DE69832221T2

DE69832221T2 - Herstellungsverfahren eines elektrophotographischen Toners

Info

Publication number: DE69832221T2
Application number: DE69832221T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Osaka-shi Akazawa; Toshihiko Kashiba-shi Murakami; Tatuo Nara-shi Imafuku; Takaki Shiki-gun Ouchi; Yasuharu Tenri-shi Morinishi; Satoshi Yamatokoriyama-shi Ogawa; Tadashi Nara-shi Nakamura; Hitoshi Uji-shi Nagahama; Toshihisa Kashiba-shi Ishida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: DE69832221D1; DE69839656D1; EP0860746B1; EP0860746A3; EP1632815A3; US5981129A; EP0860746A2; EP1632815B1; EP1632815A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrofotografischen Toners, der einer Oberflächenmodifizierungsverarbeitung unterworfen wurde, zur Verwendung in Einkomponenten- oder Zweikomponentenentwicklungsmitteln, die zur Entwicklung elektrischer oder magnetischer Latentbilder in bildgebenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Kopiermaschinen und Druckern, die das elektrofotografische Verfahren anwenden, verwendet werden.
In bildgebenden Vorrichtungen, wie beispielsweise Kopiermaschinen und Druckern, die das elektrofotografische Verfahren anwenden, werden Bilder im allgemeinen wie folgt erzeugt. Zunächst wird ein Toner mit einer positiven oder negativen Ladung elektrostatisch an einem elektrostatischen Latentbild fixiert, das auf einem fotoleitfähigen Element (Fotorezeptor) erzeugt wurde, so dass ein Tonerbild erzeugt wird. Dann wird dieses Tonerbild auf ein Übertragungsmaterial, wie beispielsweise ein Übertragungspapier, übertragen und darauf fixiert.
Toner, die für diese Art der Bilderzeugung verwendet werden, haben im allgemeinen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5–20 μm und schliessen im allgemeinen mindestens ein Farbmittel und ein Binderharz zur Fixierung des Farbmittels usw. auf dem Übertragungsmaterial (Übertragungspapier usw.) ein.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Toner als Entwicklungsmittel zur Entwicklung von Latentbildern verwendet, die auf Fotorezeptoren in elektrofotografischen bilderzeugenden Vorrichtungen verwendet wurden. Ein herkömmliches Verfahren zur Tonerherstellung ist beispielsweise das Mahlen. Dieses ist ein Herstellungsverfahren, worin Materialien, wie beispielsweise ein Farbmittel, ein Ladungssteuerungsmittel und Anti-Offsetmittel (Formablösemittel) geschmolzen und zusammen mit einem thermoplastischen Harz geknetet werden. Diese Mischung wird dann abgekühlt und gehärtet und anschliessend gemahlen und getrennt, wodurch Tonerteilchen hergestellt werden.
Ein anderes Verfahren ist die Suspensionspolymerisation, bei der Materialien, wie beispielsweise ein Ladungssteuerungsmittel, mit polymerisierbaren Monomeren, einem Polymerisationsinitiator, einem Farbmittel usw. vermischt und dispergiert werden. Diese Mischung wird dann in Wasser polymerisiert. Ferner gibt es Nassverfahren, wie beispielsweise das Suspensionsgranulierverfahren, worin ein Färbemittel und ein Ladungssteuerungsmittel zu einem synthetischen Harz zugegeben werden. Diese Mischung wird dann geschmolzen, in einem Nichtlösungsmittelmedium suspendiert und granuliert.
Bei Tonern, die nach diesen Herstellungsverfahren hergestellt werden, liegen jedoch das Ladungssteuerungsmittel, das Anti-Offsetmittel usw. innerhalb der Tonerteilchen vor. Ferner existiert nur eine kleine Menge dieser Additive auf der Oberfläche der Tonerteilchen. Aus diesem Grund zeigt die Ladungsmenge des Toners eine weite Verteilung, und dementsprechend bestehen Probleme bezüglich der Tonerstreuung und Bildverschleierung. Ferner gibt es Fälle, in denen kein ausreichender Anti-Offseteffekt erzielt werden kann.
Darüber hinaus wird die Ladungsmenge des Toners im allgemeinen durch ein Reibungsaufladeelement, wie beispielsweise einen Träger oder eine Aufladeklinge, gesteuert. Wenn die Ladungsmenge grösser ist als die optimale Menge, ist die Bilddichte zu niedrig, wenn sie jedoch niedriger ist als die optimale Menge, tritt eine Verschleierung, Tonerstreuung usw. auf, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt.
Zur Verhinderung derartiger Probleme wird dem Toner im allgemeinen intern ein Ladungssteuerungsmittel zugegeben. Beispielsweise schliessen zu positiv aufladenden Tonern zugegebene Ladungssteuerungsmittel Farbstoffe auf Nigrosinbasis, Pyridiniumsalz, Ammoniumsalz und Beizenverbindungen davon ein.
Obwohl diese intern zu dem Toner zugegebenen Ladungssteuerungsmittel feine Teilchen sind, zeigen sie jedoch eine breite Teilchengrössenverteilung und haben keine eingestellte Form. Folglich ist die Steuerung ihres Dispersionszustands innerhalb der Binderharzteilchen schwierig. Wenn beispielsweise die Teilchen aus dem Ladungssteuerungsmittel, die in den Binderharzteilchen dispergiert sind, einen zu grossen Durchmesser aufweisen, neigt das Ladungssteuerungsmittel während des nachfolgenden Kopierens zur Abtrennung, wodurch das Aufladungselement (Träger usw.) verschmutzt wird. Wenn andererseits die Teilchen aus dem Ladungssteuerungsmittel, die in den Binderharzteilchen dispergiert sind, einen zu kleinen Durchmesser aufweisen, ist ihr Ladungssteuerungseffekt geschwächt. Dies hat den Nachteil, dass der zugeführte Toner eine langsame Aufladungsantwort zeigt, was zur Bildverschleierung, Tonerstreuung usw. führt.
Ferner differiert der Anteil des intern zugegebenen Ladungssteuerungsmittels, das auf der Oberfläche der Tonerteilchen frei liegt, in Abhängigkeit von den Dispergierbedingungen zum Zeitpunkt der Herstellung. Folglich ist ein weiterer Nachteil, dass die Ladungsmenge des Toners schwer zu stabilisieren ist. Darüber hinaus ist es noch schwieriger, die Dispergierung des Ladungssteuerungsmittels mit den Tonern, die durch Polymerisation gebildet werden, zu steuern.
Wie oben diskutiert, ist es schwierig den vollen Vorteil der Effekte der Ladungssteuerungsmittel, Anti-Offsetmittel usw. zu erzielen, wenn sie lediglich intern zu dem Toner zugegeben werden.
Ein alternatives Verfahren zur Steuerung der Tonerladung ist eine Technik unter Anlegen einer mechanischen Krafteinwirkung, wobei eine Teilchenoberflächen-Modifizierungsvorrichtung verwendet wird, wodurch aufladbare anorganische Teilchen aus einem Material, wie beispielsweise Silica, Alumina oder Titanoxid, die mit einem Material, wie beispielsweise einem Silankuppler oder Siliconöl, oberflächenbearbeitet wurden, an der Oberfläche der Tonerteilchen angehaftet werden.
Damit jedoch bei Verwendung dieser aufladbaren, anorganischen, feinen Teilchen dem Toner eine ausreichende Aufladbarkeit vermittelt wird, müssen sie in einer grossen Menge verwendet werden. Zudem muss, damit die aufladbaren anorganischen feinen Teilchen vollständig an der Oberfläche der Tonerteilchen mittels einer mechanischen Krafteinwirkung angehaftet werden, die Anhaftungsverarbeitung fortgeführt werden, bis Oberflächenungleichmässigkeiten der Tonerteilchen eliminiert sind, selbst wenn nichtsphärische Tonerteilchen verwendet werden. Als Ergebnis werden die Tonerteilchen, die der Anhaftungsverarbeitung unterworfen wurden, zu perfekten Kugeln ohne Vorsprünge, wodurch die Klingenreinigung beeinträchtigt wird, was zu einer schlechten Reinigung führt.
In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitskopiermaschinen, umweltfreundlichen Kopiermaschinen usw. einen Bedarf für die Entwicklung eines Toners hervorgerufen, der mit geringem Energieaufwand fixiert werden kann (Niedertemperaturfixierung). In der Folge wurden als Mittel zur Erzielung der Niedertemperaturfixierung Verfahren untersucht, in denen Toner verwendet wurden, die Binderharze mit niedrigen Glasübergangspunkten oder Erweichungspunkten einschliessen
Ein Beispiel für eine Technik zur Erzielung einer Niedertemperaturfixierung gibt JP-PS 36586/1982 (Toukosho 57-36586), worin ein Toner offenbart ist, der als Binderharz ein kristallines Polymer mit einem Schmelzpunkt von 50–150°C und einer Aktivierungsenergie von 35 kcal/mol oder weniger verwendet.
Ferner offenbart JP-OS 87032/1975 (Tokukaisho 50-87032) (entspricht US-PS 3 967 962) einen Toner, worin ein Polymer verwendet wird, das erzeugt wird durch chemische Verbindung eines kristallinen Polymers mit einem Schmelzpunkt von 45–150°C und einem nichtkristallinen Polymer mit einem Glasübergangspunkt von 0°C oder weniger.
Darüber hinaus offenbart JP-OS 3446/1984 (Tokukaisho 59-3446)(US-PS 4 528 857) einen Toner, worin ein Blockcopolymer verwendet wird, worin ein kristalliner Block mit einem Schmelzpunkt von 50–70°C in ein nichtkristallines Blockmolekül mit einem Glasübergangspunkt von 10° oberhalb des Schmelzpunkts des kristallinen Blocks eingeschlossen ist.
Die Verwendung dieser herkömmlichen niedertemperaturfixierenden Toner war jedoch schwierig, da Probleme auftraten, wie beispielsweise ein Tonerfilmbildungsphänomen, das hervorgerufen wird durch den Weichbereich des Polymers, Verschlechterung der Toneraufladbarkeit, der Fotorezeptoreigenschaften usw., beispielsweise beim fortlaufenden Kopieren, sowie ein Blockierungsphänomen. Mit anderen Worten war die Erzielung der Niedertemperaturfixierung unter Verwendung von Tonern mit niedrigen Glasübergangspunkten oder Erweichungspunkten mit ernsthaften Problemen verbunden, wie beispielsweise der Verschlechterung der Beständigkeit des Toners gegenüber Blockierung, ganz zu schweigen von Filmbildungsphänomenen und Offsetphänomenen.
Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit ein Verfahren unter Zugabe eines externen Zusatzstoffs zur Verhinderung der Verschlechterung der Beständigkeit des Toners gegenüber Blockierung angewandt.
Wenn dieser externe Zusatzstoff jedoch nicht an den Tonerteilchen befestigt, sondern frei beweglich ist, bewegt es sich vom Toner auf den Träger, wenn der Träger und der Toner miteinander vermischt werden, wodurch die Ladungsmenge usw. verändert werden. Im Ergebnis nimmt die zeitliche Stabilität des Toners (Tonerlebensdauer während des fortlaufenden Kopierens) ab, was zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität führt.
