾つかの実施例としてのトナーを、メルトフローインデックス(MFI)および文書オフセットのような特性について要約している。
表１
2006154816.tif 000002
* 脆化剤として8%のFTR 6125(後でより十分に説明する)を含ませている。
上記表１において、CPES-1、CPES-A1、CPES-A2およびCPES-A3は、1,4-ブタンジオールとフマル酸とから誘導させ種々のモノマー比および分子量を有する結晶性ポリエステルを表す。非晶質ポリエステルは、プロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂である。
【００１７】
さらに、図４は、対照トナーと比較したときの実施例トナー5、７および９の最低定着温度とクリーズ領域のプロットを示す。結晶性ポリエステルを含有する本発明のトナーの最低定着温度は、対照トナーよりも40℃以上低いことに注目されたい。
図５は、結晶性ポリエステルとしてのCPES-A3(Kao Corporation社から入手し得る)を8質量％の脆化剤(FTR 6125)と一緒に含むトナーにおける同様なプロットデータを示している。第１のトナーは10質量％の結晶性ポリエステルを含み、一方、第２のトナーは20質量％の同じ結晶性ポリエステルを含む。図５において理解し得るように、結晶性ポリエステルの割合を増大させると、最低定着温度は低下する。また、一致させた流動性を有する両トナーにおいて、光沢は、同じメルトフローインデックスにおいて結晶性ポリエステルと架橋ポリエステルの割合が高い方において低いが、これは、架橋ポリエステルの量を使用して流動性を調整することによって変化させ得る。図６を参照されたい。低めの負荷量(例えば、20%)の結晶性ポリエステル物質の方が摩擦、磨砕速度および光沢を改良しているが、超低の最低定着温度(MFT)および文書オフセット性能については高めの負荷量の方が望ましい。
非晶質ポリエステル物質、架橋ポリエステル物質および結晶性ポリエステル物質からなるトナーバインダーは、文書オフセットおよび像耐久性能を劇的に改良することを見出した。トナー対トナー文書オフセットは、結晶性ポリエステル物質のパーセント負荷によって制御し、結晶性ポリエステルが多いほど汚損は少ないかまたはない。トナー対紙文書オフセットの主要要因は、非晶質ポリエステルガラス転移温度となお且つ結晶ポリエステル割合であり、値が高いほど少ない汚損しか生じない。
【００１８】
文書オフセットサンプルを、90 gsm CX+紙上に、DC265プリンターおよび40グラムのトナーと760グラムの90ミクロン担体の現像剤装填物を使用して0.48mg/cm2で像形成させた。その後、未定着像を、MFTCA=85 + 10℃または210℃の最高定着機ロール温度にセットした定着ロールを有するB1定着機に通した。文書オフセット試験用のトナー対トナーおよびトナー対紙切片を、シートから5cm×5cmで切取り、60℃で80g/cm2の荷重および50%RH下に24時間環境室内に置いた。文書オフセットは、IQAFソフトウェア(デフォルト設定)をUMAX PowerLook IIIフラットベッドスキャナー(ガンマ = 1)で走査した像に対して使用して評価し定量した。ランク５はサンプルが汚損されてなかったことを指標し、ランク１は有意量の汚損を指標する。上記像分析装置を使用してより定量的な結果を得ている；上記の表１におけるパーセントトナー値が低いほど少ない汚損を示している。IQAF結果は閾値化に極めて依存性であることに留意することが重要である。最適の閾値化は、文書オフセットにおいては決定されていない。結果は、一貫した相対的ランク付けとして解釈すべきである。
対照および比較トナーは、表１に示すように、貧弱なトナー対トナー(T-T)およびトナー対紙(T-P)文書オフセット性能を有していた。しかしながら、本発明のサンプルトナーは、改良された文書オフセット性能を示していた。例えば、40%の結晶性ポリエステルを含むトナーは、優れたトナー対トナーおよびトナー対紙文書オフセット性能を有し、汚損は殆ど見出せなかった。結晶性ポリエステルを10%に減少させると、より貧弱なトナー対トナー文書オフセットが生じており(ランク１)、また、幾分かのトナー対紙汚損が観察された(ランク2.25〜3)。高ガラス転移温度非晶質樹脂により製造したトナーは、低いトナー対紙文書オフセット汚損しか生じてなかった。全ての実施例トナーは、脆化剤と一緒に製造した。これらのトナーにおいて結晶性ポリエステルの量を10%から20%に増大させると、トナー対トナー文書オフセットは大きく改良された。
