CN107065468A - 静电荷图像显影剂、显影剂盒、处理盒、图像形成装置和图像形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种静电荷图像显影剂、显影剂盒、处理盒、图像形成装置和图像形成方法。本发明的静电荷图像显影剂包含:静电荷图像显影用色调剂,所述色调剂包含色调剂颗粒和添加至所述色调剂颗粒的外添剂,所述外添剂包含压缩凝集度为60%~95%且颗粒压缩比为0.20~0.40的二氧化硅颗粒;和静电荷图像显影用载体,所述载体包含芯颗粒和覆盖所述芯颗粒的表面的树脂涂覆层,所述载体的表面粗糙度Ra(基于JIS‑B0601)为0.5μm以下,且圆形度为0.975以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种静电荷图像显影剂、显影剂盒、处理盒、图像形成装置和图像形成方法。
背景技术
目前,通过电子照相法等经由静电荷图像而使图像信息可视化的方法正用于各种领域中。在电子照相法中,图像信息通过以下过程可视化为图像:转印步骤:其中,将经充电和照射步骤而在图像保持部件(感光体)表面上将图像信息形成为静电荷图像,并使用包含色调剂的显影剂在感光体表面上使色调剂图像显影,从而将该色调剂图像转印至诸如纸等记录介质上;和定影步骤,其中,将色调剂图像定影在记录介质表面上。另外,作为色调剂,使用了对色调剂颗粒添加各种外添剂的色调剂。
例如,专利文献1公开了一种静电荷图像显影用色调剂外添剂,其一次颗粒的平均粒径为0.01μm~5μm,并且由球形疏水性二氧化硅颗粒构成,满足下述条件(i)和(ii),其中,条件(i):当二氧化硅类颗粒与室温下为液体且介电常数为1F/m~40F/m的有机化合物以1:5重量比共混并振荡时,二氧化硅类颗粒分散于该有机化合物中;和条件(ii):当从其中二氧化硅类颗粒分散于甲醇中的分散液中用蒸发器在加热下蒸除甲醇,然后将残余物在100℃保持2小时时,作为一次颗粒残留的一次颗粒量与起初存在的一次颗粒量的比例为20%以上。
专利文献1:日本特开2000-330328号公报
发明内容
在现有技术中,作为静电荷图像显影剂(下文简称为“显影剂”)中的载体,使用表面粗糙度Ra满足Ra≤0.5μm且圆形度为0.975以上的载体。据认为,该载体的表面具有许多凹凸和许多起伏(高度差),换言之,该表面是粗糙的。如果从色调剂上剥落的二氧化硅颗粒附着在载体的表面上,二氧化硅颗粒将在载体表面上累积,并引起载体电阻增大,结果,可能使得要打印的图像的图像浓度比所需浓度大大降低。
因此,本发明的目的在于提供一种静电荷图像显影剂,与仅包含其中仅将压缩凝集度为小于60%或大于95%或者颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒作为外添剂添加至色调剂颗粒的色调剂(作为要包含在静电荷图像显影剂中的静电荷图像显影用色调剂)以及具有芯颗粒和涂覆芯颗粒的表面的树脂涂覆层的静电荷图像显影用载体(其表面粗糙度Ra满足Ra≤0.5μm且圆形度为0.975以上)的显影剂相比,其防止图像浓度的降低。
根据本发明的第一方面,提供了一种静电荷图像显影剂,其包含:
静电荷图像显影用色调剂,所述色调剂包含色调剂颗粒和添加至所述色调剂颗粒的外添剂,所述外添剂包含压缩凝集度为60%~95%且颗粒压缩比为0.20~0.40的二氧化硅颗粒;和
静电荷图像显影用载体,所述载体包含芯颗粒和覆盖所述芯颗粒的表面的树脂涂覆层,所述载体的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.5μm以下,且圆形度为0.975以上。
根据本发明的第二方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述二氧化硅颗粒的平均圆当量直径为40nm~200nm。
根据本发明的第三方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%~100%。
根据本发明的第四方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述二氧化硅颗粒的平均圆形度为0.85~0.98。
根据本发明的第五方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述二氧化硅颗粒是溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
根据本发明的第六方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述芯颗粒的凹凸的平均宽度Sm为2.0μm以下,且表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.1μm以上。
根据本发明的第七方面,在第一方面所述的静电荷图像显影剂中,所述二氧化硅颗粒用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理,并且所述硅氧烷化合物的表面附着量为0.01重量%~5重量%。
根据本发明的第八方面,在第七方面所述的静电荷图像显影剂中,所述硅氧烷化合物是硅油。
根据本发明的第九方面,提供了一种显影剂盒,其包含:
容纳第一~第八方面中任一方面所述的静电荷图像显影剂的容器,
其中,所述显影剂盒能够从图像形成装置拆卸。
根据本发明的第十方面,提供了一种处理盒,其包含:
显影单元,其容纳第一~第八方面中任一方面所述的静电荷图像显影剂,并使用所述静电荷图像显影剂将图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影,以提供色调剂图像,
其中,所述处理盒能够从图像形成装置拆卸。
根据本发明的第十一方面,提供了一种图像形成装置,其包括:
图像保持部件;
充电单元,其对所述图像保持部件的表面充电;
静电荷图像形成单元,其在所述图像保持部件的经充电表面上形成静电荷图像;
显影单元,其容纳第一~第八方面中任一方面所述的静电荷图像显影剂并使用所述静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;
转印单元,其将在所述图像保持部件表面上形成的所述色调剂图像转印至记录介质表面;和
定影单元,其使转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。
根据本发明的第十二方面,提供了一种图像形成方法,其包括:
对图像保持部件的表面充电;
在所述图像保持部件的充电表面上形成静电荷图像;
使用第一~第八方面中任一方面所述的静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;
将在所述图像保持部件表面上形成的色调剂图像转印至记录介质表面;和
使转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。
根据本发明第一方面、第二方面和第四~第六方面,可以提供一种静电荷图像显影剂,与仅具有其中仅将压缩凝集度为小于60%或大于95%或者颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒作为外添剂添加至色调剂颗粒的色调剂(作为要包含在静电荷图像显影剂中的静电荷图像显影用色调剂)以及具有芯颗粒和涂覆芯颗粒的表面的树脂涂覆层的静电荷图像显影用载体(其表面粗糙度Ra满足Ra≤0.5μm且圆形度为0.975以上)的显影剂相比,其防止图像浓度的降低。
根据本发明的第三方面,可以提供一种静电荷图像显影剂,与二氧化硅颗粒的颗粒离散度小于90%的情况相比,其防止图像浓度的降低。
根据本发明的第七或第八方面,可以提供一种静电荷图像显影剂,与仅具有其中仅将其表面用粘度为小于1,000cSt或大于50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒或硅氧烷化合物的表面附着量小于0.01重量%或大于5重量%的二氧化硅作为外添剂添加至色调剂颗粒的色调剂(作为要包含在静电荷图像显影剂中的静电荷图像显影用色调剂)以及具有芯颗粒和涂覆芯颗粒的表面的树脂涂覆层的静电荷图像显影用载体(其表面粗糙度Ra满足Ra≤0.5μm且圆形度为0.975以上)的显影剂相比,其防止图像浓度的降低。
根据本发明的第九~第十二方面中任一方面,可以提供一种显影剂盒、处理盒、图像形成装置或图像形成方面,与采用的显影剂仅具有其中仅将压缩凝集度为小于60%或大于95%或者颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒作为外添剂添加至色调剂颗粒的色调剂(作为要包含在静电荷图像显影剂中的静电荷图像显影用色调剂)以及具有芯颗粒和涂覆芯颗粒的表面的树脂涂覆层的静电荷图像显影用载体(其表面粗糙度Ra满足Ra≤0.5μm且圆形度为0.975以上)的情况相比,其防止图像浓度的降低。
附图说明
现将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式,其中:
图1是示出二氧化硅颗粒附着在载体表面上的状态的示意图;
图2是示出示例性实施方式的图像形成装置的实例的示意图;和
图3是示出示例性实施方式的处理盒的实例的示意图。
具体实施方式
下面将描述作为本发明一个实例的示例性实施方式。
静电荷图像显影剂
本示例性实施方式的静电荷图像显影剂包括具有色调剂颗粒和添加至色调剂颗粒的外添剂的静电荷图像显影用色调剂(下面简称为“色调剂”)和载体。
载体包含芯颗粒和覆盖所述芯颗粒的表面的树脂涂覆层。载体的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.5μm以下,且圆形度为0.975以上。
外添剂包含压缩凝集度为60%~95%且颗粒压缩比为0.20~0.40的二氧化硅颗粒(下文称为“特定二氧化硅颗粒”)。
在本示例性实施方式的显影剂中,即使使用满足上述要求的载体,也可通过向色调剂颗粒中添加特定二氧化硅颗粒而防止图像浓度的降低。据推测原因如下。
在现有技术中,作为显影剂中的载体,使用包含芯颗粒和涂覆该芯颗粒表面的树脂涂覆层的载体。在该载体中,据认为表面粗糙度Ra和圆形度处于上述范围内的载体在表面上具有凹凸,并且通过提供此种表面凹凸,可以形成具有高覆盖率的树脂涂覆层,并防止载体的电荷赋予能力的降低。
此处,添加在色调剂颗粒上的二氧化硅颗粒可能由于在显影单元中的搅拌导致的机械负荷而从色调剂颗粒上剥落,并且从色调剂上剥落的二氧化硅颗粒可以附着在载体表面上。由于表面粗糙度Ra和圆形度处于上述范围的载体具有粗糙表面(如图1所示),从色调剂剥落的二氧化硅颗粒56易于嵌入芯部52浸有树脂54的部分中,换言之,嵌入非凸出部分,并难以使二氧化硅颗粒脱离。因此,二氧化硅颗粒56缓慢累积,并使载体表面覆盖有二氧化硅颗粒56。由此,载体表面中的导电路径可能受阻,并增大载体导电性。另外,由于载体电阻增大,色调剂的带电可能增大,并使要打印图像的图像浓度降低得低于所需浓度。
具体而言,由于载体之间的附着力在高温高湿环境(例如25℃以上且65%以上的环境)中由于湿气影响而增大,因而在高温高湿环境中进行低图像浓度(如,图像浓度为3%以下的图像)的连续运行并随后在低温低湿环境(例如15℃以下且25%以下的环境)进行打印时,更容易出现图像浓度的降低。
相反,本示例性实施方式中使用的凝集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅颗粒是具有以下性质的二氧化硅颗粒:其流动性和对色调剂颗粒的分散性较高,并且凝集性和对色调剂颗粒的附着性较高。
此处,由于二氧化硅颗粒通常具有令人满意的流动性并具有低堆积密度,因而二氧化硅颗粒具有低附着性并难以凝集。
同时,出于增大二氧化硅颗粒的流动性和对色调剂颗粒的分散性的目的,已知使用疏水化剂对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的技术。根据此技术,可改善二氧化硅颗粒的流动性盒对色调剂颗粒的分散性,不过凝集性依旧较低。
此外,已知组合使用疏水化剂和硅油对二氧化硅的表面进行表面处理的技术。根据此技术,可改善对色调剂颗粒的附着性,并还改善凝集性。不过,相反地,流动性和对色调剂颗粒的分散性易于降低。
换言之,在二氧化硅颗粒中,据称流动性和对色调剂颗粒的分散性以及凝集性和对色调剂颗粒的附着性是对立的关系。
相比之下,在特定二氧化硅颗粒中,如上所述,如果压缩凝集度和颗粒压缩比处于上述范围内,流动性、对色调剂的分散性、凝集性和对色调剂颗粒的附着性这四种性质变得令人满意。
接下来,将依次描述将特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度和颗粒压缩比设定在上述范围内的意义。
首先,将描述将特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度设定为60%~95%的意义。
压缩凝集度是指示二氧化硅颗粒的凝集性和对色调剂颗粒的附着性的指数。该指数指示了在通过压缩二氧化硅颗粒获得二氧化硅颗粒的成型体后,在使二氧化硅的成型体掉落时该成型体变松散的困难程度。
因此,由于压缩凝集度较高,因而二氧化硅颗粒的堆积密度容易增大,并且凝集力(分子间力)易于增强,并且对色调剂颗粒的附着力易于增强。另外,以下将具体描述计算压缩凝集度的方法。
因此,如果压缩凝集度为60%~95%,高度受控的特定二氧化硅颗粒具有令人满意的对色调剂颗粒的附着性和凝集性。从确保流动性和对色调剂颗粒的分散性同时对色调剂的附着性和凝集性保持令人满意的观点来看,压缩凝集度的上限为95%。
接下来,将描述将特定二氧化硅颗粒的颗粒压缩比设定为0.20~0.40的意义。
颗粒压缩比是指示二氧化硅颗粒的流动性的指数。具体而言,颗粒压缩比由表示二氧化硅颗粒的实表观比重和松表观比重之间的差与实表观比重的比((实表观比重-松表观比重)/实表观比重)表示。
因此,由于颗粒压缩比较低,二氧化硅颗粒具有高流动性。如果流动性较高,则对色调剂颗粒的分散性易于增大。另外,以下将详细描述计算颗粒压缩比的方法。
因此,将颗粒压缩比控制为低(0.20~0.40)的特定二氧化硅颗粒具有令人满意的流动性和对色调剂颗粒的分散性。不过,从改善对色调剂的附着性和凝集性同时流动性和对色调剂颗粒的分散性保持令人满意的观点来看,颗粒压缩比的下限为0.20。