In den letzten Jahren wurde in verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise bei Druckern, Faxgeräten, Farbkopiermaschinen und Hochgeschwindigkeitskopiermaschinen, das elektrofotografische Verfahren zur Anwendung gebracht, und daher werden Toner benötigt, die verschiedene Eigenschaften (wie beispielsweise die Steuerung der Ladungspolarität) entsprechend diesen verschiedenen Bereichen und Funktionen miteinander kombinieren. Infolge dieses Bedarfs wurden zahlreiche elektrofotografische Toner des sogenannten oberflächenmodifizierten Tonertyps, der dem elektrofotografischen Toner verschiedene Eigenschaften verleiht, untersucht. Einige Beispiele für oberflächenmodifizierte Toner sind ein Toner, dem eine Teilchen mit verschiedenen Funktionen, wie beispielsweise ein Ladungssteuerungsmittel, zugegeben sind; ein elektrofotografischer Toner, worin die Beständigkeit, Fixiereigenschaften usw. durch Verwendung von feinen Teilchen aus gehärtetem Harz zur Bedeckung der Oberfläche von Kernteilchen mit einem niedrigen Erweichungspunkt verbessert sind; und ein Toner, worin die Aufladungseigenschaften, Fliessfähigkeitseigenschaften usw. mittels einer Verarbeitung verbessert werden, durch die die Tonerteilchen sphärisch gemacht werden.
Insbesondere wurden zahlreiche oberflächenmodifizierte Toner vorgeschlagen, worin oberflächenmodifizierende feine Teilchen aus beispielsweise einem Ladungssteuerungsmittel über die Oberfläche von Kernteilchen eines Färbemittels dispergiert und daran angehaftet sind, und dann darauf fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden. Beispielsweise offenbart JP-PS 17576 (Tokukohei 1-17576) einen elektrofotografischen Toner, worin Teilchen aus einem gefärbten Harzpulver mit einem Film aus einem einen Pulver aus einem Harz- oder Polymermaterial mit einem Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1/10 desjenigen des gefärbten Harzpulvers bedeckt sind. Dieser Toner wird hergestellt durch Bedeckungsverarbeitung, bis die Teilchen aus dem feinen Pulver auf einem Teil der Oberfläche jedes Teilchens des gefärbten Harzes eingebettet sind, und anschliessend wird zur Verschmelzung der Teilchen aus dem feinen Pulver miteinander erwärmt, wodurch eine Bedeckung auf jedem Teilchen aus dem gefärbten Harz erzeugt wird.
Darüber hinaus offenbart JP-OS 3171/1992 (Tokukaihei 4-3171)(entspricht US-PS 5 206 109) ein Herstellungsverfahren, worin oberflächenmodifizierende feine Teilchen an die Oberfläche von Kernteilchen angehaftet, daran durch Ausüben einer mechanischen Krafteinwirkung gleichförmig fixiert und dann drauf durch Erwärmen in einem Heissluftstrom bei 200–600°C gleichförmig fixiert oder zu einem Film umgewandelt werden.
Weiterhin schlägt JP-PS 56502/1993 (Tokukohei 5-56502 einen oberflächenmodifizierten Toner vor, worin eine mechanische Krafteinwirkung zur Anhaftung feiner Pulver mit verschiedenen Funktionen, die einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 μm oder weniger aufweisen, an die Oberfläche von Teilchen aus einem Binderharzpulver, das hauptsächlich aus Binderharz hergestellt ist, ausgeübt wird. Bei diesem Toner wird die Anhaftung durchgeführt durch Einbetten der Teilchen aus einem feinen Pulver in die Oberfläche jedes Binderharzpulverteilchens, so dass die Dicke der erzeugten Oberflächenschicht 2 μm oder weniger beträgt, wobei auf eine Temperatur von mindestens 48°C, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Binderharzes erwärmt wird.
JP-OS 34971/1993 (Tokukaihei 5-34971) offenbart das folgende Verfahren zur Herstellung von elektrofotografischem Toner. Zuerst wird in einem Verarbeitungsraum eine Drehvorrichtung gedreht, worin Tonerkernteilchen (die hauptsächlich aus zumindest Harz hergestellt sind) mit oberflächenbehandelnden feinen Teilchen in einem Hochgeschwindigkeitsluftstrom miteinander vermischt werden. Mittels dieses Mischens können die feinen Teilchen gleichförmig über die Oberfläche jedes Tonerkernteilchens dispergiert und daran angehaftet werden. Dann werden durch Intensivierung der Mischbedingungen die an der Oberfläche der Tonerkernteilchen angehafteten feinen Teilchen fixiert und/oder zu einem Film darauf umgewandelt.
Die elektrofotografischen Toner, die nach den Mahl- oder Nassverfahren, wie oben diskutiert, hergestellt werden, die keine oberflächenmodifizierten Toner darstellen, weisen jedoch die folgenden Probleme auf.
Im allgemeinen haben elektrofotografische Toner Aufladungseigenschaften (einschliesslich Polarität), die in Abhängigkeit von den Anforderungen des Objekts für das, und der Umgebung, in der sie verwendet werden, variabel sind. Anders ausgedrückt schliessen unterschiedliche Typen elektrofotografischer Toner unterschiedliche Mengen Ladungssteuerungsmittel usw. ein. Wenn eine einzelne Herstellungsvorrichtung für elektrofotografischen Toner zur Herstellung unterschiedlicher Arten von elektrofotografischen Tonern verwendet werden soll, wird folglich jeder zuvor hergestellte Toner, der in der Herstellungsvorrichtung zurückbleibt, Probleme hervorrufen, wie beispielsweise eine Zunahme der Menge an Toner mit umgekehrter Polarität in dem anschliessend hergestellten Toner, Abnahme der Aufladungsstabilität des Toners usw. Zur Vermeidung dieser Probleme werden üblicherweise verschiedene Herstellungsstrassen für Toner mit unterschiedlicher Polarität bereitgestellt oder es wird eine sorgfältige Wartungsreinigung der Herstellungsvorrichtung vorgenommen.
Ferner werden selbst bei elektrofotografischen Tonern mit der gleichen Polarität in Abhängigkeit von den geforderten Eigenschaften unterschiedliche Eigenschaften von Ladungssteuerungsmitteln verwendet. Auch die Zusammensetzung der Toner variiert. Folglich muss dann, wenn die gleiche Herstellungsvorrichtung verwendet werden soll, auch dann wie oben eine sorgfältige Wartungsreinigung der Herstellungsvorrichtung durchgeführt werden, wenn die herzustellenden elektrofotografischen Toner die gleiche Polarität aufweisen, damit eine Kontaminierung durch unterschiedliche Ladungssteuerungsmittel oder Tonermaterialien vermieden wird.
Auf diese Weise muss bei der Herstellung von elektrofotografischen Tonern dieses Typs stets eine Wartungsreinigung der Herstellungsvorrichtung durchgeführt werden, wenn der Tonertyp geändert wird. Das bringt entsprechende Nachteile mit sich, wie beispielsweise eine Zunahme der Herstellungskosten des Toners, die aus den Kosten für die Reinigung und für die entsorgten und weggeworfenen Materialien zum Zeitpunkt der Reinigung hervorgerufen werden.
Ferner schlagen die vorstehenden herkömmlichen Verfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Toner lediglich Verfahren zur Fixierung/Erzeugung einer Schicht aus oberflächenmodifizierenden Teilchen auf der Oberfläche von Kernteilchen durch mechanische Bearbeitung oder Wärmeverarbeitung oder nach solchen Verfahren hergestellte Toner vor.
Diese herkömmlichen Herstellungsverfahren führen eine mechanische Bearbeitung oder eine Wärmeverarbeitung durch, damit ein Toner mit langer Lebensdauer erhalten wird, wobei die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen der Beanspruchung bei der Verwendung ohne Abschälen oder Abtrennen widerstehen. Folglich sind die hergestellten Tonerteilchen sphärisch, was zu einer Verringerung der Reibung mit der Reinigungsvorrichtung und dadurch zu Problemen, wie beispielsweise schlechter Reinigung, führt.
Ferner wird der aktuelle Zustand des erhaltenen oberflächenmodifizierten Toners lediglich durch visuelle Mittel, wie beispielsweise Beobachtung der Oberfläche der Teilchen des oberflächenmodifizierten Toners mittels SEM (Rasterelektronenmikroskop) bestimmt. Anders gesagt wird der Zustand des Toners nicht quantitativ erfasst, weder während noch nach der Herstellung. Folglich ist es mit den herkömmlichen Herstellungsverfahren schwierig zu bestimmen, ob der hergestellte oberflächenmodifizierte Toner die gewünschten Funktionen in ausreichender Weise erfüllt. Als Ergebnis besteht die starke Möglichkeit, dass ein Toner hergestellt wird, der nicht gleichförmig ist und dem es an Stabilität mangelt.
Darüber hinaus berücksichtigt kein Stand der Technik das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht der Polymerteilchen (oberflächenmodifizierender Teilchen), die auf der Oberfläche der Kernteilchen fixiert oder darauf zu einem Film ausgebildet werden.
Es gibt ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands des hergestellten oberflächenmodifizierten Toners, das die BET-spezifische Oberfläche auf Basis der N₂-Adsorption ausnutzt. Die BET-spezifische Oberfläche von oberflächenmodifizierenden Teilchen, die auf der Oberfläche von Kernteilchen fixiert werden, ist in JP-OS 335357/1992 (Tokukaihei 4-335357) spezifiziert. Die BET-spezifische Oberfläche des hergestellten oberflächenmodifizierten Toners wird jedoch nicht diskutiert. Ferner nimmt diese Offenbarung nicht den Gedanken auf, den Zustand der Oberflächenmodifikation quantitativ zu erfassen.
Wenn die Kernteilchen für oberflächenmodifizierte Toner durch Polymerisation hergestellt werden sollen, sind Vorrichtungen zur Steuerung gefährlicher Substanzen, wie beispielsweise Monomeren und Initiatoren, zur Bearbeitung von Abwasser usw. erforderlich, die grosse Investitionen in Einrichtungen erfordern und die die Kosten für Rückzahlungen dieser Investitionen erhöhen. Ferner dauern die Wasch- und Trocknungsprozesse lange, wodurch die Produktivität verringert wird. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten im Vergleich zum Mahlen erhöht, da das feine Pulver nicht wiederverwendet werden kann.
Da in diesem Fall die elektrofotografischen Tonerteilchen nahezu sphärisch sind, führt ihre reduzierte Reibung darüber hinaus zu einer verringerten Anhaftungskraft. Sphärische Tonerteilchen haben auch eine negative Auswirkung auf den Reinigungsprozess. Dieser Reinigungsprozess betrifft die Entfernung von nicht übertragenem Toner, der auf dem Fotorezeptor nach der Übertragung des Tonerbildes zurückbleibt, unter Verwendung einer Reinigungsbürste usw. Wenn der nichtübertragene Toner sphärisch ist, hat er eine unzureichende Anhaftungskraft gegenüber der Reinigungsbürste und seine Entfernung wird schwierig.
Ferner gibt es bei der tatsächlichen Verwendung von elektrofotografischem Toner in beispielsweise einer Hochgeschwindigkeitskopiermaschine (Kopiergeschwindigkeit von 60 Blatt/Minute oder mehr) Fälle, in denen innerhalb des Entwicklers usw. starke Belastungen ausgeübt werden. Hierbei kann diese Belastung die Abschälung oder Abtrennung der feinen Teilchen des Ladungssteuerungsmittels von der Oberfläche der Kernteilchen bewirken, was zur sogenannten Bildverschleierung führt. Folglich besteht in solchen Fällen der Bedarf für eine stärke Anhaftung/Filmbildung der feinen Teilchen aus Ladungssteuerungsmitteln auf der Oberfläche der Kernteilchen.