好ましい実施態様においては、本発明のトナーは、3〜5のトナー対トナーオフセットランク付けおよび3〜5のトナー対紙オフセットを示す。
【００１９】
本発明の各実施態様のトナー粒子は、バインダー成分の各々を着色剤(例えば、顔料または染料)並びに電荷担体添加剤、界面活性剤、乳化剤、顔料分散物、流動添加剤、脆化剤等のような任意の他の必要に応じての添加剤と溶融ブレンドするかまたは混合することによって製造し得る。得られた生成物は、その後、磨砕/ミリングのような既知の方法により微粉化してトナー粒子を調製し得る。必要に応じて、例えば約500〜約2000の低分子量を有する、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびパラフィンワックスのようなワックスを、例えば、定着離形剤としてトナー中またはトナー上に含ませ得る。
結晶性ポリエステル物質を含ませる結果として、トナーの強度が上述のように改良されることを見出した。しかしながら、この強度増大の結果として、所望の最終トナー粒度を有するトナー粒子を得るためにはより長時間および/またはより強力な磨砕を実施することが必要である。これを改善するためには、各実施態様において、バインダーブレンド中に少なくとも１種の脆化剤を含ませることが好ましい。任意の適切な脆化剤を限定することなしに使用し得る。例えば、脆化剤は、例えば米国特許第5,972,547号および第5,458,642号に記載されている芳香族炭化水素ポリマーであり得、これらのポリマーは、参考として本明細書に引用する。適切な商業的に入手し得る脆化剤としては、例えば、日本のMitsui Chemical社からのFMR 0150、FTR 6125およびFTR 2120、並びにペンシルベニア州ピッツバーグのNeville Chemical社からのFT-11-83がある。脆化剤は、好ましくは、例えば、バインダーの約1〜約15質量％、好ましくは約3〜約10質量％の量で添加する。
【００２０】
任意のカラーの種々の適切な着色剤、例えば、REGAL 330カーボンブラック(Cabot社)のようなカーボンブラック、アセチレンブラック、油煙、アニリンブラック、ジアリーライドイエロー、SUNFAST YELLOW、POLYTONE YELLOW、アリーライドイエロー、クロムイエロー、ジンクイエロー、SICOFAST YELLOW、SUNBRITE YELLOW、LUNA YELLOW、NOVAPERM YELLOW、クロムオレンジ、BAYPLAST ORANGE、カドミウムレッド、LITHOL SCARLET、リブニン(Rubine)類、キナクリドン類、RHODAMINE LAKE C、SUNTONE MAGENTA、POLYTONE MAGENTA、HOSTAPERM RED、FANAL PINK、HOSTAPERM PINK、LITHOL RED、RHODAMINE LAKE B、ブリリアントカルミン、SUNTONE CYAN、POLYTONE CYAN、HELIOGEN BLUE、HOSTAPERM BLUE、NEOPAN BLUE、PV FAST BLUE、フタロシアニンブルー、CINQUASSI GREEN、HOSTAPERM GREEN、二酸化チタン、コバルト、ニッケル、鉄粉、SICOPUR 4068 FF、MAPICO BLACK (Laporte Pigments社)のような酸化鉄類、NP608およびNP604 (Northern Pigment社)、BAYFERROX 8610 (Bayer社)、MO8699 (Mobay社)、TMB-100 (Magnox社)、これらの混合物等のような適切なカラー顔料、染料およびこれらの混合物を含む、カーボンブラック、マグネタイトまたはこれらの混合物；シアン、マゼンタ、イエロー、ブルー、グリーン、レッド、オレンジ、バイオレットもしくはブラウン、またはこれらの混合物を、限定することなく、本発明のトナー中で使用し得る。この目録は網羅しているものではなく、任意の着色剤または着色剤の組合せを限定することなしに使用し得る。着色剤は、好ましくは、あり得る表面添加剤を除いて、トナーの少なくとも約2質量％、好ましくはトナーの約4質量％〜約30質量％の量で混入させる。着色剤の質量パーセントは、顔料または染料のみの実際の質量パーセントであり、バインダーまたは着色剤と一緒に必要に応じて添加した他の成分から質量に対してではない。