由上可见,特定二氧化硅颗粒具有特定的性质,例如流动性、对色调剂颗粒的分散性、凝集力和对色调剂颗粒的附着力等性质。因此,压缩凝集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅颗粒是具有高流动性和对色调剂颗粒的分散性以及高凝集性和对色调剂颗粒的附着性的二氧化硅颗粒。
接下来,将描述在将特定二氧化硅颗粒添加至色调剂颗粒时的推定作用。
首先,由于特定二氧化硅颗粒具有高流动性和对色调剂颗粒的分散性,如果将特定二氧化硅颗粒添加至色调剂颗粒,则容易使特定二氧化硅颗粒几乎均匀地附着至色调剂颗粒的表面。由于附着在色调剂颗粒上的特定二氧化硅颗粒具有对色调剂颗粒的高附着性,则特定二氧化硅颗粒难以因在显影单元内的搅拌引起的机械负荷而从色调剂颗粒上剥落。结果,剥落的二氧化硅颗粒将较少附着至表面粗糙度Ra且圆形度处于上述范围的载体上,并且可减少二氧化硅颗粒在载体表面上的累积。另外,可防止因二氧化硅颗粒阻碍载体表面上的导电路径而引起的载体电阻的增大。
另外,即使在特定二氧化硅颗粒从色调剂颗粒上剥落并附着至表面粗糙度Ra和圆形度处于上述范围的载体表面的情况下,在载体表面上也表现出高凝集性,并且颗粒容易凝集为凝集体。由此,颗粒容易从载体表面去除。因此,附着在载体表面的二氧化硅颗粒难以如原样保持在载体表面上,并且还减少了二氧化硅颗粒在载体表面上的累积。另外,可防止因二氧化硅阻碍载体表面上的导电性路径而引起的载体电阻的增大。
由上可见,据推测本示例性实施方式的显影剂可以防止图像浓度的降低。
在本示例性实施方式的显影剂中,特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度优选为90%~100%。
此处,将描述将特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度设定为90%~100%的意义。
颗粒分散度是指示二氧化硅颗粒的分散性的指数。该指数指示了处于一次颗粒状态的二氧化硅颗粒分散至色调剂颗粒上的容易程度。具体而言,当将二氧化硅颗粒在色调剂颗粒表面上的计算覆盖率设定为C0且将实测覆盖率设定为C时,颗粒分散度指示了附着目标的计算覆盖率C0与实测覆盖率C的比例(实测覆盖率C/计算覆盖率C0)。
因此,由于颗粒分散度较高,二氧化硅颗粒难以在色调剂颗粒表面上凝集,并且容易以一次颗粒状态分散在色调剂颗粒中。另外,以下将具体描述计算颗粒分散度的方法。
通过将颗粒分散度控制为高(90%~100%),同时将压缩凝集度和颗粒压缩比控制在上述范围,特定二氧化硅颗粒具有进一步令人满意的对色调剂颗粒的分散性。通过这样做,可增大色调剂颗粒本身的流动性,并容易保持高流动性。结果,进一步,特定二氧化硅颗粒容易几乎均匀地附着在色调剂颗粒表面上,并难以从色调剂颗粒上剥落,并且剥落的二氧化硅颗粒与表面粗糙度Ra和圆形度处于上述范围内的载体的附着将减小。
在本示例性实施方式的显影剂中,作为上述具有高流动性和对色调剂颗粒的分散性以及高凝集性和对色调剂颗粒的附着性的特定二氧化硅颗粒,优选举出表面附着有重量平均分子量相对高的硅氧烷化合物的二氧化硅颗粒。具体而言,优选举出表面附着有粘度为1,000cSt~50,000cSt(优选以0.01重量%~5重量%的表面附着量附着)的硅氧烷化合物的二氧化硅颗粒。特定二氧化硅颗粒通过下述方法而获得:使用例如粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理使得表面附着量为0.01重量%~5重量%。
此处,表面附着量基于与二氧化硅的表面进行表面处理前的二氧化硅颗粒(未处理二氧化硅颗粒)的比例。下文中,将表面处理前的二氧化硅颗粒(换言之,未处理二氧化硅颗粒)简称为“二氧化硅颗粒”。
在使用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理使得表面附着量为0.01重量%~5重量%的特定二氧化硅颗粒中,可增大流动性和对色调剂颗粒的分散性,以及凝集性和对色调剂颗粒的附着性,并且容易使压缩凝集度和颗粒压缩比满足上述要求。另外,容易防止图像浓度的降低。尽管原因尚不清楚,不过认为其由于下述原因。
如果使粘度处于上述范围的具有较大粘度的硅氧烷化合物以上述范围的较少量附着在二氧化硅颗粒表面上,可表现出源自二氧化硅颗粒的表面上的硅氧烷化合物的性质的功能。其机制尚不清楚,不过当二氧化硅颗粒流动时,由于具有相对大粘度的硅氧烷化合物以上述范围少量地附着,容易表现出源自硅氧烷化合物的防粘性,或由于降低因硅氧烷化合物的位阻导致的颗粒间力而减小二氧化硅颗粒间的附着性。由于上述原因,可进一步增大二氧化硅颗粒的流动性和对色调剂颗粒的分散性。
同时,当对二氧化硅颗粒施加压力时,二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的长分子链缠绕,增大二氧化硅颗粒的紧密填充性,并增强二氧化硅颗粒间的凝集。另外,据认为,如果使二氧化硅颗粒流动,由于硅氧烷化合物的长分子量缠绕导致的二氧化硅颗粒的凝集力将松弛。除此之外,由于二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的长分子链,还增大了与色调剂颗粒的附着力。
由上可见,在具有上述范围的粘度的硅氧烷化合物以上述范围少量附着在二氧化硅颗粒表面的特定二氧化硅颗粒中,压缩凝集度和颗粒压缩比容易满足上述要求,并且颗粒分散度也容易满足上述要求。
下面,将详细描述显影剂的构造。
色调剂
色调剂颗粒
色调剂颗粒被构造为包含例如粘合剂树脂和必要时的着色剂、防粘剂和其他添加剂。
粘合剂树脂
粘合剂树脂的实例包括乙烯基树脂,其包含以下单体的均聚物:苯乙烯类(如苯乙烯、对氯苯乙烯和α-甲基苯乙烯等)、(甲基)丙烯酸酯类(如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯等)、烯键式不饱和腈类(如丙烯腈或甲基丙烯腈等)、乙烯基醚类(如乙烯基甲基醚和乙烯基异丁基醚等)、乙烯基酮类(如乙烯基甲基酮、乙烯基乙基酮和乙烯基异丙烯基酮等)和烯烃类(如乙烯、丙烯和丁二烯等),或者这些单体中两种以上组合的共聚物。
粘合剂树脂的实例包括:诸如环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、纤维素树脂、聚醚树脂和改性松香等非乙烯基树脂,非乙烯基树脂和上述乙烯基树脂的混合物,或通过在这些树脂共存下使上述乙烯基单体聚合而获得的接枝聚合物。
可以单独使用一种类型的粘合剂树脂,或两种以上类型组合使用。
优选聚酯树脂作为粘合剂树脂。
聚酯树脂的实例包括已知的聚酯树脂。
聚酯树脂的实例包括多元羧酸和多元醇的缩聚物。另外,可以使用市售品或可以使用合成树脂作为聚酯树脂。
多元羧酸的实例包括:脂肪族二羧酸(如草酸、丙二酸、马来酸、富马酸、柠康酸、衣康酸、戊烯二酸、琥珀酸、烯基琥珀酸、己二酸和癸二酸等)、脂环族二羧酸(如环己烷二羧酸等)、芳香族二羧酸(如对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和萘二羧酸等)以及它们的酸酐和低级烷基(例如,具有1~5个碳原子)酯。在这些多元羧酸中,例如,芳香族二羧酸优选作为多元羧酸。
作为多元羧酸,可以将具有交联结构或支化结构的三元以上羧酸与二羧酸组合使用。三元以上羧酸的实例包括偏苯三酸、均苯四酸以及它们的酸酐和低级烷基(例如,具有1~5个碳原子)酯等。
可以单独使用一种类型的多元羧酸,或两种以上类型组合使用。
多元醇的实例包括:脂肪族二醇(如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、新戊二醇等)、脂环族二醇(如环己二醇、环己烷二甲醇或氢化双酚A等)和芳香族二醇(如双酚A的环氧乙烷加合物或双酚A的环氧丙烷加合物等)。在这些醇中,作为多元醇,例如,优选芳香族二醇和脂环族二醇,更优选芳香族二醇。
作为多元醇具有交联结构或支化结构的三元以上的多元醇可以与二醇组合使用。三元以上的多元醇的实例包括丙三醇、三羟甲基丙烷和季戊四醇。
可以单独使用一种类型的多元醇,或两种以上类型组合使用。
聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为50℃~80℃,更优选为50℃~65℃。
另外,玻璃化转变温度从差示扫描量热计(DSC)获得的DSC曲线获得,更具体来说,根据JIS K-1987的“塑料转变温度的测试方法”中用于获得玻璃化转变温度的方法中描述的“外推玻璃化转变起始温度”获得。
聚酯树脂的重量平均分子量(Mw)优选为5,000~1,000,000,更优选为7,000~500,000。
聚酯树脂的数量平均分子量(Mn)优选为2,000~100,000。
聚酯树脂的分子量分布Mw/Mn优选为1.5~100,更优选为2~60。
另外,通过凝胶渗透色谱法(GPC)来测定重量平均分子量和数量平均分子量。通过使用作为测定装置的TOSHO CORPORATION制造的测定装置GPC HLC-8120GPC和TOSHOCORPORATION制造的柱TSK gel Super HM-M(15cm)以及THF溶剂,进行GPC分子量测定。根据该测定结果,通过利用由单分散聚苯乙烯标准样品绘制的分子量校准曲线可以计算出重量平均分子量和数量平均分子量。
聚酯树脂可以使用公知制备方法获得。具体而言,聚酯树脂可以例如通过下述方法获得:将聚合温度设定为180℃~230℃,必要时在反应体系中减压来进行反应,同时除去缩合时生成的水和醇。
另外,当原料单体在反应温度下不溶或不相容时,可以添加具有高沸点的溶剂作为增溶剂以使单体溶解。在这种情况下,在蒸馏掉增溶剂的同时进行缩聚反应。当存在相容性低的单体时,可以先使相容性低的单体和要与该相容性低的单体缩聚的酸或醇缩聚,然后与主成分缩聚。
相对于全部色调剂颗粒,粘合剂树脂的含量例如优选为40质量%~95质量%,更优选为50质量%~90质量%,还更优选为60质量%~85质量%。
着色剂
着色剂的实例包括各种颜料,例如,炭黑、铬黄、汉撒黄、联苯胺黄、士林黄、喹啉黄、颜料黄、永久橙GTR、吡唑啉酮橙、火神橙(Vulcan Orange)、色淀红(Watchung Red)、永久红、亮胭脂红3B、亮胭脂红6B、杜邦油红、吡唑啉酮红、立索红、若丹明B色淀、色淀红C、颜料红、玫瑰红、苯胺蓝、群青蓝、Calco油蓝、亚甲蓝氯化物、酞菁蓝、颜料蓝、酞菁绿和孔雀绿草酸盐;以及各种染料,例如,吖啶染料、呫吨染料、偶氮染料、苯醌染料、吖嗪染料、蒽醌染料、硫靛染料、二噁嗪染料、噻嗪染料、偶氮甲碱染料、靛蓝染料、酞菁染料、苯胺黑染料、聚甲炔染料、三苯甲烷染料、二苯甲烷染料和噻唑染料。
可以单独使用一种类型的着色剂,或两种以上类型组合使用。
作为着色剂,必要时可以使用经表面处理的着色剂,并可以与分散剂组合使用。另外,可以组合使用多种类型的着色剂。
相对于全部色调剂颗粒,着色剂的含量例如优选为1重量%~30重量%,更优选为3重量%~15重量%。
防粘剂
防粘剂的实例包括:烃蜡,如巴西棕榈蜡、米糠蜡和小烛树蜡等天然蜡,如褐煤蜡等合成或矿物石油蜡,如脂肪酸酯、褐煤酸酯等酯蜡。防粘剂不限于此。
防粘剂的熔融温度优选为50℃~110℃,更优选为60℃~100℃。
另外,熔融温度使用差示扫描量热计(DSC)获得的DSC曲线,根据JIS K 7121-1987的“塑料转变温度的测试方法”中获得熔融温度的方法中描述的“熔融峰值温度”获得。
相对于全部色调剂颗粒,防粘剂的含量例如优选为1重量%~20重量%,更优选为5重量%~15重量%。
其他添加剂
其他添加剂的实例包括公知的添加剂,如磁性体、电荷控制剂和无机粉末。色调剂颗粒包含这些添加剂作为内添剂。
色调剂颗粒的特性
色调剂颗粒可以是具有单层结构的色调剂颗粒,和具有所谓的芯-壳结构的色调剂颗粒,该芯-壳结构由芯部(芯颗粒)和涂覆芯部的涂覆层(壳层)构成。
此处,具有芯-壳结构的色调剂颗粒优选被构造为例如包括:包含粘合剂树脂和必要时的如着色剂和防粘剂等其他添加剂的芯部和包含粘合剂树脂的涂覆层。
色调剂颗粒的体积平均粒径(D50v)优选为2μm~10μm,更优选为4μm~8μm。
另外,色调剂颗粒的各种平均粒径和各种粒径分布指数使用COULTER MULTISIZERII(由Beckman Coulter,Inc.制造)和作为电解液的ISOTON-II(由Beckman Coulter,Inc.制造)来测量。
在测量时,将0.5mg~50mg测量样品添加于2ml作为分散剂的5%表面活性剂(优选烷基苯磺酸钠)水溶液中。将其添加至100ml~150ml电解液中。
使用超声分散器对其中悬浮有样品的电解液分散1分钟,并利用孔径为100μm的孔通过COULTER MULTISIZER II测量粒径为2μm~60μm的颗粒的粒径分布。取样的颗粒数量为50000。
相对于基于所测得的粒径分布划分的粒径范围(区段),从最小直径侧分别绘制体积和数量累积分布。将累积16%时的粒径定义为体积粒径D16v和数量粒径D16p,而将累积50%时的粒径定义为体积平均粒径D50v和累积数量平均粒径D50p。另外,将累积84%时的粒径定义为体积粒径D84v和数量粒径D84p。
利用这些值,将体积粒径分布指数(GSDv)计算为(D84v/D16v)1/2,而将数量粒径分布指数(GSDp)计算为(D84p/D16p)1/2。
色调剂颗粒的形状系数SF1优选为110~150,更优选为120~140。
此外,根据下式获得形状系数SF1。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上式中,ML表示色调剂的绝对最大长度,A表示色调剂的投影面积。
具体而言,形状系数SF1通过如下进行数字化:使用图像分析仪分析显微图像或SEM(扫描电子显微镜)图像,并计算如下。换言之,形状系数SF1如下获得:使用摄影机将分散在载玻片表面上的颗粒的光学显微图像录入Luzex图像分析仪,获得100个颗粒的最大长度和投影面积并根据上式计算,并获得其平均值。
外添剂
色调剂中的外添剂包含特定二氧化硅颗粒。外添剂可以包含特定二氧化硅颗粒以外的其他外添剂。也就是,可以仅将特定二氧化硅颗粒添加至色调剂颗粒,或者可以将其他外添剂和特定二氧化硅颗粒添加至色调剂颗粒。
特定二氧化硅颗粒
压缩凝集度