Diese Art der stärkeren Fixierung/Filmbildung kann jedoch nicht mit Herstellungsverfahren bewerkstelligt werden, in denen die gesamte Verarbeitung in einer Oberflächenmodifizierungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Henschel-Mischer, durchgeführt wird. Aus diesem Grund sollte ein elektrofotografischer Toner, der in einer Vorrichtung verwendet werden soll, in der dieser einer hohen Spannung ausgesetzt wird, vorzugsweise hergestellt werden unter Verwendung einer eine hohe Energie ausübenden Oberflächenmodifizierungsvorrichtung, die zur Fixierung/Filmbildung durch Anlegen hoher Scherkraft, hoher Schlagkraft oder hoher Energie in der Lage ist.
Wenn jedoch eine eine hohe Energie einbringende Vorrichtung von der Stufe der Herstellung, in der die Kernteilchen und die feinen Teilchen aus Ladungssteuerungsmitteln miteinander kombiniert werden, verwendet wird, findet die Fixierung/Filmbildung der feinen Teilchen statt, bevor die feinen Teilchen gleichförmig dispergiert wurden. Als Ergebnis kann das Ladungssteuerungsmittel in ungleichförmigem Zustand an den Kernteilchen fixiert sein, oder es kann ein Film mit ungleichförmiger Dicke erzeugt werden. Das kann zur Herstellung von elektrofotografischem Toner führen, der keine Aufladungsstabilität besitzt.
Im Stand der Technik wurde auch vorgeschlagen, dass funktionelle feine Teilchen, wie beispielsweise Ladungssteuerungsmittel, über gefärbten Kernteilchen dispergiert und direkt daran angehaftet und dann darauf fixiert und/oder zu einem Film ausgebildet werden. Es wurde jedoch kein elektrofotografischer Toner vorgeschlagen, worin die Polarität auch dann gesteuert werden kann, wenn die gleichen Kernteilchen verwendet werden. Es wurden in keinem Vorschlag die Vorteile und Wirkungen festgestellt, die bei der Herstellung von elektrofotografischem Toner erzielt werden können, indem nach der Herstellung der Kernteilchen ein Schritt bereitgestellt wird, worin ihnen eine Aufladung mit der geforderten Polarität vermittelt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorstehenden Probleme aus dem Stand der Technik gemacht. Ihr erstes Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines oberflächenmodifizierten Toners, der zur Verbesserung der zeitlichen Stabilität (Tonerlebensdauer während des fortgesetzten Kopiervorgangs) durch Verhinderung von Problemen, wie beispielsweise Filmbildung, Tonerstreuung und Bildverschleierung durch Abschälen, Abtrennung usw. von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen aus beispielsweise feinen Polymerteilchen, und zur Verhinderung schlechter Reinigung durch sphärische Tonerteilchen in der Lage ist.
Ein zweites erfindungsgemässes Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Toners, der zur Niedertemperaturfixierung in der Lage ist und der eine überlegene Wärmebeständigkeit, d.h. Beständigkeits-(Antiblockier)-Eigenschaften besitzt.
Darüber hinaus ist ein drittes erfindungsgemässes Ziel die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines elektrofotografischen Toners, der keine Bereitstellung separater Herstellungsstrassen für jeden herzustellenden elektrofotografischen Tonertyp erfordert, und das dann, wenn verschiedene elektrofotografische Tonertypen auf der gleichen Herstellungsstrasse erzeugt werden sollen, keine sorgfältige Wartungsreinigung benötigt, wenn der Tonertyp geändert wird. Zum Erreichen des oben genannten ersten Ziels wird ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung eines elektrofotografischen Toners aus unregelmässig geformten Kernteilchen, die hauptsächlich aus Binderharz und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die zuerst über die Oberfläche der Kernteilchen dispergiert und daran angehaftet und dann darauf fixiert oder zu einem Film verarbeitet werden, zusammengesetzt sind, wodurch Tonerteilchen erzeugt werden, worin:
die BET-spezifische Oberfläche, auf Basis der N2-Adsorption der Tonerteilchen, folgendes erfüllt: 0,64 S0 > S > 1,07 × [3/(ρD/2)];und S0 = S1X + S2(1 – X), worin:
S die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen ist;
S₀ die BET-spezifische Oberfläche der miteinander kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ist;
S₁ die BET-spezifische Oberfläche der Kernteilchen alleine ist;
S₂ die BET-spezifische Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine ist;
ρ die spezifische Dichte der elektrofotografischen Tonerteilchen ist;
D der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der elektrofotografischen Tonerteilchen ist; und
X das Verhältnis der Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Gew.-Teile) zu der Menge der Summe der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen (beide in Gew.-Teilen) ist.
Mit der vorstehenden Struktur ist die BET-spezifische Oberfläche des Toners weniger als 0,64 S₀; mit anderen Worten sind die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen in ausreichender Weise an der Oberfläche der feinen Kernteilchen fixiert, und daher treten Probleme, wie Filmbildung und Tonerstreuung nicht auf. Ferner ist die BET-spezifische Oberfläche des Toners grösser als das 1,07-fache derjenigen von hypothetischen Tonerteilchen, die perfekte Kugeln darstellen; mit anderen Worten sind die Tonerteilchen nicht sphärisch und folglich kann eine schlechte Reinigung vermieden werden.
Als Ergebnis kann ein oberflächenmodifizierter Toner erzielt werden, worin die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die über die Oberfläche der Kernteilchen dispergiert und darauf angehaftet sind, darauf ausreichend fest fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, so dass sie nicht davon abgeschält oder abgetrennt werden, ohne jedoch sphärische Tonerteilchen zu erzeugen, wodurch die obigen Probleme, wie beispielsweise eine schlechte Reinigung, vermieden werden.
Da der vorstehende elektrofotografische Toner ferner durch Kontaktierung mit einem Heissluftstrom von 150–400°C, nachdem die feinen Polymerteilchen über der Oberfläche der Kernteilchen dispergiert worden waren, angehaftet wurden, erhalten wird, sind die feinen Polymerteilchen und die Kernteilchen ausreichend miteinander verschmolzen, ohne die unregelmässig geformten Kernteilchen sphärisch zu machen.
Als Ergebnis können Probleme, wie beispielsweise die Filmbildung, die Tonerstreuung und die Bildverschleierung, die durch Abschälung, Abtrennung usw. der feinen Polymerteilchen durch beispielsweise mechanische Beanspruchung im Entwicklungsgefäss während des fortlaufenden Kopiervorgangs vermieden werden. Daher kann die zeitliche Stabilität (Tonerlebensdauer während des fortgeführten Kopiervorgangs) verbessert werden. Ferner kann eine schlechte Reinigung aufgrund von sphärischen Tonerteilchen ebenfalls verhindert werden.
Da der Glasübergangspunkt der feinen Polymerteilchen höher ist als derjenige der Kernteilchen, wobei der Glasübergangspunkt der Kernteilchen 40–65°C beträgt, und derjenige der feinen Polymerteilchen 58–100°C, ermöglicht der vorgenannte elektrofotografische Toner ferner die Niedertemperaturfixierung (Niederenergiefixierung) und besitzt eine überlegene Wärmebeständigkeit, d.h. Lagerungsstabilitäts-(Antiblockier)-Eigenschaft.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von elektrofotografischem Toner schliesst die folgenden Schritte ein: (a) Herstellung von Kernteilchen für elektrofotografischen Toner; und (b) Anwendung der Trockenverarbeitung zur Anhaftung feiner Teilchen an der Oberfläche der Kernteilchen, und anschliessende Fixierung oder Ausbildung der feinen Teilchen zu einem Film darauf; worin elektrofotografische Toner mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden können durch Erzeugung von Kernteilchen mit einer gemeinsamen Zusammensetzung und mittels eines gemeinsamen Verfahrens, jedoch unter Veränderung des Typs oder der Zusammensetzung der feinen Teilchen.
Mit dem vorgenannten Verfahren ist selbst dann, wenn verschiedene Typen elektrofotografischer Toner hergestellt werden, eine einzige Produktionsstrasse für die Kernteilchen ausreichend, wonach der Schritt (b) des Fixierens der feinen Teilchen mittels einfacher Trockenverarbeitung durchgeführt werden kann. Folglich besteht kein Bedarf zur Bereitstellung von getrennten elektrofotografischen Tonerherstellungsstrassen für elektrofotografische Toner mit unterschiedlichen Eigenschaften. Folglich können die Investitionen in Vorrichtungen verringert werden.
Da der Schritt (b) der Fixierung der feinen Teilchen eine einfache Trockenverarbeitung ist, gibt es ferner geringe Verunreinigungen des Innenraums der Herstellungsvorrichtung. Folglich ist es nicht erforderlich, eine sorgfältige Wartungsreinigung zur Entfernung von vorher hergestelltem elektrofotografischem Toner, der in der Herstellungsvorrichtung verbleibt, durchzuführen, selbst wenn unterschiedliche Arten von elektrofotografischem Toner in der gleichen elektrofotografischen Tonerherstellungsstrasse hergestellt werden. Zusätzlich kann die Menge an elektrofotografischem Toner, der zum Zeitpunkt der Reinigung verworfen wird, auf ein Minimum verringert werden. Folglich können die Herstellungskosten für den elektrofotografischen Toner ebenfalls verringert werden.
Ferner werden weitere Ziele, Merkmale und Stärken der vorliegenden Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung erklärt. Ferner sind die erfindungsgemässen Vorteile aus der nachfolgenden Erläuterung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich.
1(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Form der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden Teilchen zeigt, die einen erfindungsgemässen elektrofotografischen Toner bilden.
1(b) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Form eines kombinierten Teilchens aus dem Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, wie in 1(a) gezeigt, darstellt.
1(c) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Veränderung des Zustands der Oberflächenmodifizierung des in 1(b) gezeigten kombinierten Teilchens in Abhängigkeit von der Heisslufttemperatur zeigt.
2 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Wärmeverarbeitungsvorrichtung zur Herstellung von erfindungsgemässem elektrofotografischen Toner zeigt.
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Struktur eines Teilchens des erfindungsgemässen elektrofotografischen Toners zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend erläutert.
Wie in 2 gezeigt, schliesst eine Wärmebearbeitungsvorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemässen oberflächenmodifizierten elektrofotografischen Toners (nachfolgend vereinfacht als "Toner" bezeichnet) eine Heisslufterzeugungsvorrichtung (11), eine Festmengenzuführvorrichtung (12), eine Kühl/Abtrennvorrichtung (13) und eine Diffusionsdüse (14) ein. Im folgenden wird die Herstellung von Toner unter Verwendung dieser Warmverarbeitungsvorrichtung erläutert.
1(a) ist eine erläuternde Zeichnung, die die Form eines Kernteilchens (1) und oberflächenmodifizierender feiner Teilchen (2) zeigt. Das Kernteilchen (1) ist hauptsächlich aus Binderharz aufgebaut, ist unregelmässig geformt, und wird erhalten nach einem Verfahren, wie beispielsweise Mahlen. "Unregelmässige Form" bedeutet eine beliebige von einer perfekten Kugel unterschiedliche Form.
Zuerst werden das Kernteilchen (1) und die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (2), die wie in 1(a) gezeigt, ursprünglich getrennt voneinander vorliegen, durch Anhaftung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (2) an die Oberfläche der Kernteilchen (1) miteinander kombiniert, wodurch ein kombiniertes Teilchen (3) erzeugt wird. Die Form des kombinierten Teilchens (3) ist in 1(b) gezeigt. Dann wird eine vorherbestimmte Menge kombinierter Teilchen (3), in denen die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (2) gleichförmig über die Oberfläche der Kernteilchen (1) dispergiert sind, in die Festmengenzuführvorrichtung, wie in 2 gezeigt, eingeführt.