【００２１】
現像剤組成物の負帯電特性を増強させるには、トナー中またはその表面上に、BONTRON E-88のような帯電増強性アルミニウム複合体および他の同様な既知の帯電増強添加剤を混入させ得る。また、正帯電増強添加剤、例えば、アルキルピリジニウムハライド類、有機スルフェートまたはスルホネート組成物、ジステアリルジメチル硫酸アンモニウム、重硫酸塩類等も選択し得る。これらの添加剤は、トナー中に、約0.1質量％〜約20質量％、好ましくは1〜約3質量％の量で混入させ得る。
任意の所望のトナー粒度を使用し得るけれども、好ましい実施態様においては、最終トナー粒子は、周知のコールターカウンター法により測定したとき、約3.0〜約12.0ミクロン、より好ましくは約5.0〜約9.0ミクロンの平均粒度(体積中央値直径)を有する。また、該トナーは、約1.30以下の低めの体積比幾何学標準偏差(GSD)を有する狭い粒度分布も示す。
全ての実施態様のトナー粒子は、好ましくは、現像剤組成物中に配合する。好ましくは、トナー粒子は、担体粒子と混合して２成分現像剤組成物を得る。好ましくは、各現像剤中のトナー濃度は、例えば、現像剤総質量の1〜25質量％、より好ましくは2〜１５質量％である。
トナーと混合するのに選択し得る担体粒子の具体的な例としては、トナー粒子の電荷と反対極性の電荷を摩擦電気的に得ることのできる粒子がある。適切な担体粒子の具体的な例としては、粒状ジルコン、粒状シリコン、ガラス、スチール、ニッケル、フェライト類、鉄フェライト類、二酸化ケイ素等がある。
選択した担体粒子は、コーティーングありまたはなしで使用し得、コーティーングは、一般に、ポリフッ化ビニリデン樹脂のようなフルオロポリマー類；スチレン、メチルメタクリレート、トリエトキシシランのようなシランのターポリマー類；テトラフルオロエチレン類；他の公知のコーティーング類等からなる。本発明のトナーを、ロール定着を使用する像現像装置において使用すべき場合、担体コアは、好ましくは、Soken社から商業的に入手し得るような300,000〜350,000の重量平均分子量を有するポリメチルメタクリレート(PMMA)ポリマーで少なくとも部分的にコーティーングし得る。
【００２２】
担体粒子は、トナー粒子と種々の適切な組合せで混合し得る。しかしながら、最良の結果は、約1質量部〜約5質量部のトナー粒子を約10〜約300質量％の担体粒子と混合したときに得られる。
本発明の各実施態様においては、例えば、磁性ブラシ現像、ジャンピング(jamping)一成分現像、ハイブリッドスカベンジレス(scavengeless)現像(HSD)等のような任意の既知のタイプの現像システムを現像装置において使用し得る。これらの現像システムは当該技術において周知であり、従って、像を形成させるためのこれらの装置の操作についてのさらなる説明は、本明細書において必要ではない。像が上述の方法いずれか１つのような適切な現像方法により本発明のトナー/現像剤によって形成された時点で、像を紙等のような像受入れ媒体に移行させる。本発明の１つの実施態様においては、トナーは、定着機ロール部材を使用する現像装置内での像の現像において使用するのが望ましい。定着機ロール部材は、ロールからの熱および圧力を使用してトナーを像受入れ媒体に定着させる当該技術において周知の定着装置と接触している。典型的には、定着機部材は、約125℃〜約200℃の温度に加熱し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】トナー中に40質量％の結晶性ポリエステルを混入させることによって達成された凝集低減を示す。
【図２】バインダー中に結晶性ポリエステルを含まないトナー粒子のSEMである。
【図３】40質量％の結晶性ポリエステルを添加した同様なトナー粒子のSEMである。
【図４】結晶ポリエステルを含まない対照トナーと比較したときの本発明のトナーにおけるクリーズ定着温度と最低定着温度のプロットである。
【図５】結晶ポリエステルを含まない対照トナーと比較したときの本発明のトナーにおけるクリーズ定着温度と最低定着温度のプロットである。
【図６】結晶ポリエステルを含まない対照トナーと比較したときの本発明のトナーにおける光沢のプロットである。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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