特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度为60%~95%,不过,从在特定二氧化硅颗粒中保证流动性和对色调剂颗粒的分散性(特别是从防止图像浓度的降低)同时保持令人满意的凝集性和对色调剂颗粒的附着性的角度来看,压缩凝集度优选为65%~95%,更优选为70%~95%。
压缩凝集度通过下述方法计算。
用6.0g特定二氧化硅颗粒填充直径为6cm的盘状模具。接下来,该模具使用压缩成型机(Maekawa Testing Machine MFG Co.,LTD.制造)在5.0t/cm2的压力下压缩60秒,从而获得特定二氧化硅颗粒的压缩盘状成型体(下文为“掉落前的成型体”)。然后,测量掉落前的成型体的重量。
随后,将掉落前的成型体置于开口为600μm的分级网上,并使用振动分级机(TSUTSUI SCIENTIFIC INSTRUMENTS CO.,LTD.制造,型号:VIBRATING MVB-1)在振幅为1mm且振动时间为1分钟下使掉落前的成型体掉落。通过这样做,,特定二氧化硅颗粒通过分级网从掉落前的成型体掉落,并在分级网上留下特定二氧化硅颗粒的成型体。然后,测量残留的特定二氧化硅颗粒的成型体(下文称为“掉落后的成型体”)的重量。
然后,根据下式(1),从掉落后的成型体重量与掉落前的成型体重量的比例计算出压缩凝集度。
式(1):压缩凝集度=(掉落后的成型体重量/掉落前的成型体重量)×100
颗粒压缩比
特定的二氧化硅的颗粒压缩比为0.20~0.40,不过,从在特定二氧化硅颗粒中保证流动性和对色调剂颗粒的分散性(特别是从防止图像浓度的降低)同时保持令人满意的凝集性和与色调剂颗粒的附着性的角度来看,颗粒压缩比优选为0.24~0.38,更优选为0.28~0.36。
颗粒压缩比通过下述方法计算。
利用粉末测试仪(Hosokawa Micro Group.制造,产品型号:PT-S型)测量二氧化硅颗粒的松表观比重和实表观比重。然后,根据下式(2),从二氧化硅颗粒的实表观比重和松表观比重之差与实表观比重的比例计算颗粒压缩比。
式(2):颗粒压缩比=(实表观比重–松表观比重)/密堆表观比重
另外,“松表观比重”是用二氧化硅颗粒填充容积为100cm3的容器并对该容器称重而获得的测量值,并表示使特定二氧化硅颗粒自然落入容器的状态下的填充比重。“实表观比重”是指容器从松表观比重状态通过以18mm的行程长度和50次/分钟的敲击速率对容器底部重复施加180次冲击(敲击)而进行脱气,并且特定二氧化硅颗粒重排并更致密地填充容器时的表观比重。
颗粒分散度
从获得更满意的对色调剂颗粒的分散性(特别地,从防止图像浓度的降低)的角度来看,特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度优选为90%~100%,更优选为95%~100%,还更优选为100%。
颗粒分散度是色调剂颗粒的实测覆盖率C与计算覆盖率C0的比例,并使用下式(3)计算。
式(3):颗粒分散度=实测覆盖率C/计算覆盖率C0
此处,当将色调剂颗粒的体积平均粒径设定为dt(m)、将特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径设定为da(m)、将色调剂颗粒的比重设定为ρt、将特定二氧化硅颗粒的比重设定为ρa、将色调剂颗粒的重量设定为Wt(kg),并将特定二氧化硅颗粒的添加量设定为Wa(kg)时,可通过以下等式(3-1)计算利用特定二氧化硅颗粒对色调剂颗粒的表面的计算覆盖率C0。
式(3-1):计算覆盖率C0=√3/(2π)×(ρt/ρa)×(dt/da)×(Wa/Wt)×100(%)
利用XPS(X-射线光电子分光器)(“JPS-9000MX”:JOEL Ltd.制造)分别对单独的色调剂颗粒、单独的特定二氧化硅颗粒、和涂覆(附着)有特定二氧化硅颗粒的色调剂颗粒测定由特定二氧化硅颗粒产生的硅原子信号强度,并可以通过以下等式(3-2)计算结果从而获得利用特定二氧化硅颗粒对色调剂颗粒的表面的实际测定覆盖率C。。
式(3-2):实测覆盖率C=(z-x)/(y-x)×100(%)
(在等式(3-2)中,x代表单独色调剂颗粒的源自特定二氧化硅颗粒的硅原子信号强度。y代表单独特定二氧化硅颗粒的源自特定二氧化硅颗粒的硅原子信号强度。z代表涂覆(附着)有特定二氧化硅颗粒的色调剂颗粒的源自特定二氧化硅颗粒的硅原子信号强度)。
平均圆当量直径
从获得特定二氧化硅颗粒的令人满意的流动性、对色调剂颗粒的分散性、凝集性和对色调剂颗粒的附着性(特别地,从防止图像浓度的降低)的角度来看,特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径优选为40nm~200nm,更优选为50nm~180nm,且还更优选为60nm~160nm。
特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径D50如下获得:通过SEM(扫描电子显微镜)(Hitachi,Ltd.制造:S-4100)观察特定二氧化硅颗粒添加到色调剂颗粒后的一次颗粒从而捕获图像;在图像分析仪(LUZEXIII,由NIRECO.制造)中获取该图像;通过对一次颗粒进行图像分析测定各颗粒的面积;根据该面积值计算特定二氧化硅颗粒的圆当量直径;并将所得的圆当量直径的体积基准的累积频率中50%的直径(D50)视为特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径D50。另外,调整电子显微镜的放大倍数,从而在一个视野中捕捉到约10至50个特定二氧化硅颗粒,并通过将该视野与观察到的多个视野合并获得一次颗粒的圆当量直径。
平均圆形度
特定二氧化硅的形状可以是球形或变体中的一种,不过,从在特定二氧化硅颗粒中获得令人满意的流动性、对色调剂颗粒的分散性、凝集性和对色调剂颗粒的附着性(特别地,从防止图像浓度的降低)的角度来看,特定二氧化硅颗粒的平均圆形度优选为0.85~0.98,更优选为0.90~0.98,还更优选为0.93~0.98。
特定二氧化硅颗粒的平均圆形度通过下述方法测量。
首先,特定二氧化硅颗粒的圆形度如下获得:通过扫描电子显微镜观察二氧化硅颗粒添加到色调剂颗粒中之后的一次颗粒;从获得的一次颗粒的平面图像分析根据下式计算“100/SF2”,将其作为圆形度。
式:圆形度(100/SF2)=4π×(A/I2)
(上式中,I表示图像上一次颗粒的周长,A表示一次颗粒的投影面积。)
另外,将从图像平面分析获得的100个一次颗粒的圆形度的累积频率中50%的圆形度作为特定二氧化硅颗粒的平均圆形度将特定二氧化硅颗粒的平均圆形度获得为从平面图像分析获得的100个一次颗粒的圆形度的累积频率的50%圆形度。
此处,将描述用于测量来自色调剂的特定二氧化硅颗粒的各个性质(压缩凝集度、颗粒压缩比、颗粒分散度和平均圆形度)的方法。
首先,外添剂(特定二氧化硅颗粒)与色调剂的分离如下。
在将色调剂放入甲醇中,分散并搅拌后,通过在超声浴中处理色调剂,使外添剂与色调剂的分离。外添剂的粒径比重决定了外添剂与色调剂分离的容易性,并且通过调节超声处理的条件来使特定二氧化硅颗粒分离。色调剂颗粒通过离心而沉淀,从而仅收集其中分散有外添剂的甲醇。然后,通过蒸发甲醇可以获得特定二氧化硅颗粒。通过使用所分离的特定二氧化硅颗粒测量各个性质。
下面,将描述特定二氧化硅颗粒的构造。
特定二氧化硅颗粒
特定二氧化硅颗粒是包含二氧化硅(即SiO2)作为主要成分的颗粒,并且该颗粒可以是结晶的或非晶的。特定二氧化硅颗粒可以是通过使用如水玻璃或烷氧基硅烷等硅化合物作为原料制得的颗粒,或者通过粉碎石英获得的颗粒。
特定二氧化硅颗粒的具体实例包括:通过溶胶-凝胶法制得的二氧化硅颗粒(下位称为“溶胶-凝胶二氧化硅颗粒”)、水性胶体二氧化硅颗粒、醇性二氧化硅颗粒、通过气相法获得的气相二氧化硅颗粒和熔融二氧化硅颗粒,其中,优选的是溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
表面处理
为了使压缩凝集度、颗粒压缩比和颗粒分散度落入上述特定范围,特定二氧化硅颗粒优选用硅氧烷化合物进行表面处理。
作为表面处理方法,优选使用超临界二氧化碳在超临界二氧化碳中对二氧化硅表面进行表面处理。另外,表面处理方法如下所述。
硅氧烷化合物
硅氧烷化合物没有特定限制,只要其分子结构中具有硅氧烷骨架即可。
硅氧烷化合物的实例包括硅油和硅酮树脂。其中,从二氧化硅颗粒表面以几乎均匀的状态进行表面处理的角度来看,优选硅油。
硅油的实例包括二甲基硅油、甲基氢硅油、甲基苯基硅油、氨基改性硅油、环氧基改性硅油、羧基改性硅油、卡必醇(carbinol)改性硅油、甲基丙烯酸改性硅油、巯基改性硅油、酚改性硅油、聚醚改性硅油、甲基苯乙烯基改性硅油、烷基改性硅油、高级脂肪酸酯改性硅油、高级脂肪酸酰胺改性硅油和氟改性硅油等。其中,优选的是二甲基硅油、甲基氢硅油和氨基改性硅油。
可以单独使用一种类型的硅氧烷化合物,或两种以上类型组合使用。
粘度
从在特定二氧化硅颗粒中获得令人满意的流动性、对色调剂颗粒的分散性、凝集性和对色调剂颗粒的附着性(特别地,从防止图像浓度的降低)的角度来看,硅氧烷化合物的粘度(运动粘度)优选为1000cSt~50000cSt,更优选为2000cSt~30000cSt,还更优选为3000cSt~10000cSt。
硅氧烷化合物的粘度按照以下顺序获得。将甲苯添加到特定二氧化硅颗粒中,并随后使用超声分散器进行分散30分钟。然后,收集上清液。此时,获得硅氧烷化合物的浓度为1g/100ml的甲苯溶液。此时,利用下式(A)获得比粘度[ηsp](25℃)。
式(A):ηsp=(η/η0)-1
(η0:甲苯粘度,η:溶液粘度)
接下来,通过在下式(B)所示的Huggins关系式中代入比粘度[ηsp]来获得固有粘度[η]。
式(B):ηsp=[η]+K'[η]2
(K':Huggins整数K'=0.3(在[η]=1~3时))
接下来,通过在下式(C)所示的A.Kolorlov等式中代入固有粘度[η]来获得分子量M。
式(C):[η]=0.215×10-4M0.65
通过在下式(D)所示的A.J.Barry等式中代入分子量M来获得硅氧烷粘度[η]。
式(D):logη=1.00+0.0123M0.5
表面附着量
从在特定二氧化硅颗粒中获得令人满意的流动性、对色调剂颗粒的分散性、凝集性和对色调剂颗粒的附着性(特别地,从防止图像浓度的降低)的角度来看,相对于二氧化硅颗粒(表面处理前的二氧化硅颗粒),硅氧烷化合物对特定二氧化硅颗粒表面的表面附着量优选为0.01重量%~5重量%,更优选为0.05重量%~3重量%,还更优选为0.10重量%~2重量%。
表面附着量通过下述方法测量。
在将100mg特定二氧化硅颗粒分散于1mL氯仿中,并向其中添加1μL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)作为内部标准溶液后,将所得物使用超声清洗器进行超声处理30分钟,以将硅氧烷化合物提取至氯仿溶剂中。然后,利用JNM-AL400型核磁共振仪(JEOL Ltd.制造)测量氢原子核的光谱,并从源自硅氧烷化合物的峰面积与源自DMF的峰面积的比例获得硅氧烷化合物的量。另外,从硅氧烷化合物的量获得表面附着量。
此处,对特定二氧化硅颗粒用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理,且硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面的表面附着量优选为0.01重量%~5重量%。
通过满足上述要求,容易获得具有令人满意的流动性和对色调剂颗粒的分散性以及改善的凝集性和对色调剂颗粒的附着性的特定二氧化硅颗粒。
外部添加量
从防止图像浓度的降低的角度来看,相对于色调剂颗粒,特定二氧化硅颗粒的外部添加量(含量)优选为0.1重量%~6.0重量%,更优选为0.3重量%~4.0重量%,还更优选为0.5重量%~2.5重量%。
特定二氧化硅颗粒的制备方法
特定二氧化硅颗粒如下获得:用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理,从而使表面附着量相对于二氧化硅颗粒为0.01重量%~5重量%。
根据特定二氧化硅颗粒的制备方法,可以获得具有令人满意的流动性和对色调剂颗粒的分散性以及改善的凝集性和对色调剂颗粒的附着性的二氧化硅颗粒。
表面处理方法的实例包括:在超临界二氧化碳中用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的方法;和在空气中用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的方法。
表面处理方法的具体实例包括:使用超临界二氧化碳将硅氧烷化合物溶解在超临界二氧化碳中以将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法;通过将包含硅氧烷化合物和用于溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液施加(例如喷涂或涂覆)至二氧化硅颗粒表面上以在空气中将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法;和在将包含硅氧烷化合物和用于溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液添加至二氧化硅颗粒分散液并保持在空气中后,使二氧化硅颗粒分散液和溶液的混合溶液干燥的方法。
其中,作为表面处理方法,优选的是使用超临界二氧化碳而将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法。
如果表面处理在超临界二氧化碳中进行,则超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物将变为溶解状态。由于超临界二氧化碳具有低界面张力的性质,据认为在超临界二氧化碳中处于溶解状态的硅氧烷化合物与超临界二氧化碳容易扩散达到二氧化硅颗粒表面的孔洞深部,使得使用硅氧烷化合物不仅在二氧化硅颗粒表面,还对孔洞深部进行表面处理。
因此,据认为,用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒变为其表面被硅氧烷化合物处理为几乎均匀状态的的二氧化硅颗粒(例如,表面处理层以薄膜形状形成)。
另外,在特定二氧化硅颗粒的制备方法中,还可以通过在超临界二氧化碳中使用疏水化剂与硅氧烷化合物进行对二氧化硅颗粒表面赋予疏水性的表面处理。