Als nächstes werden die kombinierten Teilchen (3) mit Druckluft aus der Festmengenzuführvorrichtung (12) durch die Diffusionsdüse (14) und in einen Heissluftstrombereich (A) versprüht. Der Heissluftstrombereich (A) ist heisse Luft, die durch die Heisslufterzeugungsvorrichtung (11) erzeugt wird, deren Temperatur auf ein vorherbestimmtes Niveau eingestellt wird. In dem Heissluftstrombereich (A) wird den kombinierten Teilchen (3) sofort Wärmeenergie zugeführt.
Dann werden zur Fixierung der oder zur Erzeugung einer Schicht aus den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (2) auf der Oberfläche der Kernteilchen (1) die kombinierten Teilchen (3), denen Wärmeenergie zugeführt wurde, in die Kühl/Abtrennvorrichtung (13) eingeführt und sofort mit Kaltluft gekühlt. Diese Kaltluft kann Aussenluft mit Umgebungstemperatur (etwa 25°C) oder gekühlte Luft mit eingestellter Temperatur sein.
Tonerteilchen in vorherbestimmtem Zustand, die in einer Warmverarbeitungsvorrichtung dieser Art eine Oberflächenmodifizierung durchlaufen haben, werden bei einer Temperatur abgetrennt, die niedriger ist als der Glasübergangspunkt des Hauptharzes der Kernteilchen, und werden zu kommerziellen Produkten umgewandelt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der oberflächenmodifizierte Toner so hergestellt, dass die BET-spezifische Oberfläche, basierend auf der N₂-Adsorption, der Tonerteilchen folgendes erfüllt: 0,64 S0 > S > 1,07 Scalc (1) S0 = S1X + S2(1 – X) (2) Scalc = (Oberfläche einer perfekten Kugel)/ (Dichte × Volumen einer perfekten Kugel) = 4π(D/2)2/[ρ × (4π/3) × (D/2)3] = 3/(ρD/2) (3)
Hierbei ist:
S die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen;
S₀ die BET-spezifische Oberfläche der miteinander kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen;
S₁ die BET-spezifische Oberfläche der Kernteilchen alleine;
S₂ die BET-spezifische Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine;
ρ die spezifische Dichte der Tonerteilchen;
D der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der Tonerteilchen; und
X das Verhältnis der Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Gew.-Teile) zu der Menge der Summe der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen (beide in Gew.-Teilen).
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser nach Volumen ist der Teilchendurchmesser auf Basis eines Massestandards. Die BET-spezifische Oberfläche auf Basis der N₂-Adsorption ist die Oberfläche pro Einheitsmasse eines Pulvers, die berechnet wird aus dem Volumen des durch das Pulver adsorbierten Stickstoffs (N₂) unter Verwendung der BET-Adsorptionsisotherme.
Vorzugsweise ist die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen wie folgt: 0,60 S0 ≥ S ≥ 1,10 Scalc (4)
Ferner ist es noch weiter bevorzugt, dass die BET-spezifische Oberfläche des Toners wie folgt ist: 0,38 S0 ≥ S ≥ 1,12 Scalc (5)
Eine geeignete Steuerung der verschiedenen Betriebsparameter im Herstellungsverfahren ist ausreichend zur Sicherstellung, dass die Toner die Bedingungen der Gleichungen (1), (4) und (5) erfüllt. Diese Parameter schliessen beispielsweise Vorrichtungsbedingungen, wie beispielsweise die Menge der verarbeiteten kombinierten Teilchen, die Temperatur der durch die Heissluftherstellungsvorrichtung (11) erzeugten Heissluft, die Dauer der Behandlung der kombinierten Teilchen im Heissluftstrombereich (A), den Winkel der Diffusionsdüse (14) und das Flussgeschwindigkeitsverhältnis (Verhältnis der Teilchengeschwindigkeit zur Geschwindigkeit des Heissluftstroms), und die Zusammensetzung, das Kombinationsverhältnis, den Teilchendurchmesser, die Form (hauptsächlich der Kernteilchen), den Glasübergangspunkt und das Molekulargewicht der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ein.
In den Gleichungen (1), (2) und (4) zeigt der Wert auf der linken Seite das Ausmass der Oberflächenmodifizierung auf Basis des Ausmasses des Verschmelzens der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, der Art der Aufbringung der Wärme usw., und der Wert auf der rechten Seite zeigt das Ausmass, in dem die Tonerteilchen sphärisch werden (einschliesslich der Oberflächenglätte). Folglich kann mit diesem Herstellungsverfahren das Ausmass, in dem die Tonerteilchen sphärisch werden, anhand der BET-spezifischen Oberfläche auf Basis der N₂-Adsorption quantitativ erfasst werden, was eine Steuerung des Zustands der Oberflächenmodifizierung zur Herstellung eines gleichförmigen und stabilen Toners ermöglicht.
Ferner wird in der zuvor beschriebenen Warmverarbeitungsvorrichtung bei der Fixierung der oder Erzeugung eines Films aus den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen unmittelbar Wärme auf die Oberfläche der kombinierten Teilchen (nicht mehr als 1 Sekunde) unter Verwendung von Heissluft mit einer Temperatur von mehr als 100°C, aber weniger als 450°C, oder weiter bevorzugt 150–400°C, aufgebracht. Hierdurch wird eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen an die oberflächenmodifizierenden Teilchen und die Oberfläche der Kernteilchen angelegt, jedoch wird deren Inneres nicht von einer Wärmemenge erreicht, die zur Erweichung der Kernteilchen ausreichend ist.
Aus diesem Grund ist es, wie in 1(c) in c2 und c3 gezeigt, möglich, einen Zustand zu erzeugen, in dem die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen verschmolzen und fixiert oder zu einem Film ausgebildet sind, jedoch die unregelmässige Form der Kernteilchen beibehalten wird.
In 1(c) zeigt der Bereich links von jeder gestrichelten Linie den Zustand des Fixierens, in dem die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen über einem Teil der Kernteilchen fixiert sind. Der Bereich rechts jeder gestrichelten Linie zeigt den Zustand der Filmbildung, in dem die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen zu einem Film ausgebildet werden, da die gesamte Oberfläche der Kernteilchen bedeckt.
Wenn in der oben genannten Warmverarbeitung die Temperatur der Warmluft jedoch weniger als 100°C beträgt, kann keine zur Fixierung der oder Erzeugung eines Films aus den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ausreichende Wärmeenergie aufgebracht werden (siehe 1(c) c1). Wenn die Temperatur der Warmluft andererseits mehr als 450°C beträgt, werden die Kernteilchen sphärischer (siehe c4), und es tritt eine gegenseitige Verschmelzung und Aggregation der Tonerteilchen während der Oberflächenmodifizierung auf (siehe c5), was es mitunter unmöglich macht, einen Toner mit vorherbestimmtem Teilchendurchmesser zu erhalten. Wenn die Verarbeitungsgeschwindigkeit zur Vermeidung dieses Effekts verringert wird, treten die Probleme auf, wie beispielsweise eine Verringerung der Produktionseffizienz und eine Zunahme der Produktionskosten.
Bei der Herstellung des Toners kann zur Erzielung des ursprünglichen Zustands der Anhaftung, der Kombination oder der Dispergierung eine Vorrichtung verwendet werden, wie beispielsweise eine Mechano-mill (Produkt von Okada Precision Industrien Co., Ltd.), das Mechanofusion-System (Produkt von Hosokawa Micron Co., Ltd.), das Hybridisierungssystem (Produkt von Nara Machinery Manufacturing Co., Ltd.) oder das Cosmos-System (Produkt von Kawasaki Heavy Industries Co., Ltd.). Ferner kann als Warmverarbeitungsvorrichtung eine Vorrichtung verwendet werden, die zur Erzeugung eines Heissluftstroms geeignet ist, wie beispielsweise das Suffusing-System (Produkt von Japan Pneumatic Industrien Co., Ltd.).
Ein geeigneter Zustand des Toners, der die Gleichung (1) erfüllt, ist ein Zustand, worin die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen in einer solchen Weise angehaftet und fixiert oder zu einem Film ausgebildet sind, dass die folgenden Tonerteilchen (siehe 1(c) c2 und c3) hergestellt werden. Genauer haben die erzeugten Tonerteilchen eine BET-spezifische Oberfläche, basierend auf der N₂-Adsorption, die weniger als das 0,64-fache der BET-spezifischen Oberfläche (S₀) der kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen beträgt (die berechnet wird aus der BET-spezifischen Oberfläche (S₁) der Kernteilchen alleine, der BET-spezifischen Oberfläche (S₂) der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine und dem Zusammensetzungsverhältnis der beiden Teilchenarten), aber mehr als das 1,07-fache der BET-spezifischen Oberfläche (S_calc) hypothetischer Tonerteilchen beträgt, die perfekte Kugeln sind (die berechnet wird aus dem durchschnittlichen Volumenteilchendurchmesser des erzeugten Toners). Ferner ist es weiter bevorzugt, dass die erzeugten Tonerteilchen auch die Gleichungen (4) und (5) erfüllen.
Wenn die Bilderzeugung unter Verwendung eines auf diesem Wege erhaltenen Toners durchgeführt wird, treten keine Phänomene, wie beispielsweise Filmbildung, die durch oberflächenmodifizierende feine Teilchen, die von den Kernteilchen abgeschält oder abgetrennt werden und am Fotorezeptor anhaften, hervorgerufen wird, oder Tonerstreuung und Bildverschleierung, die durch freie Tonerteilchen hervorgerufen werden, auf. Folglich können stabile Bilder erhalten werden.
Ferner muss der Toner zur Erzielung eines Toners, der keine schlechte Reinigung zum Zeitpunkt der Anwendung hervorruft, unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen (i) dem Ausmass, in dem die Kernteilchen bei der Oberflächenmodifizierungsverarbeitung sphärisch werden und (ii) dem Ausmass, in dem die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, hergestellt werden. Dieses Gleichgewicht kann unter Verwendung der oben diskutierten BET-spezifischen Oberfläche zur Steuerung der Bedingungen der Herstellung des Toners, der durch Fixierung oder Ausbildung eines Films der oberflächenmodifizierenden Teilchen auf den Kernteilchen erhalten wird, berücksichtigt werden.
Mit Tonerteilchen in einem Zustand (siehe 1(c), c1), in dem die BET-spezifische Oberfläche mehr als den Wert der linken Seite von Gleichung (1) erreicht, d.h. mehr als 0,64 S₀, werden die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen jedoch unzureichend fixiert. Folglich tritt mit Teilchen in diesem Zustand die Abtrennung, Abschälung usw. der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf, was Probleme, wie beispielsweise die Filmbildung und Tonerstreuung hervorruft. Ferner tritt mit Tonerteilchen in einem Zustand (siehe 1(c), c4 und c5), worin die BET-spezifische Oberfläche weniger als den Wert auf der rechten Seite von Gleichung (1), d.h. weniger als 1,07 S_calc, erreicht, aufgrund nachteiliger Effekte sphärischer Tonerteilchen eine schlechte Reinigung auf, und aufgrund gegenseitigen Verschmelzens und der Aggregation der Tonerteilchen tritt eine Bildverschleierung auf.
Das für die Kernteilchen des Toners verwendete Binderharz kann beispielsweise Polystyrol, Styrol-Acryl-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Styrol-Acryl-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Polyvinylchlorid, Polyolefinharz, Epoxyharz, Siliconharz, Polyamidharz, Polyurethanharz, urethanmodifiziertes Polyesterharz oder Acrylharz oder eine Mischung aus jedem beliebigen daraus oder ein Blockcopolymer oder Pfropfcopolymer sein, das beliebige daraus miteinander kombiniert. Für das Binderharz können alle Materialien verwendet werden, die eine Molekulargewichtsverteilung aufweisen, wie sie zur Verwendung in einem Toner allgemein bekannt ist, wie beispielsweise eine Einfachpeak- oder Doppelpeakverteilung.
Ferner können ein oder mehrere allgemein bekannte, funktionsvermittelnde Mittel mit dem die Kernteilchen bildenden Binderharz vermischt oder damit dispergiert werden. Diese funktionsvermittelnden Mittel schliessen beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Ladungssteuerungsmittel, wie beispielsweise Farbstoff auf Azobasis, Carbonsäuremetallkomplexe, quaternäre Ammoniumkomplexverbindungen und Farbstoff auf Nigrosinbasis; Färbemittel, wie beispielsweise Russ, Eisenschwarz, Nigrosin, Benzingelb und Phthalocyaninblau; und Anti-Offsetmittel, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und Ethylen-Propylen-Copolymere, ein. Ferner kann auch ein magnetisches Pulver eingeschlossen sein.
Die Kernteilchen sollten vorzugsweise solche Wärmeeigenschaften aufweisen, dass ihr Glasübergangspunkt (Tg₁) 40–70°C beträgt. Hierdurch kann die Niedertemperaturfixierung des Toners verbessert werden. Im Gegensatz dazu schmelzen Kernteilchen mit einem Glasübergangspunkt von weniger als 40°C leicht, wenn sie die Warmverarbeitung bei mehr als 150°C durchlaufen, wodurch sie sphärisch werden. Folglich tritt eine schlechte Reinigung in der tatsächlichen Anwendung auf. Mit Kernteilchen, die einen Glasübergangspunkt von mehr als 70°C aufweisen, schmilzt der hergestellte Toner andererseits nicht ausreichend, wenn er bei einer herkömmlichen Warmfixierung auf dem Papier geschmolzen und fixiert wird. Da die Anhaftung an dem Papier auf diese Weise beeinträchtigt wird, neigt das Bild bei Berührung der Oberflächen zur Abschälung oder zum Abrieb, da keine starke Fixierung erzielt werden kann. Da die Oberfläche der Kernteilchen ferner mit oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem höheren Glasübergangspunkt bedeckt sind, ist ein solcher Toner für die tatsächliche Verwendung nicht geeignet.
Ein Kernteilchendurchmesser, der demjenigen von typischen pulverisierten Tonern entspricht, ist geeignet. Ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser, bezogen auf das Volumen, von 5–15 μm ist geeignet.
Als oberflächenmodifizierende feine Teilchen, die auf den Kernteilchen angehaftet und fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, kann ein Ladungssteuerungsmittel, ein Fluidisierungsmittel und/oder ein Färbemittel verwendet werden. Darüber hinaus können auch organische feine Teilchen und/oder magnetische oder nichtmagnetische, anorganische, feine Teilchen, die zur Bereitstellung von Funktionen vorgesehen sind, wie beispielsweise ein Anti-Offsetmittel, verwendet werden. Beispiele für solche anorganischen feinen Teilchen schliessen Titan und Silicium ein. Insbesondere dann, wenn thermoplastische, organische, feine Teilchen verwendet werden, kann das vorgenannte Tonerherstellungsverfahren, das durch die Warmverarbeitung gekennzeichnet ist, noch effektiver gemacht werden.
Konkrete Beispiele für thermoplastische, organische, feine Teilchen (organische, oberflächenmodifizierende, feine Teilchen), die verwendet werden können, schliessen Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Homopolymer oder Copolymere von Monomeren, wie Styrol, p-Methylstyrol, Natriumstyrolsulfonat, Vinylbenzylchlorid, Acrylsäure, Dimethylaminoethylacrylat, Methacrylsäure und Dimethylaminoethylmethacrylat, ein.
Ferner schliessen Beispiele für Polymerisationsinitiatoren, die zur Vermittlung einer positiven oder negativen Aufladungsfunktion bei den thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen in der Polymerisation verwendet werden können, Kaliumpersulfat, Ammoniumpersulfat und Amidinopropanbase oder ein Monomer mit einer polaren Gruppe, wie beispielsweise einer Aminogruppe, einer Amidgruppe, einer Carbonsäuregruppe oder einer Sulfonsäuregruppe ein.
Des weiteren schliessen Beispiele für Substanzen, die zur Erzielung eines Anti-Offseteffekts bei den thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen verwendet werden können, Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer und ein Isomer mit einer Polyethylenstruktur ein.
Es ist besonders bevorzugt, das die thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen einen Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1 μm aufweisen. Der Grund hierfür ist, dass bei der Kombination der Kernteilchen mit den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen eine gleichförmige Dispergierung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen über die Oberfläche der Kernteilchen zur Erzielung einer guten Oberflächenmodifizierung bevorzugt ist. Wenn die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen zu gross sind, wird die Dispergierung und Anhaftung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen schwierig.
Mit anderen Worten kann es dann, wenn die Dispergierung, Anhaftung und Kombinationsverarbeitung unter Verwendung von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von mehr als 1 μm durchgeführt wird, unmöglich sein, diese an der Oberfläche der Kernteilchen unter Anwendung schwacher Kräfte, wie beispielsweise elektrostatischer Kräfte und van-der-Waals-Kräfte, zu befestigen, und sie können getrennt von den Kernteilchen vorliegen. Da in diesem Fall ferner die Schicht aus oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen dicker ist, führt eine sofortige Warmbehandlung bei 150–400°C für 1 Sekunde oder weniger nicht zur ausreichenden Zuführung von Wärmeenergie zu den kombinierten Teilchen. Dadurch kann es unmöglich werden, die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ausreichend zu verschmelzen und an den Kernteilchen zu fixieren.
Eine Anhebung der Temperatur der Warmverarbeitung unter Berücksichtigung des Voranstehenden macht die Kernteilchen sphärisch, was nicht bevorzugt ist. Folglich kann durch Auswahl von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger eine starke Fixierung oder Filmbildung, die gegenüber Belastungen beständiger ist, erhalten werden. Als Ergebnis kann ein guter oberflächenmodifizierter Toner erhalten werden, der von Abschälungen oder Auftrennungen während der Anwendung frei ist und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Die thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen sollten vorzugsweise solche Wärmeeigenschaften aufweisen, dass ihr Glasübergangspunkt (Tg₂) höher ist als derjenige der Kernteilchen (Tg₁) und in einem Bereich von 60–100°C liegt. Wenn der Glasübergangspunkt höher ist als 100°C, führt die Warmverarbeitung bei 150–400°C für 1 Sekunde oder weniger nicht zur Zuführung von ausreichend Wärmeenergie. Folglich ist eine ausreichende Verschmelzung und Anhaftung nicht möglich. Wenn ferner mehr Wärmeenergie zugeführt wird, werden die Kernteilchen sphärisch, was zu Problemen, wie beispielsweise der Tonerstreuung und Filmbildung, führen kann.
Wenn der Glasübergangspunkt der thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen andererseits weniger als 60°C beträgt, besitzt der erzeugte Toner eine schlechte Konservierungseigenschaft (Lagerungsstabilität) und neigt zur gegenseitigen Verschmelzung und Aggregation von Tonerteilchen. Ferner sind die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen selbst brüchig und weisen eine unterlegene Haltbarkeit auf, was den Toner zur tatsächlichen Anwendung ungeeignet macht.
Die thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen sollten vorzugsweise solche Wärmeeigenschaften aufweisen, dass ihr Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht (Mw) 50.000–210.000 beträgt. Wenn das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht mehr als 210.000 beträgt, führt die unmittelbare Warmverarbeitung bei 150–400°C für 1 Sekunde oder weniger nicht zur Zuführung von ausreichend Wärmeenergie. Dadurch wird es unmöglich, die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ausreichend zu schmelzen und an den Kernteilchen zu fixieren. Wenn die Wärmeenergie zur Verschmelzung und Fixierung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen erhöht wird, werden die Kernteilchen sphärisch, was zu Problemen, wie beispielsweise Tonerstreuung und Filmbildung, führt.
Wenn das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht der thermoplastischen, organischen, feinen Teilchen andererseits weniger als 50.000 beträgt, besitzt der erzeugte Toner eine unterlegene Konservierungseigenschaft (Lagerungsstabilität) und die Tonerteilchen können miteinander verschmelzen oder aggregieren. Ferner sind die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen selbst brüchig und haben eine unterlegene Haltbarkeit, und die Festigkeit des erzeugten Bildes wird beeinträchtigt. Durch Auswahl von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht innerhalb des oben angegebenen Bereichs kann ein fester Zustand der Fixierung oder Filmbildung, der gegenüber Belastung besser beständig ist, erhalten werden, und folglich kann ein überlegener Toner erzielt werden, der frei von Abschälung oder Auftrennung während der Verwendung ist und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Bei Tonern, bei denen oberflächenmodifizierende feine Teilchen zuerst über Kernteilchen dispergiert und daran angehaftet und dann darauf fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, variiert die Anhaftungsfestigkeit der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen in Abhängigkeit von der Kompatibilität zwischen den fixierten oder filmverarbeiteten oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Oberfläche der Kernteilchen. Beispielsweise ist bei einer Kombination wie Wasser und Öl selbst dann, wenn ein Film gebildet wird, die Verschmelzungskraft an der Grenzfläche zwischen den beiden Teilchenarten schwach, und der Film wird bei Anwendung der geringsten Belastung abschälen. Folglich kann durch Auswahl einer Kombination mit guter Affinität ein Toner mit stärkerer Anhaftung hergestellt werden, der nicht zu Problemen bei der tatsächlichen Anwendung neigt, wie beispielsweise der Tonerstreuung, der Bildverschleierung und der Filmbildung. Insbesondere wird in dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren eine Warmverarbeitung von kurzer Dauer zur Fixierung oder Erzeugung eines Films aus den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf den Kernteilchen, ohne die Kernteilchen sphärisch zu machen, angewandt. Folglich ist die Kompatibilität der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (d.h. die Oberflächeneigenschaften zwischen Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen) ein wichtigerer Aspekt als in Herstellungsverfahren, bei denen beispielsweise die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen durch mechanische Kräfte in die Oberfläche der Kernteilchen eingebettet werden.
Ein Index für die Kompatibilität eines organischen hochmolekularen Materials ist dessen Löslichkeitsparameter (SP)-Wert. Dieser SP-Wert ist die Quadratwurzel eines Werts, der Erhalten wird durch Dividieren der molaren Verdampfungsenergie eines flüssigen, organischen, hochmolekularen Materials durch sein Molvolumen. SP-Werte von 6–17 sind typisch. Hochmolekulare Materialien mit nahe beieinanderliegenden SP-Werten werden im allgemeinen als eine gute Kompatibilität besitzend angesehen. Beispielsweise haben die folgenden Materialien, die weitverbreitet als Binderharze für Toner verwendet werden, die folgenden SP-Werte: Styrol-Methacrylharze: 8,3–9,5; Polyesterharze: um 10,7. Ferner haben die folgenden Materialien, die als organische, oberflächenmodifizierende, feine Teilchen verwendet werden, die folgenden SP-Werte: Polymethylmethacrylat (PMMA): 8,9–9,5; Polybutylmethacrylat (PBMA): 8,4–9,5. Die Bereiche bezüglich der SP-Werte ergeben sich aufgrund von Unterschieden im Molekulargewicht, der Zusammensetzung usw. des Harzes, der Menge des zugegebenen Polymerisationsinitiators usw.