在这种情况下,疏水化剂与硅氧烷化合物一起在超临界二氧化碳中处于溶解状态,据认为,在超临界二氧化碳中处于溶解状态的硅氧烷化合物和疏水化剂容易与超临界二氧化碳一起扩散达到二氧化硅颗粒表面的孔洞深部,使得使用硅氧烷化合物和疏水化剂不仅在二氧化硅颗粒表面上进行表面处理,还深入孔洞深部。
结果,在用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物和疏水化剂进行表面处理的二氧化硅颗粒中,其表面用硅氧烷化合物和疏水化剂处理至几乎均匀的状态,并容易赋予高疏水性。
另外,在特定二氧化硅颗粒的制备方法中,可以在二氧化硅颗粒的另一制备步骤(例如,溶剂去除步骤等)中使用超临界二氧化碳。
在其他制备步骤中,使用超临界二氧化碳制备特定二氧化硅颗粒的方法的实例包括下述二氧化硅颗粒的制备方法,其包括:利用溶胶-凝胶法制备包含二氧化硅颗粒和溶剂(包括醇和水)的二氧化硅颗粒分散液的步骤(下文称为“分散液制备步骤”),通过使超临界二氧化碳流动来从二氧化硅分散液中去除溶剂的步骤(下文称为“溶剂去除步骤”),和在超临界二氧化碳中,于去除溶剂后用硅氧烷化合物对二氧化硅表面进行表面处理的步骤(下文称为“表面处理步骤”)。
如果使用超临界二氧化碳进行溶剂从二氧化硅颗粒分散液中的去除,容易防止粗粉末的出现。
尽管原因尚不清楚,不过据认为原因如下:1)在从二氧化硅分散液中去除溶剂的情况中,由于超临界二氧化碳的“界面张力不作用”的性质而产生液桥力,而可以在去除溶剂时在没有颗粒彼此凝集的情况下去除溶剂;2)由于超临界二氧化碳的下述性质,即“超临界二氧化碳是在温度压力在临界点以上的状态下的二氧化碳并具有气体的扩散性和液体的溶解性”,因而通过使溶剂与超临界二氧化碳有效接触而在相对较低的温度(如250℃以下)溶解溶剂,去除溶解有溶剂的超临界二氧化碳,由此可以去除二氧化硅分散液中的溶剂,而不会形成因硅烷醇基缩合导致的诸如二次凝集体等粗粉末。
此处,溶剂去除步骤和表面处理步骤可以分开进行,不过优选的是连续进行(也就是,各个步骤在对大气压下不开放的状态下进行)。如果各步骤连续进行,在溶剂去除步骤后,二氧化硅颗粒没有机会吸附水,并且表面处理可以在防止二氧化硅上过量吸附水分的状态下进行。因此,不需要使用大量的硅氧烷化合物或通过大量加热在高温下进行溶剂去除步骤和表面处理。结果,可以容易地更有效地防止粗粉末的出现。
下文将描述特定二氧化硅颗粒的制备方法的各个步骤的细节。
另外,特定二氧化硅颗粒的制备方法不限于此,并且例如,该方法可以具有:1)仅在表面处理步骤中使用超临界二氧化碳的方面,或2)各步骤分开进行的方面。
各个步骤在下文详细描述。
分散液制备步骤
在分散液制备步骤中,例如,制备包含二氧化硅颗粒和溶剂(包括醇和水)的二氧化硅颗粒分散液。
具体而言,在分散液制备步骤中,二氧化硅颗粒分散液通过例如湿式方法(如溶胶-凝胶法等)制备,并制得该分散液。特别地,二氧化硅颗粒分散液可以使用溶胶-凝胶法作为湿式方法制备,具体而言,优选的是,通过使四烷氧基硅烷在碱催化剂的存在下于包含醇和水的溶剂中反应(水解反应和缩合反应)形成二氧化硅颗粒,由此制备二氧化硅颗粒分散液。
另外,二氧化硅颗粒的平均当量圆粒径的优选范围和平均圆形度的优选范围如上所述。
在分散液制备步骤中,例如,在二氧化硅颗粒通过湿式方法获得的情况下,二氧化硅颗粒以二氧化硅颗粒分散在溶剂中的分散液的状态(二氧化硅颗粒分散液)获得。
此处,在进行至溶剂去除步骤时,在所制备的二氧化硅颗粒分散液中,水与醇的重量比例如为0.05~1.0,优选为0.07~0.5,更优选为0.1~0.3。
在二氧化硅颗粒分散液中,如果水与醇的重量比处于上述范围内,在表面处理后二氧化硅颗粒的粗粉末的出现减少,并且容易获得具有令人满意的电阻的二氧化硅颗粒。
当水与醇的重量比低于0.05时,在溶剂去除步骤中,由于去除溶剂时在二氧化硅颗粒表面上的硅烷醇基较少缩合,在去除溶剂后二氧化硅颗粒表面上吸附的湿气将变大。因此,表面处理后二氧化硅颗粒的电阻将过度减小。另外,如果水与醇的重量比超过1.0,在溶剂去除步骤中,在去除二氧化硅颗粒分散液中的溶剂的终点附近将保留大量的水,因而二氧化硅颗粒由于液桥力而容易彼此凝集,其在表面处理后作为粗粉末存在。
另外,在进行至溶剂去除步骤时,在所制备的二氧化硅颗粒分散液中,水与二氧化硅颗粒的重量比为例如0.02~3,优选为0.05~1,更优选为0.1~0.5。
在二氧化硅颗粒分散液中,如果水与二氧化硅颗粒的重量比处于上述范围内,则二氧化硅颗粒的粗粉末的出现较少,并且容易获得具有令人满意的电阻的二氧化硅颗粒。
如果水与二氧化硅颗粒的重量比低于0.02,在溶剂去除步骤中,去除溶剂时二氧化硅颗粒表面上硅烷醇基将极少缩合,并且去除溶剂后二氧化硅颗粒表面上吸附的湿气变大。因而,二氧化硅颗粒的电阻将过度减小。
另外,当水的比例超过3时,在溶剂去除步骤中,在去除二氧化硅颗粒分散液中的溶剂的终点附近将保留大量的水,并且二氧化硅颗粒由于液桥力容易彼此凝集。
另外,在进行至溶剂去除步骤时,在所制备的二氧化硅颗粒分散液中,二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比为例如0.05~0.7,优选为0.2~0.65,更优选为0.3~0.6。
如果二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比低于0.05,在溶剂去除步骤中,所用的超临界二氧化碳的量可能变大,因而生产率可能劣化。
另外,如果二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比高于0.7,二氧化硅颗粒分散液中的二氧化硅颗粒之间的距离可能变小,并且由于二氧化硅颗粒的凝集或凝胶化而可能容易出现粗粉末。
溶剂去除步骤
溶剂去除步骤是例如通过使超临界二氧化碳流动来去除二氧化硅颗粒分散液中的溶剂的步骤。
也就是,在溶剂去除步骤中,使超临界二氧化碳流动,并使超临界二氧化碳与二氧化硅颗粒分散液接触,由此去除溶剂。
具体而言,在溶剂去除步骤中,例如,将二氧化硅颗粒分散液置于密闭反应器中。然后,将液化二氧化碳添加至密闭反应器中并加热,并使用高压泵增大反应器中的压力来使二氧化碳处于超临界状态。另外,将超临界二氧化碳引入密闭容器,从中排出,并使其在密闭反应器中流动,也就是,在二氧化硅颗粒分散液中流动。
因此,超临界二氧化碳溶解溶剂(水和醇),其使溶剂排出至二氧化硅颗粒分散液的外部(密闭反应器的外部),并去除溶剂。
此处,超临界二氧化碳是处于临界点以上的温度压力下并具有气体的扩散性和液体的溶解性的二氧化碳。
用于去除溶剂的温度条件,即超临界二氧化碳的温度可以例如为31℃~350℃,优选为60℃~300℃,更优选为80℃~250℃。
如果该温度低于上述范围,溶剂将难以溶于超临界二氧化碳中,因而难以去除溶剂。另外,据认为,由于溶剂或超临界二氧化碳的液桥力,可能容易形成粗粉末。同时,如果温度超过上述范围,据认为,由于二氧化硅颗粒表面上硅烷醇基缩合而容易形成如二次凝集体等粗粉末。
用于去除溶剂的压力条件,即超临界二氧化碳的压力可以例如为7.38MPa~40MPa,优选为10MPa~35MPa,更优选为15MPa~25MPa。
如果该压力低于上述范围,存在溶剂难以溶于超临界二氧化碳中的趋势,同时,如果该压力超过上述范围,设备成本趋于变高。
另外,超临界二氧化碳至密闭反应器的引入排出量可以例如为15.4L/min/m3~1540L/min/m3,优选为77L/min/m3~770L/min/m3。
如果该引入排出量小于15.4L/min/m3,由于需要时间来去除溶剂,因而生产率趋于劣化。
同时,如果引入排出量为1540L/min/m3以上,超临界二氧化碳通过时间短,因而与二氧化硅颗粒分散液的接触时间变短,并且存在难以能够有效去除溶剂的趋势。
表面处理步骤
表面处理步骤是例如与溶剂去除步骤连续的使用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的步骤。
也就是,在表面处理步骤中,例如,在从溶剂去除步骤移动之前,在不对空气开放的情况下使用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理。
具体而言,在表面处理步骤中,例如,在表面处理步骤中在停止将超临界二氧化碳引入和排出密闭反应器后,调整密闭反应器中的温度和压力,并向存在超临界二氧化碳状态下的密闭反应器中以预定的相对于二氧化硅颗粒的比例添加硅氧烷化合物。然后,使硅氧烷化合物在保持上述状态的状态下,即,在超临界二氧化碳中反应,从而对二氧化硅颗粒进行表面处理。
此处,在表面处理步骤中,硅氧烷化合物的反应可以在超临界二氧化碳中(也就是在超临界二氧化碳气氛中)进行,并且表面处理可以在使超临界二氧化碳流动(也就是将超临界二氧化碳引入和排出密闭反应器)的同时进行,或表面处理可以在不使超临界二氧化碳流动的同时进行。
在表面处理步骤中,二氧化硅颗粒相对于反应器容积的量(填充量)可以例如为30g/L~600g/L,优选为50g/L~500g/L,更优选为80g/L~400g/L。
如果该量小于上述范围,硅氧烷化合物相对于超临界二氧化碳的浓度可能降低,与二氧化硅表面的接触可能性可能降低,并且反应可能难以进行。同时,如果该量超过上述范围,硅氧烷化合物相对于超临界二氧化碳的浓度可能增大,硅氧烷化合物可能不完全溶解于超临界二氧化碳中,其导致分散不良,并且容易形成粗凝集体。
超临界二氧化碳的密度可以例如为0.10g/ml~0.80g/ml,优选为0.10g/ml~0.60g/ml,更优选为0.2g/ml~0.50g/ml。
如果该密度小于上述范围,存在硅氧烷化合物相对于超临界二氧化碳的溶解度降低并形成凝集体的趋势。同时,如果该密度高于上述范围,由于对二氧化碳细孔的扩散性降低,因而表面处理可能不充分。特别是,相对于包含许多硅烷醇基的溶胶-凝胶二氧化碳颗粒,表面处理可以在上述密度范围内进行。
另外,超临界二氧化碳的密度通过温度和压力调节。
硅氧烷化合物的具体实例如上所述。另外,硅氧烷化合物的优选粘度范围如上所述。
在该硅氧烷化合物中,如果应用硅油,硅油容易以几乎均匀的状态附着在二氧化硅颗粒的表面,并且容易改善二氧化硅颗粒的流动性、分散性和处理性。
从容易将二氧化硅颗粒的表面附着量控制为0.01重量%~5重量%的角度来看,相对于二氧化硅颗粒,硅氧烷化合物的用量可以例如为0.05重量%~3重量%,优选为0.1重量%~2重量%,更优选为0.15重量%~1.5重量%。
另外,硅氧烷化合物可以单独使用,或者作为与容易溶解该硅氧烷化合物的溶剂的混合液使用。溶剂的实例包括甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等。
在表面处理步骤中,二氧化硅颗粒的表面处理可以用包含疏水化剂和硅氧烷化合物的混合物进行。
疏水化剂的实例包括硅烷类疏水化剂。硅烷类疏水化剂的实例包括具有烷基(如甲基、乙基、丙基或丁基等)的公知硅化合物,并且其具体实例包括硅氮烷化合物(例如,诸如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷和三甲基甲氧基硅烷等硅烷化合物、六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷等)。可以单独使用一种类型的疏水化剂,或可以使用多种类型。
在硅烷类疏水化剂中,优选的是具有三甲基的硅化合物,如三甲基甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷(HMDS),特别是六甲基二硅氮烷(HMDS)。
硅烷类疏水化剂的用量没有特别限制。相对于二氧化硅颗粒,其用量可以例如为1重量%~100重量%,优选为3重量%~80重量%,更优选为5重量%~50重量%。
另外,硅烷类疏水化剂可以单独使用,或作为与容易溶解硅烷类疏水化剂的溶剂的混合液使用。溶剂的实例包括甲苯、甲基乙基酮和甲基异丁基酮。
表面处理的温度条件、即超临界二氧化碳的温度可以例如为80℃~300℃,优选为100℃~250℃,更优选为120℃~200℃。
如果该温度低于上述范围,硅氧烷化合物的表面处理能力可能降低。同时,如果该温度超过上述范围,二氧化硅颗粒的硅烷醇基之间将进行缩合反应,并且可能出现颗粒凝集。特别是,相对于具有许多硅烷醇基的溶胶-凝胶二氧化硅颗粒,表面处理在上述温度范围内进行。
同时,表面处理的压力条件、即超临界二氧化碳的压力可以是满足上述密度的条件。不过,其压力可以例如为8MPa~30MPa,优选为10MPa~25MPa,更优选为15MPa~20MPa。
通过上述各步骤获得特定二氧化硅颗粒。
其他外添剂
其他外添剂的实例包括无机颗粒。无机颗粒的实例包括:SiO2(但不包括特定二氧化硅颗粒)、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·(TiO2)n、Al2O3·2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4和MgSO4。
作为其他外添剂的无机颗粒的表面可以用疏水化剂进行处理。用疏水化剂的处理例如通过将无机颗粒浸入疏水化剂中进行。疏水化剂没有特别限制,不过其实例包括硅烷偶联剂、硅油、钛酸酯偶联剂、铝偶联剂等。这些可以单独使用,或两种以上类型组合使用。
相对于100重量份无机颗粒,疏水化剂的量通常例如为1重量份~10重量份。
其他外添剂的实例包括:树脂颗粒(聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和三聚氰胺树脂的树脂颗粒)、清洁助剂(例如,以硬脂酸锌为代表的高级脂肪酸金属盐和氟聚合物颗粒)等。
相对于色调剂颗粒,其他外添剂的外部添加量例如为0重量%~4.0重量%,优选为0.3重量%~2.0重量%。
色调剂的制备方法
下面将描述本示例性实施方式中使用的色调剂的制备方法。
本示例性实施方式使用的色调剂通过在制得色调剂颗粒后将外添剂添加至该色调剂颗粒而获得。
色调剂颗粒可以通过干式制备法(例如,捏合粉碎法等)或湿式制备法(例如,凝集聚结法、悬浮聚合法和溶解悬浮法等)制备。色调剂颗粒的制备方法不限于此,可以采用已知的制备方法。
其中,可以通过凝集聚结法获得色调剂颗粒。