Hierbei können bei der Kombination der Kernteilchen und der organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen die beiden kombinierten Materialien als eine gute Kompatibilität aufweisend bezeichnet werden, wenn der absolute Wert der Differenz ihrer SP-Werte 2,0 oder weniger beträgt. In diesem Fall kann ein guter Zustand, in dem nicht sie nicht Abschälen oder Auftrennen, erzielt werden, da eine starke Fixierung oder Schichtbildung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen möglich ist. Mit Kombinationen, bei denen der absolute Wert der vorgenannten Differenz mehr als 2,0 beträgt, neigen die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen durch die Belastungen beim Rühren in der Entwicklungsvorrichtung usw. zur Abschälung oder Abtrennung, was zu Problemen, wie Tonerstreuung und Filmbildung, führt.
Nach Berechnung der benötigten Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen zur Bedeckung der Oberfläche eines Kernteilchens aus dem Durchmesser der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen wird im allgemeinen die zuzugebende Menge an organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen anhand des Prozentsatzes der zu bedeckenden Oberfläche der Kernteilchen oder der Qualitäten der Schicht aus anzuhaftenden, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen bestimmt. In dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren kann eine beliebige Menge oberflächenmodifizierender, feiner Teilchen, die während der Anhaftungs/Kombinations-Verarbeitung an der Oberfläche der Kernteilchen angehaftet werden kann, während der Oberflächenmodifizierungsverarbeitung darauf fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden. Im allgemeinen ist die Zugabemenge nicht mehr als 20 Gew.-Teile oberflächenmodifizierender feiner Teilchen auf 100 Gew.-Teile Kernteilchen.
In dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren ist es jedoch bevorzugt, dass die Zugabemenge in oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen 0,1–15 Gew.-Teile beträgt. Wenn weniger als 0,1 Gew.-Teile zugegeben werden, ist die Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen zu gering. In diesem Fall treten Probleme auf, wie beispielsweise eine fehlende Konservierung aufgrund einer unzureichenden Bedeckung der Oberfläche der Kernteilchen, ein Verlust der Effekte der Oberflächenmodifizierung, da die Kernteilchen leicht sphärisch werden, usw.
Wenn andererseits mehr als 15 Gew.-Teile oberflächenmodifizierender feiner Teilchen zugegeben werden, wird die Schicht aus oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen zu dick. In diesem Fall wird bei der unmittelbaren Warmverarbeitung im erfindungsgemässen Herstellungsverfahren keine ausreichende Wärmemenge zur Oberfläche der Kernteilchen zugeführt, und die zur Fixierung der oder Ausbildung eines Films aus den oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen benötigte Verschmelzung wird nicht erreicht, was mit einige Wahrscheinlichkeit zu Problemen führt, wie beispielsweise Filmbildung, Streuung und Bildverschleierung aufgrund von Abschälung oder Abtrennung. Eine Anhebung der Temperatur der Warmverarbeitung zur Vermeidung dieses Effekts ist nicht bevorzugt, da die Kernteilchen sphärisch werden und ein gegenseitiges Verschmelzen von Tonerteilchen auftritt. Aus diesem Grund können durch Auswahl der zuzugebenden Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen innerhalb des oben angegebenen Bereichs die gewünschten Funktionen (Ladungssteuerung, Verbesserung der Konservierung usw.) vermittelt werden, es kann ein fester Zustand der Fixierung oder Filmbildung, der gegenüber Belastung beständiger ist, erhalten werden, und folglich kann ein überlegener Toner erhalten werden, der frei von Abschälung oder Abtrennung während der Anwendung ist, und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Es ist festzuhalten, dass die Verbesserung der Reinigungseigenschaften durch Verwendung unregelmässig geformter Tonerteilchen den gegenteiligen Effekt besitzt im Vergleich zur Verbesserung der Aufladungseigenschaften und der Fliessfähigkeit, indem die Tonerteilchen sphärisch gemacht werden. Die für einen pulverisierten Toner erforderlichen Aufladungseigenschaften und Fliessfähigkeiten variieren jedoch in Abhängigkeit von der verwendeten Kopier- oder Druckmaschine. Folglich ist es nicht immer erforderlich, die Aufladungseigenschaften und die Fliessfähigkeit zu verbessern, indem die Tonerteilchen sphärisch gemacht werden.
Konkrete Beispiele für erfindungsgemässe Toner werden nachfolgend als konkrete Beispiele 1 bis 6 erläutert.
KONKRETES BEISPIEL 1
Die im konkreten Beispiel 1 verwendeten Kernteilchen wurden hergestellt durch Vermischen von 100 Gew.-Teilen Styrol-Acryl-Copolymer-Binderharz, 6 Gew.-Teilen Russ und 3 Gew.-Teilen niedermolekulargewichtigem Polypropylen in einem Henschel-Mischer, Schmelzen und Kneten dieser Mischung bei 150°C unter Verwendung eines Zwei-Wellen-Extrusionskneters, und dann wurde die geknetete Mischung nach dem Abkühlen zuerst unter Verwendung einer Federmühle grob gemahlen und dann in einer Strahlmühle gemahlen und aufgetrennt. Diese Kernteilchen waren unregelmässig geformte Teilchen mit einem Volumendurchschnittsdurchmesser von 10,5 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche (S₁) von 1,70 m²/g.
Die verwendeten organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen waren aus Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt und wiesen einen Volumendurchschnittsdurchmesser von 0,15 μm und eine BET-spezifische Oberfläche (S₂) von 37,8 m²/g auf.
Unter Verwendung der vorgenannten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen wurde nach dem folgenden Verfahren Toner hergestellt.
Zuerst wurde unter Einstellung der Zugabemenge der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf 5 Gew.- Teile (X = 5/(100 + 5) = 0,048) auf 100 Gew.-Teile Kernteilchen die beiden Teilchenarten in einen Henschel-Mischer gegeben und bei 1.500 U/min (Randgeschwindigkeit 10 m/s) für 30 Minuten gerührt. Auf diese Weise wurden die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen verteilt und durch van-der-Waals-Kräfte und elektrostatische Kräfte daran angehaftet, wodurch kombinierte Teilchen in geordneter Mischung erhalten wurden.
Unter Verwendung des Heissluftstrom-Oberflächenmodifizierungsvorrichtung-Suffusing-Systems (Produkt von Japan Pneumatic Industries Co., Ltd.) für die Heissluftstrombearbeitung (Warmverarbeitung, wie in 2 gezeigt) zur Fixierung oder Filmbildung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen wurde dadurch ein Toner erhalten, dass die kombinierten Teilchen für eine kurze Dauer von 1 Sekunde oder weniger dem Heissluftstrom ausgesetzt wurden.
An dieser Stelle wurde zur Messung der BET-spezifischen Oberfläche der Kernteilchen (S₁), der BET-spezifischen Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (S₂) und der BET-spezifischen Oberfläche des erhaltenen Toners (S) ein Wert angenommen, der erhalten wurde nach dem Ein-Punkt-Messverfahren unter Verwendung der BET-spezifischen Oberflächenmessvorrichtung Gemini 2360 (Produkt von Shimadzu Manufacturing).
Zur Messung des Volumendurchschnitts-Teilchendurchmessers der Kernteilchen und des Volumendurchschnitts-Teilchendurchmessers des Toners (D) wurde der Multisizer (II)(Produkt von Cultor Electronics Ltd.) verwendet, und zur Messung des Volumendurchschnitts-Teilchendurchmessers der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen wurde ein Mastersizer (Produkt von Malvern Instruments Ltd.) verwendet.
Im konkreten Beispiel 1 wurden die Proben (T1) bis (T6), wie in Tabelle 1 gezeigt, erhalten durch Veränderung der Temperatur der Heissluft zum Zeitpunkt der Heissluftstromverarbeitung. Anders gesagt wurde die Heissluftverarbeitung bei sechs Temperaturen von 100–450°C mit kombinierten Teilchen durchgeführt, die hergestellt wurden durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierter feiner Teilchen (mit einem Volumendurchschnittsdurchmesser von 0,15 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche von 37,8 m²/g) zu der Oberfläche von 100 Gew.-Teilen unregelmässig geformter Kernteilchen (mit einem Volumendurchschnittsdurchmesser von 10,5 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche von 1,70 m²/g.). Da S₁ = 1,70 m²/g), S₂ = 37,8 (m²/g) und X = 0,048 (m²/g), ist hier die BET-spezifische Oberfläche der kombinierten Teilchen (S₀), berechnet unter Verwendung der obigen Gleichung (2), 3,43 (m²/g).
TABELLE 1
Als nächstes zeigt Tabelle 2 die Ergebnisse der Auswertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt unter Verwendung von jeweils den Proben (T1) bis (T6) mit 0,3 Gew.-Teilen Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972), das als Fluidisierungsmittel beigemischt war. Tabelle 2 zeigt ferner die Werte bezüglich der Gleichungen (1), (4) und (5) für jede Probe.
Die Auswertung des tatsächlichen Kopiervorgangs wurde durchgeführt durch fortlaufendes Kopieren von 10.000 Blatt unter Verwendung einer Kopiermaschinen von Sharp Co. (SF-2027) und anschliessende Bewertung der Bildverschleierung, Tonerstreuung, Filmbildung und schlechten Reinigung. In der Tabelle kennzeichnet "O", dass die Bewertung nach dem Kopiervorgang gut war, "Δ" kennzeichnet die Grenze des Akzeptablen bei der Anwendung, und "x" kennzeichnet eine schlechte Bewertung. Bezüglich der Bewertung von Probe (T1) war die Bildverschlechterung durch Filmbildung so deutlich, dass der Kopiervorgang nach 6.000 Blatt abgebrochen wurde.
Ferner entspricht in Tabelle 2 S/S₀ dem Koeffizienten von S₀ (linke Seite der Gleichungen (1), (4) und (5)), und S/S_calc entspricht dem Koeffizienten von S_calc (rechte Seite der gleichen Gleichung). Die spezifische Dichte der Tonerteilchen (ρ) betrug 1,1 × 106 (g/m³).
Wie in Tabelle 2 gezeigt, war bei Probe (T1), die eine Heissluftstromverarbeitung bei 100°C durchlaufen hatte, die Fixierung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen unzureichend, und es trat eine Bildverschleierung und Tonerstreuung auf. Nach etwa 5.000 Kopien trat ferner eine Filmbildung auf. Darüber hinaus trat mit Probe (T6), die eine Heissluftstromverarbeitung bei 450°C durchlaufen hatte, nach etwa 8.500 Kopien eine schlechte Reinigung auf, was von Bildverschleierung und Tonerstreuung begleitet wurde.
Als Ergebnis ist ersichtlich, dass eine Heisslufttemperatur von mehr als 100°C, aber weniger als 450°C bevorzugt ist. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,64 > S/S₀ > 0,14 und 4,42 > S/S_calc > 1,07, und da der maximale Grenzwert für die BET-spezifische Oberfläche des Toners auf S₀ basiert, sowie dessen minimaler Grenzwert auf S_calc, sind die erhaltenen Bedingungen wie folgt: 0,64 S₀ > S > 0,107 S_calc.