具体而言,例如,在使用凝集聚结法制造色调剂颗粒的情况下,色调剂颗粒通过以下步骤制得:制备其中分散有作为粘合剂树脂的树脂颗粒的树脂颗粒分散液的步骤(树脂颗粒分散液制备步骤),通过使树脂颗粒分散液(必要时混合其他颗粒的分散液后的分散液)中的树脂颗粒(和必要时的其他颗粒)凝集而形成凝集颗粒的步骤(凝集颗粒形成步骤),和通过加热其中分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液并使凝集颗粒融合形成色调剂颗粒的步骤(融合步骤)。
下面详细描述各工序。
另外,在以下描述中,尽管描述了制备含有着色剂和防粘剂的色调剂颗粒的方法,但是着色剂和防粘剂根据需要而使用。当然可以添加着色剂和防粘剂以外的其他添加剂。
树脂颗粒分散液制备步骤
首先,制备出其中分散有作为粘合剂树脂的树脂颗粒的树脂颗粒分散液,以及例如其中分散有着色剂颗粒的着色剂颗粒分散液和其中分散有防粘剂颗粒的防粘剂分散液。
此处,树脂颗粒分散液例如通过使用表面活性剂将树脂颗粒分散在分散介质中而制备。
作为树脂颗粒分散液使用的分散介质,可举出水性介质。
水性介质的实例包括如蒸馏水和离子交换水等水,和醇等。可以单独使用一种类型的水性介质,或者两种以上类型组合使用。
表面活性剂的实例包括:阴离子表面活性剂,如硫酸盐表面活性剂、磺酸盐表面活性剂、磷酸酯表面活性剂和皂类表面活性剂等;阳离子表面活性剂,如胺盐表面活性剂和季铵盐表面活性剂;和非离子表面活性剂,如聚乙二醇表面活性剂、烷基酚氧化乙烯加合物表面活性剂和多元醇表面活性剂。其中,特别地,可以举出阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂。非离子表面活性剂可以与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂组合使用。
可以单独使用一种类型的表面活性剂,或者两种以上类型组合使用。
在树脂颗粒分散液中,用于将树脂颗粒分散在分散介质中的方法实例包括如旋转剪切型均化器或者具有介质的球磨机、砂磨机或戴诺磨等常规分散方法。此外,取决于树脂颗粒的种类,例如可以使用转相乳化法将树脂颗粒分散在树脂颗粒分散液中。
另外,转相乳化法是指下述方法,其中将拟分散的树脂溶解在可溶解该树脂的疏水性有机溶剂中,向有机连续相(O相)中添加碱以中和,然后向其中放入水性介质(W相),进行树脂由W/O至O/W的交换(所谓的转相)变成非连续相,并将树脂以颗粒状分散在水性介质中。
分散在树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的体积平均粒径例如优选为0.01μm~1μm,更优选为0.08μm~0.8μm,进而更优选为0.1μm~0.6μm。
另外,树脂颗粒的体积平均粒径如下测量:其中使用通过激光衍射粒径分布测量装置(如LA-700,由HORIBA,LTD.制造)测量获得的粒径分布,基于划分的粒径范围(区段)由小直径侧绘制体积的累积分布,并将基于全部颗粒的累积50%处的粒径测定为体积平均粒径D50v。其他分散液中颗粒的体积平均粒径将以同样的方式测量。
例如,包含于树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的含量优选为5重量%~50重量%,且更优选为10重量%~40重量%。
另外,例如,以与树脂颗粒分散液相同的方法制备着色剂分散液和防粘剂分散液。也就是,关于树脂颗粒分散液中的颗粒的体积平均粒径、分散介质、分散方法和颗粒含量,同样适用于分散在着色剂分散液中的着色剂颗粒和分散在防粘剂分散液中的防粘剂颗粒。
凝集颗粒形成步骤
接下来,将树脂颗粒分散液与着色剂颗粒分散液和防粘剂颗粒分散液混合。
另外,在混合分散液中,通过使树脂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒进行异质凝集,形成具有与色调剂颗粒的直径相近的目标直径的凝集颗粒,其含有树脂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒。
具体而言,例如,将凝集剂添加至混合分散液,并将混合分散液的pH调节至酸性(例如,pH为2~5),必要时向其中添加分散稳定剂,随后,将树脂颗粒加热至玻璃化转变温度(具体而言,树脂颗粒玻璃化转变温度-30℃以上,且玻璃化转变温度-10℃以下),并使分散于混合分散液中的颗粒凝集,形成凝集颗粒。
在凝集颗粒形成步骤中,例如,在使用旋转剪切型均化器搅拌混合分散液后,在室温(例如,25℃)将凝集剂添加至其中,并将混合分散液的pH调节至酸性(例如,pH为2~5),必要时向其中添加分散稳定剂,随后可以进行加热。
凝集剂的实例包括极性与用作分散剂而添加至混合分散液中的表面活性剂相反的表面活性剂,无机金属盐和二价以上金属络合物。特别是,在使用金属络合物作为凝集剂的情况下,表面活性剂的用量降低,并且充电性质改善。
必要时,可以使用具有络合物或与凝集剂中的金属离子的类似键的添加剂。优选使用螯合剂作为该添加剂。
无机金属盐的实例包括:金属盐,如氯化钙、硝酸钙、氯化钡、氯化镁、氯化锌、氯化铝和硫酸铝等;和无机金属盐聚合物,如聚氯化铝、聚氢氧化铝和多硫化钙等。
作为螯合剂,可以使用水溶性螯合剂。螯合剂的实例包括:羟基羧酸,如酒石酸、柠檬酸和葡糖酸等;亚氨基二乙酸(IDA);次氮基三乙酸(NTA);和乙二胺四乙酸(EDTA)。
相对于100重量份树脂颗粒,螯合剂的添加量例如优选为0.01重量份~5.0重量份,且更优选为0.1重量份至小于3.0重量份。
融合步骤
接下来,将其中分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液加热至例如树脂颗粒的玻璃化转变温度(例如,等于或高于比树脂颗粒的玻璃化转变温度高10℃~30℃的温度),并使凝集颗粒融合,以形成色调剂颗粒。
通过上述方法获得色调剂颗粒。
此外,可以通过以下步骤制备色调剂颗粒:形成二次凝集颗粒的步骤,其中,在获得其中分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液后,将凝集颗粒分散液和其中分散有树脂颗粒的树脂颗粒分散液进一步彼此混合从而凝集,由此使树脂颗粒进一步附着在凝集颗粒表面上;和形成具有芯-壳结构的色调剂颗粒的步骤,其中,加热其中分散有二次凝集颗粒的二次凝集颗粒分散液以使二次凝集颗粒融合。
此处,在融合步骤完成之后,对形成于溶液中的色调剂颗粒进行公知的清洗步骤、固液分离步骤和干燥步骤,来获得干燥状态的色调剂颗粒。
作为清洗步骤,考虑到充电性质,其优选使用离子交换水充分进行置换清洗。另外,固液分离步骤没有特别限制,不过考虑到生产率,其优选进行抽滤或压滤等。另外,干燥步骤没有特别限制,不过考虑到生产率,其优选进行冷冻干燥、闪喷干燥、流化干燥或振动式流化干燥等。
另外,本示例性实施方式使用的色调剂通过例如向所获得的干燥色调剂颗粒中添加外添剂并混合该颗粒而制得。优选的是,通过例如V型混合器、亨舍尔混合器和LOEDIGE混合器等进行混合。此外,必要时,可以使用振动分级器或风力分级器等除去粗颗粒。
载体
本示例性实施方式使用的载体包含芯颗粒和覆盖该芯颗粒表面的树脂涂覆层,并且其表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.5μm以下,且圆形度为0.975以上。
载体的具体实例包括下文示出的载体(充填载体)。在充填载体中,将芯颗粒原料微细粉碎,然后根据现有技术的方法进行焙烧,原料的芯颗粒中的充填比增大,并在焙烧时温度以几乎均匀的状态增大,从而使得表面均匀。另外,通过微细粉碎并分散原料,并以几乎均匀的状态增大温度,控制晶体生长。由此,或者上述芯颗粒。作为以几乎均匀的状态增大温度的方法,可以举出使用旋转炉的方法。
作为芯颗粒,可以使用现有技术中已知的颗粒,不过特别优选的是,选择铁氧体或磁铁矿。作为其他芯颗粒,例如已知铁粉。从色调剂劣化角度来看,铁氧体或磁铁矿的稳定性优异。铁氧体的实例通常由下式表示。
(MO)X(Fe2O3)Y
在该式中,M包括选自Cu、Zn、Fe、Mg、Mn、Ca、Li、Ti、Ni、Sn、Sr、Al、Ba、Co和Mo中的至少一种,并且X和Y表示重量摩尔比,其满足条件X+Y=100。
M优选为通过组合Li、Mg、Ca、Mn、Sr和Sn中的两种以上而获得的铁氧体颗粒,并且上述成分以外的成分的含量为1重量%以下。拟使用的磁性颗粒分散型树脂芯中包含的磁性颗粒的实例包括:如磁铁矿和磁赤铁矿等铁磁性氧化铁颗粒粉末,包含铁以外的一种或多种金属(Mn、Ni、Zn、Mg、Cu等)的尖晶石铁氧体颗粒粉末,诸如钡铁氧体等磁铁铅矿型铁氧体颗粒粉末,和表面上具有氧化物膜的铁或铁合金的颗粒粉末。
芯颗粒的具体实例包括:铁氧化物,如磁铁矿、γ-氧化铁、Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mn-Mg铁氧体、Li铁氧体和Cu-Zn铁氧体。其中,更优选使用廉价的磁铁矿。
在使用铁氧体芯作为芯颗粒的情况中,作为铁氧体芯的制备方法的实例,首先,在将各氧化物共混后,通过湿式球磨机粉碎8小时~10小时,混合并干燥,使用旋转窑在800℃~1000℃的温度下进行预焙烧8小时~10小时。随后,将预焙烧产物分散在水中并使用球磨机粉碎直至平均粒径变为0.3μm~1.2μm。该浆料进行造粒并使用喷雾干燥器进行干燥,并将浆料在800℃~1200℃的温度下保持4小时~8小时,同时控制氧浓度,以调节磁性质和电阻。然后,所得物进行粉碎,并进一步通过所需的粒径分布进行分级以获得铁氧体芯。另外,优选使用旋转电炉以使芯表面形状几乎均匀。
在芯颗粒的表面粗糙度中,凹凸的平均宽度Sm满足Sm≤2.0μm,并且表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)优选为≥0.1μm。通过将芯颗粒的表面粗糙度规定为如上所述,可防止内部间隙,并使芯颗粒仅在表面上具有凹凸。由于具有此种结构的芯颗粒,容易形成具有高覆盖率的树脂涂覆层,并且可以防止载体的充电赋予能力的降低。另外,由于所规定的芯颗粒可以改善磁力的降低,可以改善所得载体的供给性质,并可以改善磁性渗透型色调剂的浓度的控制。
另外,在芯颗粒的表面粗糙度中,由于凹凸的平均宽度Sm为2.0μm以下,在制备芯颗粒时,可防止芯颗粒的内部间隙,并且随后容易形成树脂涂覆层。另外,由于芯颗粒的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.1μm以上,可获得相对于芯颗粒表面上要涂覆的树脂涂覆层的锚效应,在使用显影剂时防止树脂涂覆层与芯颗粒的分离,减少载体颗粒的比重,容易实现所需的低比重,并表现出碰撞能量的减少。
另外,在芯颗粒表面上形成有树脂涂覆层的载体的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)满足Ra≤0.5μm,并且载体的圆形度为0.975以上。另外,芯表面上的芯露出百分比优选为2%以下。
由于上述原因,芯颗粒表面的遮蔽因树脂涂覆层而增大,并且通过减少载体表面上的凹凸,可减少摩擦能量,并且树脂涂覆层因芯颗粒的锚效应可更有效地起作用,并且改善树脂涂覆层的分离。此外,取决于载体形状,可以对色调剂有效赋予电荷,并且减小载体之间或在显影设备中的应力。
在载体表面的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)超过0.5μm的情况下,在载体表面上容易刮下色调剂成分,并且进一步使色调剂成分累积在要融合的载体的非凸部中。因此,可能出现所谓的色调剂浪费。
另外,载体的圆形度为0.975以上。由于圆形度接近于1,形状变为几乎完美的球形,并且由于表面粗糙度较大,表面上存在更细小的凹凸。由于芯颗粒的圆形度为0.975以上且形状变为几乎完美的球形,可以改善载体的流动性,可以容易以几乎均匀状态涂覆树脂层,并且可以防止芯颗粒的凝集。因此,可以改善产率。
另外,Ra的测量基于JIS-B0601进行。另外,即使在下述实施例中,也进行测量。
圆形度使用FPIA-3000(Sysmex Corporation制造)通过LPF测量模式测量。另外,在测量时,将0.03g载体分散在25重量%的乙二醇水溶液中,切割粒径小于10μm和大于50μm的颗粒进行分析,并获得平均圆形度。
另外,载体表面上的芯露出百分比优选为2%以下。在使用表面上具有凹凸的芯颗粒时,芯颗粒的露出部分通常为凸部。在载体树脂涂覆层通过显影设备的应力而分离的情况下,通过使用载体表面上的芯露出部分作为核来分离树脂涂覆层。由于芯的露出百分比为2%以下,将减少树脂涂覆层分离的部分,并且防止由于长时间使用所致的树脂涂覆层的分离。也就是,防止载体充电功能的降低。
由于载体中所用的芯颗粒表面上存在细小凹凸,可以通过锚效应强力固定涂覆树脂层。因此,防止涂覆层从载体上的剥落。另外,由于芯颗粒的表面具有表面粗糙度和凸部,在色调剂浓度较高的情况下,凸部上形成电路,并显影剂的电阻值难以随色调剂浓度改变。
载体中所用的芯颗粒的磁化率σ通过BH示踪法使用振动样品法(VSM)测量设备以1KOe的磁场测量。磁化值σ1000的合适范围为50Am2/kg(emu/g)~90Am2/kg(emu/g),优选为55Am2/kg(emu/g)~70Am2/kg(emu/g)。由于σ1000为50Am2/kg(emu/g)以上,可增大对显影部件(显影辊等)的磁性吸附力,并防止因与感光体的附着所致的图像缺陷的出现。另外,由于σ1000为90Am2/kg(emu/g)以下,磁刷将变软,可防止对感光体的刮擦强度,并防止感光体的破坏的出现。
载体的芯颗粒的体积平均粒径优选为10μm~100μm,更优选为20μm~50μm。由于体积平均粒径为10μm以上,可防止显影剂从显影设备中的飞散,并且由于体积平均粒径为100μm以下,可增大图像浓度。
此处,体积平均粒径的测量方法如下。
使用激光衍射/散射粒径分布测量装置(LS Particle Size Analyzer(BeckmanCoulter,Inc.制造))测量粒径分布。使用ISOTON-II(Beckman Coulter,Inc.制造)作为电解液。测量的颗粒数量为50,000。
另外,在所测得的粒径分布中,基于划分的颗粒范围(区段)从小粒径侧绘制体积累积分布,并将累积50%的粒径(表示为“D50v”)定义为“体积平均粒径”。
当测量电场为10,000V/cm时,形成有涂覆树脂层的载体的电阻优选为1×105Ω·cm~1×1014Ω·cm,更优选为1×109Ω·cm~1×1012Ω·cm。