Mit den Proben (T2) bis (T5) wurden bei der Auswertung nach 10.000 Kopien gute Bilder erhalten, die an der Grenze des Annehmbaren bei der Verwendung oder darüber lagen. Daher ist ersichtlich, dass Temperaturbedingungen von 150–400°C bevorzugt sind. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,60 > S/S₀ ≥ 0,15 und 4,12 ≥ S/S_calc ≥ 1,12 und aus den gleichen Gründen wie oben sind die erhaltenen Bedingungen 0,60 S₀ ≥ S ≥ 1,12 S_calc.
Ferner waren bei den Proben (T3) bis (T5) alle Auswertungen gut, was zeigt, dass die Temperaturbedingungen von 200–400°C noch weiter bevorzugt waren. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET- spezifische Oberfläche 0,38 ≥ S/S₀ > 0,15 und 2,57 ≥ S/S_calc ≥ 1,12 und aus den gleichen Gründen wie oben sind die erhaltenen Bedingungen 0,38 S₀ ≥ S ≥ 1,12 S_calc.
Es gibt Fälle, in denen die gemessene BET-spezifische Oberfläche des Toners, der die Heissluftstromverarbeitung durchlaufen hat, nahe der berechneten BET-spezifischen Oberfläche eines hypothetischen Toners mit Teilchen, die perfekte Kugeln darstellen, liegt. Der Grund hierfür ist die Glättung der Oberfläche der Teilchen. Die Untersuchung mittels SEM hat gezeigt, dass bei Teilchen mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens dem 1,1-fachen derjenigen von hypothetischen Teilchen, die perfekte Kugeln darstellen, die Teilchen nichtsphärisch sind und eine ausreichend unregelmässige Form beibehalten.
KONKRETES BEISPIEL 2
Als nächstes wurden die Proben (T4) und (T7) bis (T10), wie in Tabelle 3 gezeigt, in der gleichen Weise wie im konkreten Beispiel 1 hergestellt, ausser dass die Temperatur der Heissluftstromverarbeitung konstant gehalten wurde, während der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen verändert wurde. Anders gesagt wurden unregelmässig geformte Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 10,5 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche (S₁) von 1,70 m²/g verwendet. Dann wurden fünf Typen kombinierter Teilchen (Proben (T4) und (T7) bis (T10)) hergestellt durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1–2,0 μm zu der Oberfläche der Kernteilchen. Jede Art kombinierter Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet.
Tabelle 4 zeigt ferner die Ergebnisse der Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt unter Verwendung der Proben (T4) und (T7) bis (T10), denen, wie im konkreten Beispiel 1, 0,3 Gew.-Teile Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972) als Fluidisierungsmittel beigemischt waren. Tabelle 4 zeigt auch die Werte bezüglich der Gleichungen (1), (4) und (5) für jede Probe. Das Verfahren zur Durchführung dieser Auswertungen war das gleiche wie im konkreten Beispiel 1. Darüber hinaus war die spezifische Dichte (ρ) der Tonerteilchen wie im konkreten Beispiel 1 1,1 × 106 (g/m³).
Wie in Tabelle 4 gezeigt, trat bei Probe (T10), die PMMA oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 2,0 μm verwendete, eine Verschleierung von weissen Bereichen des Bildes und eine Tonerstreuung in einem solchen Ausmass auf, dass der Toner für die Anwendung ungeeignet war. Dieses wird möglicherweise hervorgerufen durch eine grosse Menge feinen Tonerpulvers aufgrund einer grossen Anzahl von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die getrennt von den Kernteilchen vorliegen, ohne dran angehaftet zu sein, und durch unzureichende Aufladungsstabilität und des Versagens, eine gleichförmige Schicht zu bilden.
Daher ist ersichtlich, dass PMMA oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von weniger als 2,0 μm bevorzugt sind. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,71 > S/S₀ und 2,75 > S/S_calc, und da der maximale Grenzwert für die BET-spezifische Oberfläche des Toners auf S₀ basiert, sind die erhaltenen Bedingungen 0,71 S₀ > S.
Ferner wurden mit den Proben (T7), (T4), (T8) und (T9) Kopiereigenschaften erzielt, die an der Grenze des Akzeptablen für die Verwendung oder darüber liegen. Folglich wurde bestätigt, dass PMMA oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,1–1,0 μm bevorzugt sind. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,33 ≥ S/S₀ und 1,83 ≥ S/S_calc, und aus den gleichen Gründen wie oben sind die erhaltenen Bedingungen 0,33 S₀ ≥ S.
Ferner waren bei den Proben (T7), (T4) und (T8) alle Bewertungen gut, was bestätigt, dass PMMA oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,1–0,4 μm noch weiter bevorzugt sind. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,27 ≥ S/S₀ und 1,53 ≥ S/S_calc, und aus den gleichen Gründen wie oben sind die erhaltenen Bedingungen 0,27 S₀ ≥ S.
KONKRETES BEISPIEL 3
Als nächstes wurden die Proben (T4) und (T11) bis (T14), wie in Tabelle 5 gezeigt, in der gleichen Weise wie im konkreten Beispiel 1 hergestellt, ausser dass die Temperatur der Heissluftstromverarbeitung konstant gehalten wurde, während die Zugabemenge der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen verändert wurde. Anders gesagt wurden unregelmässig geformte Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 10,5 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche (S₁) von 1,70 m²/g verwendet. Dann wurden fünf Typen kombinierter Teilchen (Proben (T4) und (T11) bis (T14)) hergestellt durch Zugabe von PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,15 μm und einer BET-spezifischen Oberfläche (S₂) von 37,8 m²/g zu der Oberfläche der Kernteilchen im Mengenbereich von 0,1–20 Gew.-Teilen. Jede Art kombinierter Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet.
Tabelle 6 zeigt ferner die Ergebnisse der Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt unter Verwendung der Proben (T4) und (T11) bis (T14), denen, wie im konkreten Beispiel 1, 0,3 Gew.-Teile Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972) als Fluidisierungsmittel beigemischt waren. Tabelle 6 zeigt auch die Werte bezüglich der Gleichungen (1), (4) und (5) für jede Probe. Das Verfahren zur Durchführung dieser Bewertungen war das gleiche wie im konkreten Beispiel 1. Darüber hinaus war die spezifische Dichte (ρ) der Tonerteilchen wie im konkreten Beispiel 1, d.h.
1,1 × 106 (g/m³).
Wie in Tabelle 6 gezeigt, trat bei Probe (T14), der 20 Gew.-Teile PMMA oberflächenmodifizierende feine Teilchen zugegeben worden waren, eine Bildverschleierung und Tonerstreuung, sowie nach dem Kopieren von etwa 8.000 Blatt eine Filmbildung in einem solchen Ausmass auf, dass der Toner für die Anwendung ungeeignet war.
Daher ist ersichtlich, dass die Zugabe von weniger als 20 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen bevorzugt ist. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,79 > S/S₀ und 13,4 > S/S_calc, und da der maximale Grenzwert für die BET-spezifische Oberfläche des Toners auf S₀ basiert, sind die erhaltenen Bedingungen 0,79 S₀ > S.
Ferner waren mit den Proben (T11), (T12), (T4) und (T13) die Kopiereigenschaften an der Grenze des Akzeptablen oder besser. Daher wurde bestätigt, dass die Zugabe von 0,1–15 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen bevorzugt ist. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,57 ≥ S/S₀ und 7,74 ≥ S/S_calc ≥ 1,10. Folglich sind aus den gleichen Gründen wie oben die erhaltenen Bedingungen 0,57 S₀ ≥ S ≥ 1,10 S_calc.
Ferner waren bei den Proben (T12) und (T4) alle Bewertungen gut. Folglich wurde bestätigt, dass die Zugabe von 1–5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen weiter bevorzugt war. In diesem Fall sind die Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,28 ≥ S/S₀ ≥ 0,19 und 1,27 ≥ S/S_calc ≥ 1,13, und aus den gleichen Gründen wie oben sind die erhaltenen Bedingungen 0,28 S₀ ≥ S ≥ 1,13 S_calc.
Die vorstehenden konkreten Beispiele 1 bis 3 zeigen, dass bevorzugte Bedingungen für die BET-spezifische Oberfläche 0,64 S₀ > S > 1,07 S_calc sind. Ferner wurde gezeigt, dass Bedingungen von 0,60 S₀ ≥ S ≥ 1,10 S_calc bevorzugt sind und das Bedingungen von 0,38 S₀ ≥ S ≥ 1,12 S_calc noch weiter bevorzugt sind.
KONKRETES BEISPIEL 4
Als nächstes wurden die Proben (T15) bis (T19), wie in Tabelle 7 gezeigt, in der gleichen Weise wie im konkreten Beispiel 1 hergestellt, ausser dass der Glasübergangspunkt (Tg₂) und das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht (Mw) der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen konstant gehalten wurde, während der Glasübergangspunkt der Kernteilchen (TG₁) verändert wurde. Anders gesagt wurden Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 10,5 μm und Glasübergangspunkten im Bereich von 35–75°C verwendet. Dann wurden fünf Arten kombinierter Teilchen (Proben (T15) bis (T19)) hergestellt durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,15 μm, einem Glasübergangspunkt von 72°C und einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 120.000 zu der Oberfläche jedes Kernteilchentyps. Jeder Typ kombinierter Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet.
Darüber hinaus wurden die Proben (T17) und (T20) bis (T23), wie in Tabelle 7 gezeigt, in der gleichen Weise wie im konkreten Beispiel 1 hergestellt, ausser dass der Glasübergangspunkt der Kernteilchen (Tg) und das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Mw) konstant gehalten wurden, während der Glasübergangspunkt der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Tg₂) variiert wurde. Anders gesagt wurden Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser, der auf 10,5 μm eingestellt war, und die einen Glasübergangspunkt von 55°C aufweisen, verwendet. Dann wurden fünf Typen kombinierter Teilchen (Proben (T17) und (T20) bis (T23)) hergestellt durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,15 μm, Glasübergangspunkten im Bereich von 55–108°C und einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 120.000 zu der Oberfläche der Kernteilchen. Jeder Typ kombinierter Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet.
Tabelle 7 zeigt die der Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt, Fixieren und Konservieren unter Verwendung der Proben (T15) bis (T23), denen, wie im konkreten Beispiel 1, 0,3 Gew.-Teile Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972) als Fluidisierungsmittel beigemischt waren.
Das Verfahren zur Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs war das gleiche wie im konkreten Beispiel 1
Die Fixierung wurde bewertet mittels Durchführung eines Reibtests (1 kgw) mit einem Sandstrahler (Lion Co., Ltd., Produkt ER-502K) in einer Vorrichtung zum Testen der Reibfestigkeit, und anschliessende Messung des Prozentsatzes des nach dem Reiben verbleibenden fixierten Toners. Wenn bei dieser Bewertung 80% oder mehr des Toners nach dem Reiben zurückblieben, wurde der Toner als für die tatsächliche Verwendung zufriedenstellend angesehen.
Die Konservierung wurde bewertet durch Befüllen einer Kartusche für die Kopiermaschine (SF-2027) mit 320 g Toner, Stehenlassen bei 45°C für 2 Wochen und anschliessende Überprüfung auf Blockierung.