形成有涂覆树脂层的载体的充电性质优选为15μC/g~50μC/g。由于载体的充电性质为15μC/g以上,可防止非图像部分的色调剂污染(雾化),并获得具有高品质的彩色图像。同时,由于载体的充电性质优选为50μC/g以下,可获得充分的图像浓度。
如果形成有涂覆树脂层的载体的电阻为1×105Ω·cm以上,可防止电荷在载体表面的移动,并防止诸如刷痕等图像缺陷。另外,可防止当使打印机放置在不进行打印操作的状态下一段时间充电性质的劣化,并防止初始期间(例如第一张)的打印背景雾化。由于形成有涂覆树脂层的载体的电阻为1×1014Ω·cm以下,可获得令人满意的实心图像,防止在重复多次连续打印时引起的色调剂的电荷增大,并防止图像浓度的降低。
在104V/cm的电场中,当载体为磁刷形状时测得的动力学电阻优选为1×10Ω·cm~1×109Ω·cm,并更优选为1×103Ω·cm~1×108Ω·cm。如果动力学电阻为1×10Ω·cm以上,可防止诸如刷痕等图像缺陷。如果动力学电阻为1×108Ω·cm以下,可获得令人满意的实心图像。104V/cm的电场接近测试设备中的显影电场,并且动力学电阻是该电场下的值。
如上所述,在104V/cm的电场中,当载体和色调剂相互混合时动力学电阻优选为1×105Ω·cm~1×109Ω·cm。另外,由于动力学电阻为1×105Ω·cm以上,可防止在使打印机在打印后静置后因色调剂充电性质劣化而引起的背景雾化,或过显影引起的线图像的厚度的解析度降低。由于动力学电阻为1×109Ω·cm以下,可防止实心图像端部的显影性质的劣化,并获得具有高品质的图像。
载体的动力学电阻如下获得。通过将30cm3载体放在显影辊(显影辊的套筒表面上产生1kOe的磁场)形成磁刷,并使面积为3cm2的板电极以2.5mm的间隔面向显影辊。在显影辊和板电极之间施加电压,同时显影辊以120rpm的转速转动,并测量此时流动的电流。使用欧姆定律从获得的电流-电压性质得到动力学电阻。另外,此时,通常已知施加的电压V和电流I之间存在以下关系:ln(I/V)∝V×1/2。另外,在载体的动力学电阻非常低的情况下,在103V/cm以上的高电场中流过大量的电流,并且使得测量不能进行。在此情况下,在低电场中测量3个以上的点,并使用前述关系表达式,通过根据最小二乘法外推至104V/cm的电场来获得动力学电阻。
芯颗粒上形成的涂覆树脂的实例包括:聚烯烃树脂,如聚乙烯和聚丙烯;聚乙烯基和聚乙二烯树脂,如聚苯乙烯、丙烯酸树脂、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚乙烯基咔唑、聚乙烯基醚和聚乙烯基酮;氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;苯乙烯-丙烯酸共聚物;含有有机硅氧烷键的直链硅酮树脂或其改性产物;氟树脂,如聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯三氟乙烯;聚酯;聚氨酯;聚碳酸酯;氨基树脂,如脲醛树脂;和环氧树脂。这些树脂可以单独使用,或通过混合多种树脂使用。
涂覆树脂层的厚度优选为0.1μm~5μm,更优选为0.3μm~3μm。如果涂覆树脂层的厚度为0.1μm以上,涂覆树脂层容易几乎均匀地且以几乎平坦的状态形成在芯颗粒的表面。另外,如果布树脂层的厚度为5μm以下,可防止载体之间的凝集,并容易获得几乎均匀的载体。
涂覆树脂层的形成方法的实例包括:浸渍法(将芯颗粒浸渍在涂覆树脂层形成用溶液中)、喷雾法(将涂覆树脂层形成用溶液喷至芯颗粒的表面)、流化床法(通过用流化空气使芯颗粒漂浮的状态下喷射涂覆树脂层形成用溶液)、捏合涂布机法(使芯颗粒与涂覆树脂层形成用溶液在捏合涂布机中混合以除去溶剂)。
涂覆树脂层形成用溶液使用的溶剂没有特别限制,只要该溶剂溶解涂覆树脂即可,不过,例如可以使用如甲苯和二甲苯等芳香族烃、如丙酮和甲基乙基酮等酮、和如四氢呋喃和二噁烷等醚。另外,用于分散导电性粉末的方法的实例包括砂磨机、戴诺磨和均质混合机。
在本示例性实施方式的显影剂中,色调剂与载体的混合比(重量比),(色调剂:载体)优选为1:100~30:100,更优选为3:100~20:100。
图像形成装置/图像形成方法
现将描述本示例性实施方式的图像形成装置和图像形成方法。
本示例性实施方式的图像形成装置包括:图像保持部件;充电单元,其对所述图像保持部件的表面充电;静电荷图像形成单元,其在所述图像保持部件的充电表面形成静电荷图像;显影单元,其容纳静电荷图像显影剂并使用所述静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;转印单元,其将在所述图像保持部件表面上形成的所述色调剂图像转印至记录介质表面;和定影单元,其使转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。另外,应用本示例性实施方式的静电荷图像显影剂作为静电荷图像显影剂。
在本示例性实施方式的图像形成装置中,执行下述图像形成方法(本示例性实施方式的图像形成方法),所述方法包括:对图像保持部件的表面充电;在所述图像保持部件的充电表面上形成静电荷图像;使用本示例性实施方式的静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;将在所述图像保持部件表面上形成的色调剂图像转印至记录介质表面;和使转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。
作为本示例性实施方式的图像形成装置,可采用已知的图像形成装置,如:直接转印系统的装置,其将形成于图像保持部件表面上的色调剂图像直接转印至记录介质上;中间转印系统的装置,其将形成于图像保持部件表面上的色调剂图像一次转印至中间转印部件表面上,并将转印至中间转印部件表面上的色调剂图像二次转印至记录介质的表面上;包括清洁单元的装置,所述清洁装置在色调剂图像转印后在充电前清洁图像保持部件的表面;和包括擦除单元的装置,所述擦除单元在色调剂图像转印后在充电前使用擦除光照射图像保持部件表面而擦除电荷。
在中间转印系统的装置的情形中,作为转印单元,例如应用以下构造,其包括:中间转印部件,其转印表面上的色调剂图像;一次转印单元,其将形成于图像保持部件表面上的色调剂图像一次转印至中间转印部件的表面上;和二次转印单元,其将转印至中间转印部件表面上的色调剂图像二次转印至记录介质的表面上。
另外,在本示例性实施方式的图像形成装置中,例如,包括显影单元的部分可以具有能够从图像形成装置拆卸的盒结构(处理盒)。作为处理盒,例如为包含容纳本示例性实施方式的静电荷图像显影剂的显影单元的处理盒。
下面,将示出本示例性实施方式的图像形成装置的一个实例,但是,图像形成装置并不限于此。另外,将描述附图中所示的主要部分,而省略其他部分的描述。
图2是示出了示例性实施方式的图像形成装置的构造图。
图2所示的图像形成装置包括第一至第四电子照相图像形成单元(图像形成单元)10Y、10M、10C和10K,它们基于分色图像数据输出包括黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的各颜色图像。这些图像形成单元(下文中,可简称为“单元”)10Y、10M、10C和10K在水平方向以预定的距离彼此间隔并列排布。另外,这些单元10Y、10M、10C和10K可以是能够从图像形成装置拆卸的处理盒。
在各单元10Y、10M、10C和10K的图的上方穿过各个单元布置中间转印带20作为中间转移部件。。中间转印带20缠绕在图中从左到右相互分离设置的驱动辊22和与中间转印带20的内表面相接触的支撑辊24上而布置,并沿从第一单元10Y到第四单元10K的方向行进。另外,使用弹簧等(未示出)对支撑辊24在与驱动辊22分开的方向上施加力,并对这二个辊缠绕的中间转印带20上施加张力。另外,与驱动辊22相对的中间转印部件清洁单元30包括在中间转印带20的图像保持部件的侧表面。
另外,将包括容纳于色调剂盒8Y、8M、8C或8K中的四种颜色(即黄色、品红色、青色和黑色)的色调剂供给至各单元10Y、10M、10C或10K的各显影设备(显影单元)4Y、4M、4C或4K。
由于第一至第四单元10Y、10M、10C和10K具有相同的构造,此处,将以形成黄色图像并设置在中间转印带行进方向上游侧的第一单元10Y作为代表描述。另外,通过将品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的附图标记代替黄色(Y)附加至与第一单元10Y相同的部分,而将省略对于第二至第四单元10M、10C和10K的描述。
第一单元10Y包括充当图像保持部件的感光体1Y。在感光体1Y周围依次设置有:充电辊(充电单元的一个实例)2Y,其将感光体1Y的表面充电至预定电势;曝光设备(静电荷图像形成单元的一个实例)3,其基于分色图像信号利用激光束3Y将经充电的表面曝光形成静电荷图像;显影设备(显影单元的一个实例)4Y,其将带电的色调剂供给至静电荷图像来使静电荷图像显影;一次转印辊(一次转印单元的一个实例)5Y,其将显影的色调剂图像转印至中间转印带20上;和感光体清洁设备(清洁单元的一个实例)6Y,其除去一次转印后残留在感光体1Y表面上的色调剂。
另外,一次转印辊5Y设置于中间转印带20内侧,并设置在与感光体1Y相对的位置。此外,将用于施加一次转印偏压的偏压电源(未示出)分别连接于各一次转印辊5Y、5M、5C和5K。各偏压电源在控制单元(未示出)控制下可改变施加至各一次转印辊的转印偏压。
下面将描述第一单元10Y中形成黄色图像的操作。
首先,在操作之前,通过充电辊2Y将感光体1Y的表面充电至-600V~-800V的电势。
感光体1Y通过在导电性基材(例如,20℃温度下的体积电阻率:1×10-6Ωcm以下)上层叠感光层而形成。该感光层通常具有高电阻(通常的树脂电阻),且如果感光层用激光束3Y照射时,感光层具有经激光束照射的部分的比电阻改变的性质。另外,根据从控制单元(未示出)送出的黄色图像数据,通过曝光设备3将激光束3Y输出至充电的感光体1Y表面。用激光束3Y照射感光体1Y表面上的感光层,并在感光体1Y的表面上形成黄色图像图案的静电荷图像。
静电荷图像是通过充电形成在感光体1Y表面上的图像,并且是所谓的负潜像,其如下形成:用激光束3Y照射的感光层的部分的比电阻降低,并使感光体1Y的表面上带电的电荷流动,而使电荷残留在未用激光束3Y照射的部分。
随着感光体1Y的行进,形成于感光体1Y上的静电荷图像旋转至预定的显影位置。另外,在该显影位置,通过显影设备4Y使感光体1Y上的静电荷图像变为可视图像(显影图像),其为色调剂图像。
显影设备4Y中容纳例如至少含有黄色色调剂和载体的静电荷图像显影剂。黄色色调剂在显影设备4Y中通过搅拌而摩擦带电,并具有与感光体1Y上带电的电荷相同极性(负极性)的电荷,从而保持在显影剂辊(显影剂保持部件的一个实例)上。另外,当使感光体1Y的表面通过显影设备4Y时,黄色色调剂经静电附着于感光体1Y表面上擦除的潜像部分,并用黄色色调剂使潜像显影。随后,其上形成有黄色色调剂图像的感光体1Y以预定速率行进,将感光体1Y上显影的色调剂图像输送至预定的一次转印位置。
此处,显影设备4Y可以流淌显影系统(trickle developing system)的显影设备,其在交换所容纳的显影剂中的部分载体(排出和供给)的同时使图像显影。另外,在显影设备4Y是流淌显影系统的显影设备的情况下,显影设备中可采用以下构造,其中,通过连接具有容纳在其中的包含黄色色调剂的显影剂和载体的显影剂盒(而非色调剂盒8Y)和显影剂供给管(未示出)而供给用于供给的显影剂。
另外,要排出的载体包含因在显影设备4Y中搅拌而劣化的载体。
如果感光体1Y上的黄色色调剂图像输送至一次转印辊,对一次转印辊5Y施加一次转印偏压,将由感光体1Y指向一次转印辊5Y的静电力作用于色调剂图像上,并将感光体1Y上的色调剂图像转印至中间转印带20上。此时施加的转印偏压具有与色调剂极性(-)为相反极性的(+)极性,并例如在第一单元10Y中,偏压由控制器(未示出)控制为+10μA。
同时,通过感光体清洁设备6Y除去残留在感光体1Y上的色调剂并收集。
另外,基于第一单元控制施加于第二单元10M之后的一次转印辊5M、5C和5K的一次转印偏压。
以此方式,在其中第一单元10Y转印黄色色调剂图像的中间转印带20依次输送通过第二至第四单元10M、10C和10K,并使具有各颜色的色调剂图像以多重方式叠加并转印。
其中通过第一至第四单元而以多重方式转印了四种颜色色调剂图像的中间转印带20到达二次转印部分,所述二次转印部分被构造为包括中间转印带20、与中间转印带内表面接触的支持辊24和设置于中间转印带20的图像保持表面侧上的二次转印辊(二次转印单元的一个实例)26。同时,通过供纸机构,在预定时机,将记录纸(记录介质的一个实例)P供给至二次转印辊26与中间转印带20彼此接触的空间,并对支持辊24施加二次转印偏压。此时施加的转印偏压具有与色调剂的极性(-)为相同极性的(-)极性,将从中间转印带20指向记录纸P的静电力作用在色调剂图像上,并将中间转印带20上的色调剂图像转印至记录纸P上。另外,此时的二次转印偏压根据通过用于检测二次转印部分的电阻的电阻检测器(未示出)所检测的电阻而确定,并且是电压受控的。
之后,将记录纸P送至定影设备(定影单元的一个实例)28中的一对定影辊之间的辊隙部分,将色调剂图像定影至记录纸P上,由此形成定影图像。
作为其上转印色调剂图像的记录纸P,可以举出用于电子照相复印机和打印机等的普通纸。作为记录介质,可以举出记录纸P以外的OHP片材。
为了改善定影后图像表面的光滑度,记录纸P的表面优选是光滑的,并且例如,优选使用其中普通纸的表面被树脂等涂覆的涂覆纸、用于打印的美术纸等。
将完成彩色图像的定影的记录纸P排出至排出部分,并完成形成一系列彩色图像的操作。
处理盒/显影剂盒
将描述本示例性实施方式的处理盒。
本示例性实施方式的处理盒为能够从图像形成装置拆卸的处理盒,其容纳本示例性实施方式的静电荷图像显影剂,并包括使用静电荷图像显影剂使形成于图像保持部件表面上的静电荷图像显影为色调剂图像的显影单元。
另外,本示例性实施方式的处理盒并不限于上述构造,并可以具有以下构造,其包括显影装置以及根据需要例如选自如图像保持部件、充电单元、静电荷图像形成单元和转印单元等其他单元中的至少一种。
下面,将显示本示例性实施方式的处理盒的一个实例。不过,处理盒并不限于此实例。另外,将描述附图中所示的主要部分,而省略其他部分的描述。
图3是示出了本示例性实施方式的处理盒的构造图。
图3所示的处理盒200被构造为使得例如感光体107(图像保持部件的一个实例)、包括在感光体107周围的充电辊108(充电单元的一个实例)、显影设备111(显影单元的一个实例)和感光体清洁设备113(清洁单元的一个实例)一体化结合并由包含安装轨116和曝光用开口118的机壳117保持,从而成为盒。
另外,在图3中,附图标记109指示曝光设备(静电荷图像形成单元的一个实例),附图标记112指示转印设备(转印单元的一个实例),附图标记115指示定影设备(定影单元的一个实例),且附图标记300指示记录纸(记录介质的一个实例)。
接下来,将描述本示例性实施方式的显影剂盒。
本示例性实施方式的显影剂盒是容纳本示例性实施方式的显影剂并能够从图像形成装置拆卸的显影剂盒。显影剂盒是容纳供给用显影剂的盒,以将显影剂供给至图像形成装置中设置的显影单元。本示例性实施方式的显影剂盒可以具有容纳本示例性实施方式的显影剂的容器。
本示例性实施方式的显影剂盒优选应用至包含流淌系统显影设备的图像形成装置。
例如,图2所示的图像形成装置可以是下述图像形成装置,其中在将色调剂盒8Y、8M、8C和8K更换为本示例性实施方式的显影剂盒的同时进行显影,并且由该显影剂盒向显影设备4Y、4M、4C和4K供给显影剂,并更换显影设备4Y、4M、4C和4K中容纳的载体。
另外,在显影剂盒中容纳的显影剂减少的情况下,可更换显影剂盒。
实施例
下面将使用实施例描述本示例性实施方式,但本示例性实施方式不限于这些实施例。另外,在以下说明中,特别地,除非另有说明,否则“份”和“%”表示“重量份”和“重量%”。
色调剂颗粒的制备
树脂颗粒分散液(1)的制备
在将10摩尔份聚氧乙烯(2,0)-2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、90摩尔份聚氧丙烯(2,0)-2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、10摩尔份对苯二甲酸、67摩尔份富马酸、3摩尔份正十二碳烯基琥珀酸、20摩尔份偏苯三酸和0.05摩尔份二丁基氧化锡放入加热干燥的双颈烧瓶中后,将氮气引入容器中并在保持在惰性气氛下加热。然后,在将温度保持在150℃~230℃的同时,所得物进行共缩聚15小时,然后在将温度保持在210℃~250℃的同时,缓慢减压,由此合成聚酯树脂(1)。聚酯树脂(1)的重量平均分子量Mw为130,000且玻璃化转变温度Tg为73℃。
在将3,000份所得聚酯树脂(1)、10,000份离子交换水和90份表面活性剂十二烷基苯磺酸钠放入高温高压乳化设备(Cavitron CD1010,狭缝:0.4mm)的乳化槽后,所得物在130℃的温度下加热熔融,然后在110℃的温度、3L/分钟的流速和10,000的转速下分散30分钟,从而经过冷却槽并收集树脂颗粒分散液,由此获得树脂颗粒分散液(1)。
树脂颗粒分散液(2)的制备
在将44摩尔份1,9-壬二醇、56摩尔份十二烷二甲酸和0.05摩尔份作为催化剂的二丁基氧化锡放入加热干燥的三颈烧瓶后,使用氮气通过减压操作将容器中的空气变为惰性气氛,并在180℃的温度下将所得物机械搅拌2小时。然后,在减压下将所得物的温度缓慢增大至230℃的温度,搅拌5小时,当所得物变为粘稠状态时冷却,并停止反应以合成聚酯树脂(2)。聚酯树脂(2)的重量平均分子量Mw为27,000且熔融温度Tm为72℃。此后,使用高温高压乳化设备(Cavitron CD1010,狭缝:0.4mm),在与树脂颗粒分散液(1)的制备相同的条件下获得树脂颗粒分散液(2),不同之处在于,使用聚酯树脂(2)代替聚酯树脂(1)。
着色剂分散液的制备
炭黑(Cabot Corporation制造,R330) 25份
阴离子表面活性剂(DKS Co.Ltd.制造,Neogen RK) 2份
离子交换水: 125份
混合、溶解上述成分,并使用高压震荡分散器Altimizer(SUGINO MACHINELIMITED制造,HJP30006)分散1小时,并制得通过分散着色剂(炭黑)而获得的着色剂分散液。着色剂分散液中的着色剂(炭黑)的体积平均粒径为0.12μm且着色剂颗粒的浓度为24重量%。
防粘剂分散液的制备
石蜡(NIPPON SEIRO CO.,LTD.制造,HNP0190) 100份
阴离子表面活性剂(NOF Corporation制造,New-Rex R) 2份
离子交换水: 300份
在上述成分在95℃的温度加热并使用均化器(IKA制造,ULTRA-TURRAX T50)分散后,使用压力排出型GAULIN均化器(Gorlin Co.)将所得物分散,并制得通过分散体积平均粒径为200nm的防粘剂而获得的防粘剂分散液(防粘剂含量:20重量%)。
色调剂颗粒(1)的制备
将上述成分容纳在不锈钢制圆底烧瓶中并使用均化器(IKA制造,ULTRA-TURRAXT50)进行分散后,在将所得物于加热至45℃的温度的油浴中搅拌的同时加热所得物。在所得物在48℃的温度保持后,在确认形成了平均粒径为5.2μm的凝集颗粒的阶段中,向其中添加另外的100份聚酯树脂分散液(2),然后保持30分钟。随后,在向其中添加0.5份10%EDTA(乙二胺四乙酸)金属盐水溶液(ChELEST Mg·40,CHELEST CORPORATION制造)后,向其中逐渐添加1N氢氧化钠水溶液直至pH达到7.0。此后,在持续搅拌所得物的同时将所得物加热至90℃的温度,并保持2小时。然后,将反应产物过滤、用离子交换水清洗,然后使用真空干燥器进行干燥以获得色调剂颗粒(1)。作为色调剂颗粒(1)的体积平均粒径D50v的测量结果,体积平均粒径D50v为6.2μm且体积粒径分布指数GSDv为1.20。作为使用LUZEX制造的LUZEX图像分析仪观察色调剂颗粒的结果,观察到颗粒的形状系数SF1为135,且颗粒为非球形。另外,色调剂颗粒(1)的玻璃化转变温度为52℃。
外添剂的制备
二氧化硅颗粒分散液(1)的制备
在配备有搅拌器、滴液喷嘴和温度计的1.5L玻璃制反应器中,添加300份甲醇和70份10%氨水溶液并混合,以获得碱催化剂溶液。
将该碱催化剂溶液调节至30℃的温度之后,并在搅拌溶液的同时,向溶液中逐滴添加185份四甲氧基硅烷和50份8.0%氨水溶液,并获得亲水性二氧化硅颗粒分散液(固形物浓度:12.0重量%)。滴加时间为30分钟。
然后,利用旋转过滤器R-FINE(KOTOBUKI KOGYOU CO.,LTD.制造)将所得的二氧化硅颗粒分散液浓缩至固形物浓度为40重量%。该浓缩分散液为二氧化硅颗粒分散液(1)。
二氧化硅颗粒分散液(2)~(8)的制备
在二氧化硅颗粒分散液(1)的制备中,以与二氧化硅颗粒分散液(1)相同的方式制备二氧化硅颗粒分散液(2)~(8),不同之处在于,将碱催化剂溶液(甲醇量和10%氨水溶液的量)和二氧化硅颗粒的制备条件(对碱催化剂溶液添加的四甲氧基硅烷(写为TMOS)和8%氨水的总滴加量和滴加时间)按照表1改变。
下面二氧化硅颗粒分散液(1)~(8)的细节汇总于表1中。
表1
经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备
使用二氧化硅颗粒分散液(1)在超临界二氧化碳气氛下用硅氧烷化合物如下对二氧化硅颗粒进行表面处理。另外,对于表面处理,使用包括二氧化碳料筒、二氧化碳泵、进料泵、具有搅拌器的高压釜(容积500ml)和压力阀的装置。
首先,向具有搅拌器的高压釜(容积500ml)中,放入250重量份二氧化硅颗粒分散液(1),并使搅拌器在100rpm下旋转。然后,将液化二氧化碳注入高压釜中,并在用加热器增大温度的同时,通过二氧化碳泵增大其压力,并使高压釜内部为150℃和15MPa的超临界状态。通过二氧化碳泵使超临界二氧化碳循环,同时通过压力阀将高压釜内部保持在15MPa,并从二氧化硅颗粒分散液(1)中去除甲醇和水(溶剂去除步骤),由此获得二氧化硅颗粒(未处理二氧化硅颗粒)。
接下来,当循环的超临界二氧化碳的量(估算量:以标准状态循环的二氧化碳的循环量测量)变为900份时,停止超临界二氧化碳的循环。
随后,在用加热器将温度保持在150℃且用二氧化碳泵将压力保持在15MPa以将高压釜中保持二氧化碳的超临界状态的情况下,使用进料泵,相对于100份上述二氧化硅颗粒(未处理二氧化硅颗粒),预先将通过将0.3份粘度为10,000cSt且作为硅氧烷化合物的二甲基硅油(DSO:商品名"KF-96(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)")溶解在20份作为疏水化剂的六甲基二硅氮烷(HMDS:YUKI GOSEI KOGYO CO.,LTD.制造)而获得的处理剂溶液引入高压釜中。然后,在将所得物搅拌的同时于180℃的温度使反应物反应20分钟。然后,使超临界二氧化碳再次循环以去除残余的处理剂溶液。随后,停止搅拌,通过打开压力阀将高压釜中的压力释放至大气压,并将温度降低至室温(25℃)。
如此,依次进行溶剂去除步骤和用硅氧烷化合物进行的表面处理,从而获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S2)~(S5)、(S7)~(S9)和(S12)~(S17)的制备
以与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S2)~(S5)、(S7)~(S9)和(S12)~(S17),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备中,将二氧化硅颗粒分散液、表面处理条件(处理气氛、硅氧烷化合物(其类型、粘度和添加量)和疏水处理剂及其添加量)按照表2改变。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)的制备
使用与用于制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的二氧化硅颗粒分散液(1)相同的分散液,如下所述在空气气氛下对二氧化硅颗粒进行用硅氧烷化合物的表面处理。
将酯接合器和冷却管安装在用于制备二氧化硅颗粒分散液(1)的反应器上,并将二氧化硅颗粒分散液(1)加热至60℃~70℃的温度,并馏除甲醇。此时,向其中添加水,并进一步将分散液加热至70℃~90℃的温度,馏除甲醇,由此获得二氧化硅颗粒的水性分散液。在室温将3份甲基三甲氧基硅烷(MTMS:Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)添加到100份在此水分散液中的二氧化硅固形物并反应2小时,以进行二氧化硅颗粒的表面处理。在将甲基异丁基酮添加至该表面处理的分散液中后,将所得物加热至80℃~110℃的温度,除去甲醇和水,将80份六甲基二硅氮烷(HMDS:YUKI GOSEI KOGYO CO.,LTD.制造)和1.0份粘度为10,000cSt且作为硅氧烷化合物的二甲基硅油(DSO:商品名"KF-96(Shin-Etsu ChemicalCo.,Ltd.制造)")在室温添加至100份在所得分散液中的二氧化硅固形物中,在120℃的温度反应3小时,并冷却。然后,所得物通过喷射干燥器进行干燥,并获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S10)的制造
基于经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S10),不同之处在于,使用气相二氧化硅OX50(AEROSILOX 50,Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)代替二氧化硅颗粒分散液(1)。也就是,将100份OX50以与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式注入具有搅拌器的高压釜中,并使搅拌器以100rpm旋转。然后,将液化二氧化碳注入高压釜中,并在用加热器增大温度的同时,通过二氧化碳泵增大其压力,并使高压釜内部为180℃和15MPa的超临界状态。当通过压力阀将在高压釜内部保持在15MPa的同时,使用进料泵,预先将通过将0.3份粘度为10,000cSt且作为硅氧烷化合物的二甲基硅油(DSO:商品名"KF-96(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)")溶解在20份作为疏水化剂的六甲基二硅氮烷(HMDS:YUKI GOSEI KOGYO CO.,LTD.制造)而获得的处理剂溶液注入高压釜中。然后在搅拌所得物的同时,使所得物于180℃反应20分钟。然后,使超临界二氧化碳循环并去除残余的处理剂溶液,由此获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S10)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S11)的制造
基于经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S11),不同之处在于,使用气相二氧化硅A50(AEROSIL A50,Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)代替二氧化硅颗粒分散液(1)。也就是,将100份A50以与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式注入具有搅拌器的高压釜中,并使搅拌器以100rpm旋转。然后,将液化二氧化碳注入高压釜中,并在用加热器增大温度的同时,通过二氧化碳泵增大其压力,并使高压釜内部为180℃和15MPa的超临界状态。当通过压力阀将在高压釜内部保持在15MPa的同时,使用进料泵,预先将通过将1.0份粘度为10,000cSt且作为硅氧烷化合物的二甲基硅油(DSO:商品名"KF-96(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)")溶解在40份作为疏水化剂的六甲基二硅氮烷(HMDS:YUKI GOSEI KOGYO CO.,LTD.制造)而获得的处理剂溶液注入高压釜中。然后在搅拌所得物的同时,使所得物于180℃反应20分钟。然后,使超临界二氧化碳循环并去除残余的处理剂溶液,由此获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S11)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC1)的制备
以与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC1),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备中,未添加硅氧烷化合物。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)~(SC4)的制备
以与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)~(SC4),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备中,将二氧化硅颗粒分散液、表面处理条件(处理气氛、硅氧烷化合物(类型、粘度和添加量)和疏水化剂及其添加量)按照表3改变。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5)的制备
以与经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)制备中,未添加硅氧烷化合物。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC6)的制备
在将二氧化硅分散液(8)过滤并于120℃的温度干燥后,将所得物放入电炉中并在400℃的温度下焙烧6小时。然后,通过喷雾干燥器对二氧化硅颗粒喷射10份HMDS并干燥,由此制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC6)。
经表面处理的二氧化硅颗粒的物理性质
相对于所得的经表面处理的二氧化硅颗粒,通过以上方法测量平均圆当量直径、平均圆形度、未处理二氧化硅颗粒上硅氧烷化合物的附着量(表中记为“表面附着量”)、压缩凝集度、颗粒压缩比和颗粒分散度。
下面,表2和表3中示出了经表面处理的二氧化硅颗粒的细节清单。另外,表2和表3中的缩写如下。
DSO:二甲基硅油
HMDS:六甲基二硅氮烷
载体的制备
芯颗粒A的制备
将MnO、MgO和Fe2O3分别以29份、1份和70份的量混合,并使用湿式球磨机将该原料混合物混合10小时并粉碎。然后,将原料使用旋转窑微细粉碎并分散,并保持在900℃的温度1小时以进行预焙烧。将以此方式获得的预焙烧产物用湿式球磨机粉碎10小时,以获得平均粒径为0.8μm的氧化物浆料。向所得浆料中添加合适量(相对于100%的氧化物浆料为0.3%)的分散剂和聚乙烯醇,随后所得物进行造粒并用喷雾干燥器干燥。然后,将所得物保持在温度为1,100℃且氧浓度为0.3%的旋转电炉中7小时,以进行焙烧。所得铁氧体颗粒进行磁性分离并混合以获得芯颗粒A。
芯颗粒B的制备
将Li2O、MgO、CaO和Fe2O3分别以15份、7份、3份和75份的量混合,并使用湿式球磨机将该原料混合物混合10小时并粉碎。然后,将原料使用旋转窑微细粉碎并分散,并保持在900℃的温度1小时以进行预焙烧。将以此方式获得的预焙烧产物用湿式球磨机粉碎10小时,以获得平均粒径为0.8μm的氧化物浆料。向所得浆料中添加合适量(相对于100%的氧化物浆料为0.3%)的分散剂和聚乙烯醇,随后所得物进行造粒并用喷雾干燥器干燥。然后,将所得物保持在温度为1,100℃且氧浓度为0.3%的旋转电炉中7小时,以进行焙烧。所得铁氧体颗粒进行磁性分离并混合以获得芯颗粒B。
芯颗粒C的制备
将MnO、MgO和Fe2O3分别以29份、1份和70份的量混合,并使用湿式球磨机将该原料混合物混合10小时并粉碎。然后,将原料使用旋转窑微细粉碎并分散,并保持在900℃的温度1小时以进行预焙烧。将以此方式获得的预焙烧产物用湿式球磨机粉碎8小时,以获得平均粒径为1.8μm的氧化物浆料。向所得浆料中添加合适量(相对于100%的氧化物浆料为0.3%)的分散剂和聚乙烯醇,随后所得物进行造粒并用喷雾干燥器干燥。然后,将所得物保持在温度为1,100℃且氧浓度为0.3%的旋转电炉中7小时,以进行焙烧。所得铁氧体颗粒进行磁性分离并混合以获得芯颗粒C。
芯颗粒D的制备
将MnO、MgO和Fe2O3分别以29份、1份和70份的量混合,并使用湿式球磨机将该原料混合物混合10小时并粉碎。然后,将原料使用旋转窑微细粉碎并分散,并保持在900℃的温度1小时以进行预焙烧。将以此方式获得的预焙烧产物用湿式球磨机粉碎10小时,以获得平均粒径为0.8μm的氧化物浆料。向所得浆料中添加合适量(相对于100%的氧化物浆料为0.3%)的分散剂和聚乙烯醇,随后所得物进行造粒并用喷雾干燥器干燥。然后,将所得物保持在温度为1,300℃且氧浓度为0.3%的旋转电炉中7小时,以进行焙烧。所得铁氧体颗粒进行磁性分离并混合以获得芯颗粒D。
载体CA1的制备
将由下述成分构成的树脂涂覆层形成用原料溶液A用搅拌器搅拌60分钟并分散,以制备涂覆层形成用原料溶液A。接下来,将该树脂涂覆层形成用原料溶液A和100重量份芯颗粒A放入真空脱气型捏合机中,并在70℃的温度下搅拌30分钟。然后,所得物进一步进行减压、脱气和干燥。另外,使所得物通过具有75μm孔的网眼,以制备载体CA1。所得载体CA1的Ra为0.22,圆形度为0.993。
树脂涂覆层形成用原料溶液A
甲苯 18份
苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(成分比:30:70) 4.5份
炭黑(REGAL 330,Cabot Corporation制造) 0.7份
载体CA2的制备
由下述成分构成的树脂涂覆层形成用原料溶液B用搅拌器搅拌60分钟并分散,以制备涂覆层形成用原料溶液B。接下来,将该树脂涂覆层形成用原料溶液B和100重量份芯颗粒B放入真空脱气型捏合机中,并在70℃的温度下搅拌30分钟。然后,所得物进一步进行减压、脱气和干燥。另外,使所得物通过具有75μm孔的网眼,以制备载体CA2。所得载体CA2的Ra为0.45,圆形度为0.982。
树脂涂覆层形成用原料溶液B
甲醇 20份
γ-氨基三乙氧基硅烷(KBE903,Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造) 2.2份
炭黑(REGAL 330,Cabot Corporation制造) 0.34份
载体CA3的制备
由下述成分构成的树脂涂覆层形成用原料溶液C用搅拌器搅拌60分钟并分散,以制备涂覆层形成用原料溶液C。接下来,将该树脂涂覆层形成用原料溶液C和100重量份芯颗粒A放入真空脱气型捏合机中,并在70℃的温度下搅拌30分钟。然后,所得物进一步进行减压、脱气和干燥。另外,使所得物通过具有75μm孔的网眼,以制备载体CA3。所得载体CA3的Ra为0.31,圆形度为0.972。
树脂涂覆层形成用原料溶液C
甲苯 8.6份
苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(成分比:30:70) 1.30份
炭黑(REGAL 330,Cabot Corporation制造) 0.20份
载体CA4的制备
由上述成分构成的树脂涂覆层形成用原料溶液A用搅拌器搅拌60分钟并分散,以制备涂覆层形成用原料溶液A。接下来,将该树脂涂覆层形成用原料溶液A和100重量份芯颗粒C放入真空脱气型捏合机中,并在70℃的温度下搅拌30分钟。然后,所得物进一步进行减压、脱气和干燥。另外,使所得物通过具有75μm孔的网眼,以制备载体CA4。所得载体CA4的Ra为0.65,圆形度为0.991。
实施例1~18和比较例1~8
将表4所示的二氧化硅颗粒按照表4所示的份数添加到100份的表4所示的色调剂颗粒中,所得物用亨舍尔混合器以2,000rpm混合3分钟,由此获得各实例的色调剂。
另外,将所得的各色调剂和表4所示的载体以5:95(重量比)的比例(色调剂:载体)放入V型混合器中,并搅拌20分钟,由此获得各显影剂。
评价
对各实例中获得的显影剂评价色调剂的图像浓度的降低。另外,评价从色调剂剥落的二氧化硅颗粒对载体的附着度(涂覆度)。结果示出于表4中。
图像浓度的降低
根据下述方法形成图像并评价图像浓度的降低的出现程度。
使用X-Rite Inc.制造的反射浓度计(X-RITE 938),使用富士施乐株式会社制造的APEORPORT IV C5570改装装置打印实心图像,并确认初始图像浓度(SAD)。然后,以1%的图像浓度在30℃/RH 80%的环境中在5,000张、10,000张和15,000张纸上分别进行打印,然后在15℃/RH 20%的环境中以100%的图像浓度在10张纸上进行打印,并测量每一张纸上的5点图像浓度。计算平均SAD,并测量由初始SAD的下降程度。
评价标准如下。
A:几乎观察不到浓度的降低(△SAD≤0.05)
B:稍微观察到浓度的降低,不过实际使用时无问题(0.05<△SAD≤0.10)
C:观察到浓度的降低,不过实际使用时无问题(0.10<△SAD≤0.20)
D:明显观察到浓度的降低(△SAD>0.20)
从色调剂剥落的二氧化硅颗粒对载体的附着度
在上述评价测试中,根据以下评价方法评价从色调剂剥落的二氧化硅颗粒对载体附着度。
将测试前后的显影剂放入孔网眼为20μm的仪器中,并通过鼓风而分离色调剂和载体。使用Shimazu Corporation制造的X射线荧光测量装置XRF 1500测量所得载体的Si元素含量,并获得Si元素的净(Net)强度。从该获得的净强度中减去通过测量仅载体的Si元素含量获得的净强度,将获得的值视为二氧化硅到载体上的移动量,并根据以下标准进行评价。
另外,如果载体移动量超过约1.0,则图像浓度的降低趋于劣化。因此,评价标准如下设定。
A:到载体上的移动量≤0.5
B:0.5<到载体上的移动量≤0.8
C:0.8<到载体上的移动量≤1.0
D:到载体上的移动量>1.0
表4
由上述结果可见,与比较例相比,实施例中防止图像浓度的降低。
特别是,可以看到,在采用压缩凝集度为70%~95%且颗粒压缩比为0.28~0.36的二氧化硅颗粒作为外添剂的实施例1~5、14和18~20中,与其他实施例相比,防止图像浓度的降低。
提供对本发明的示例性实施方式的以上描述是为了说明和描述的目的。它的意图不在于穷举本发明所披露的精确形式或将本发明限制于所披露的精确形式。显然,许多改进和变化对于本领域技术人员是显而易见的。选择并描述这些示例性实施方式是为了能够最大限度地解释本发明的原理及其实际用途,由此使得本领域的其他技术人员能够理解适用于所期望的特定用途的本发明的各种实施方式和各种改进方案。本发明的范围由下述权利要求及其等同物所限定。
Claims (12)
1.一种静电荷图像显影剂,其包含:
静电荷图像显影用色调剂,所述色调剂包含色调剂颗粒和添加至所述色调剂颗粒的外添剂,所述外添剂包含压缩凝集度为60%~95%且颗粒压缩比为0.20~0.40的二氧化硅颗粒;和
静电荷图像显影用载体,所述载体包含芯颗粒和覆盖所述芯颗粒的表面的树脂涂覆层,所述载体的表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.5μm以下,且圆形度为0.975以上。
2.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的平均圆当量直径为40nm~200nm。
3.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%~100%。
4.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的平均圆形度为0.85~0.98。
5.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述二氧化硅颗粒是溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
6.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述芯颗粒的凹凸的平均宽度Sm为2.0μm以下,且表面粗糙度Ra(基于JIS-B0601)为0.1μm以上。
7.如权利要求1所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述二氧化硅颗粒用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理,并且所述硅氧烷化合物的表面附着量为0.01重量%~5重量%。
8.如权利要求7所述的静电荷图像显影剂,
其中,所述硅氧烷化合物是硅油。
9.一种显影剂盒,其包含:
容纳权利要求1~8中任一项所述的静电荷图像显影剂的容器,
其中,所述显影剂盒能够从图像形成装置拆卸。
10.一种处理盒,其包含:
显影单元,其容纳权利要求1~8中任一项所述的静电荷图像显影剂,并使用所述静电荷图像显影剂将在图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影,以提供色调剂图像,
其中,所述处理盒能够从图像形成装置拆卸。
11.一种图像形成装置,其包括:
图像保持部件;
充电单元,其对所述图像保持部件的表面充电;
静电荷图像形成单元,其在所述图像保持部件的经充电表面上形成静电荷图像;
显影单元,其容纳权利要求1~8中任一项所述的静电荷图像显影剂并使用所述静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;
转印单元,其将所述图像保持部件表面上形成的所述色调剂图像转印至记录介质表面;和
定影单元,其将转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。
12.一种图像形成方法,其包括:
对图像保持部件的表面充电;
在所述图像保持部件的经充电表面上形成静电荷图像;
使用权利要求1~8中任一项所述的静电荷图像显影剂将在所述图像保持部件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像;
将在所述图像保持部件表面上形成的色调剂图像转印至记录介质表面;和
使转印至所述记录介质表面的色调剂图像定影。
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