Da die Proben (T16) bis (T18), wie in Tabelle 7 gezeigt, eine gute Bewertung des Kopiervorgangs, der Fixierung und Konservierung aufwiesen, wurde gezeigt, dass Kernteilchen mit einem Glasübergangspunkt von 40–70°C bevorzugt sind. Im Gegensatz dazu zeigte Probe (T15), die Kernteilchen mit einem Glasübergangspunkt von 75°C aufwies, eine verschlechterte Fixierung. Andererseits zeigte Probe (T19), die Kernteilchen mit einem Glasübergangspunkt von 35°C aufwies, eine schlechte Bewertung des Kopiervorgangs in jedem Bereich, und die Konservierung war beeinträchtigt, wodurch sie für die tatsächliche Verwendung ungeeignet war.
Darüber hinaus zeigten die Proben (T21), (T17) und (T22) eine gute Bewertung des Kopiervorgangs, der Fixierung und der Konservierung. Folglich wurde gezeigt, dass oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Glasübergangspunkt von 60–100°C bevorzugt sind. Im Gegensatz dazu trat bei Probe (T20), die oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Glasübergangspunkt von 108°C aufwies, eine Bildverschleierung und Filmbildung auf, und auch die Fixierung war beeinträchtigt. Bei Probe (T23), die oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Glasübergangspunkt von 55°C aufwies, traten eine Bildverschleierung und eine schlechte Reinigung auf und die Konservierung war beeinträchtigt. Aus diesen Gründen waren die Proben (T20) und (T23) für die tatsächliche Verwendung ungeeignet.
KONTKRETES BEISPIEL 5
Als nächstes wurden die Proben (T17) und (T24) bis (T27), wie in Tabelle 8 gezeigt, in der gleichen Weise wie im konkreten Beispiel 1 hergestellt, ausser dass die Glasübergangspunkte der Kernteilchen (TG₁) und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Tg₂) konstant gehalten wurden, während das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht (Mw) der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen variiert wurde. Mit anderen Worten wurden Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser, der auf 10,5 μm eingestellt war, und die einen Glasübergangspunkt von 55°C aufwiesen, verwendet. Dann wurden fünf Arten kombinierter Teilchen (Proben (T17) und (T24) bis (T27)) hergestellt durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen PMMA oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,15 μm, einem Glasübergangspunkt von 72°C und Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewichten im Bereich von 45.000–250.000 zu der Oberfläche der Kernteilchen. Jeder Typ der kombinierten Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet.
Ferner zeigt Tabelle 8 die Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt, der Fixierung und der Konservierung unter Verwendung jeder der Proben (T17) und (T24) bis (T27), denen, wie im konkreten Beispiel 1, 0,3 Gew.-Teile Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972) als Fluidisierungsmittel beigemischt waren. Das Verfahren zur Durchführung dieser Bewertungen war das gleiche wie im konkreten Beispiel 1. Ferner waren die Verfahren zur Bewertung der Fixierung und der Konservierung die gleichen wie im konkreten Beispiel 4.
Da die Proben (T25), (T17) und (T26), wie in Tabelle 8 gezeigt, eine gute Bewertung des Kopiervorgangs, der Fixierung und der Konservierung aufwiesen, wurde gezeigt, dass ein Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen von 50.000–210.000 bevorzugt ist. Im Gegensatz dazu waren bei Probe (T24), die ein Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 45.000 aufwies, die Fixierung und die Konservierung beeinträchtigt. Andererseits zeigte Probe (T27), die ein Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 250.000 hatte, eine schlechte Bewertung des Kopiervorgangs in jedem Bereich, und auch die Fixierung war beeinträchtigt. Folglich waren die Proben (T24) und (T27) für die tatsächliche Verwendung ungeeignet.
KONKRETES BEISPIEL 6
Als nächstes wurden die Proben (T28) bis (T30), wie in Tabelle 9 gezeigt, unter Verwendung von Kernteilchen aus Styrol-Acryl-Copolymer oder Polyesterharz und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen aus PMMA oder Styrol-PBMA-Copolymer hergestellt. Anders gesagt wurden zwei Arten von Kernteilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser, der auf 10,5 μm eingestellt war, verwendet. Dann wurden drei Arten kombinierter Teilchen (Proben (T28) bis (T30)) hergestellt durch Zugabe von 5 Gew.-Teilen oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von 0,4 μm, aber mit unterschiedlichen SP-Werten zu der Oberfläche jedes Kernteilchentyps. Jeder Typ der kombinierten Teilchen wurde dann in einem Heissluftstrom bei 300°C verarbeitet, wodurch Toner mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von etwa 11,5 μm erhalten wurden.
Tabelle 9 zeigt ferner die Ergebnisse der Bewertung des tatsächlichen Kopiervorgangs nach dem Kopieren von 10.000 Blatt unter Verwendung der Proben (T28) bis (T30), denen, wie im konkreten Beispiel 1, 0,3 Gew.-Teile Silica (Nippon Aerosil Co., Ltd., Produkt R972) als Fluidisierungsmittel beigemischt waren.
Wie Tabelle 9 zeigt, trat mit Probe (T30), worin die Differenz der SP-Werte der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen 2,2 betrug, aufgrund von Abschälung und Abtrennung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen von der Oberfläche der Kernteilchen eine Bildverschleierung auf, und ferner trat nach etwa 7.000 Kopien eine Filmbildung auf. Aus diesem Grund wurde gezeigt, dass eine Differenz der SP-Werte von weniger als 2,2 bevorzugt ist. Da die Proben (T28) und (T29) gute Bewertungen in jedem Bereich aufwiesen, wurde ferner gezeigt, dass eine Differenz der SP-Werte von 2,0 oder weniger weiter bevorzugt ist.
Wie oben diskutiert wurde, ist der elektrofotografische Toner gemäss der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut aus unregelmässig geformten Kernteilchen, die hauptsächlich aus Binderharz zusammengesetzt sind, und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die zuerst über der Oberfläche der Kernteilchen verteilt und daran angehaftet und dann darauf fixiert oder zu einem Film verarbeitet werden, so dass Tonerteilchen hergestellt werden, worin die BET-spezifische Oberfläche, basierend auf der N2-Adsorption, der Tonerteilchen folgendes erfüllt: 0,64 S0 > S > 1, 07 × [3/(ρD/2)];und S0 = S1X + S2 (1 – X),worin:
S die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen ist;
S₀ die BET-spezifische Oberfläche der miteinander kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ist;
S₁ die BET-spezifische Oberfläche der Kernteilchen alleine ist;
S₂ die BET-spezifische Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine ist;
ρ die spezifische Dichte der elektrofotografischen Tonerteilchen ist;
D der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der elektrofotografischen Tonerteilchen ist; und
X das Verhältnis der Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Gew.-Teile) zu der Menge der Summe der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen (beide in Gew.-Teilen) ist.
Mit der vorstehenden Struktur ist die BET-spezifische Oberfläche des Toners weniger als 0,64 S₀; mit anderen Worten sind die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen in ausreichender Weise an der Oberfläche der feinen Kernteilchen fixiert, und daher treten Probleme, wie Filmbildung und Tonerstreuung nicht auf. Ferner ist die BET-spezifische Oberfläche des Toners grösser als das 1,07-fache derjenigen von hypothetischen Tonerteilchen, die perfekte Kugeln darstellen; mit anderen Worten sind die Tonerteilchen nicht sphärisch und folglich kann eine schlechte Reinigung vermieden werden.
Als Ergebnis kann ein oberflächenmodifizierter Toner erzielt werden, worin die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die über die Oberfläche der Kernteilchen dispergiert und darauf angehaftet sind, darauf ausreichend fest fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, so dass sie nicht davon abgeschält oder abgetrennt werden, ohne jedoch sphärische Tonerteilchen zu erzeugen, wodurch die obigen Probleme, wie beispielsweise eine schlechte Reinigung, vermieden werden.
Ferner ist es weiter bevorzugt, dass der elektrofotografische Toner Tonerteilchen mit einer BET-spezifischen Oberfläche von nicht mehr als dem 0,60-fachen der BET-spezifischen-Oberfläche der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen in Kombination miteinander und nicht mehr als dem 1,10-fachen der BET-spezifischen Oberfläche von hypothetischen Tonerteilchen, die perfekte Kugeln darstellen, aufweist. In diesem Fall kann ein besserer Toner erhalten werden, bei dem eine schlechte Reinigung und Abschälung oder Abtrennung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen nicht auftritt.
Ferner ist es noch weiter bevorzugt, dass der elektrofotografische Toner Tonerteilchen mit einer BET-spezifischen Oberfläche von nicht mehr als dem 0,38-fachen der BET-spezifischen Oberfläche der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen in Kombination miteinander und nicht mehr als dem 1,12-fachen der BET-spezifischen Oberfläche von hypothetischen Tonerteilchen, die perfekte Kugeln darstellen, aufweist. In diesem Fall kann ein noch besserer Toner erhalten werden, bei dem eine schlechte Reinigung und die Abschälung unter Abtrennung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen nicht auftritt.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der elektrofotografische Toner aufgebaut ist aus oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Glasübergangspunkt, der höher ist als derjenige der Kernteilchen, und dass der Glasübergangspunkt der Kernteilchen 40–70°C und derjenige der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen 60–100°C beträgt.
In diesem Fall werden oberflächenmodifizierende feine Teilchen verwendet, die einen höheren Glasübergangspunkt aufweisen als denjenigen der Kernteilchen. oberflächenmodifizierende feine Teilchen, die innerhalb eines Bereichs liegen, in dem die Fixiereigenschaften nicht aufgegeben werden, werden mit Kernteilchen kombiniert, die zur Niedertemperaturfixierung unter Aufrechterhaltung einer starken Fixierung in der Lage sind. Daher kann die Niedertemperaturfixierung der Kernteilchen realisiert und die Konservierung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen verbessert den, wodurch ein Toner mit überlegener Niedertemperaturfixierung und Konservierung ermöglicht wird. Ferner kann mit der vorgenannten Kombination ein Toner erhalten werden, der frei von Abschälung oder Abtrennung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn in dem elektrofotografischen Toner oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1 μm verwendet werden. In diesem Fall kann durch Verwendung von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1 μm ein starker Zustand der Fixierung oder Filmbildung, die gegenüber Belastung beständig ist, erzielt werden, wodurch ein überlegener Toner ermöglicht wird, der nicht zur Abschälung oder Abtrennung neigt, und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Ferner ist es bevorzugt, dass die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen, die in dem elektrofotografischen Toner verwendet werden, organische oberflächenmodifizierende feine Teilchen mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 50.000–210.000 sind. In diesem Fall kann durch Verwendung von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht innerhalb des vorgenannten Bereichs ein starker Zustand der Fixierung oder Filmbildung der gegenüber Belastung beständig ist, erhalten werden, wodurch ein überlegener Toner ermöglicht wird, der nicht zur Abschälung oder Abtrennung neigt und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Ferner ist es bevorzugt, dass die in dem elektrofotografischen Toner verwendeten oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen organische, oberflächenmodifizierende, feine Teilchen sind und dass der absolute Wert der Differenz der Löslichkeitsparameterwerte der organischen, oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen nicht mehr als 2,0 ist. In diesem Fall haben die beiden Materialien eine gute Kompatibilität, da die Differenz der Löslichkeitsparameterwerte der organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen und des Binderharzes der Kernteilchen nicht mehr als 2,0 beträgt, was zu einem starken Zustand der Fixierung oder Filmbildung führt, wodurch ein überlegener Toner ermöglicht wird, der nicht zur Abschälung oder Abtrennung neigt und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die in dem elektrofotografischen Toner verwendeten oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen organische, oberflächenmodifizierende, feine Teilchen sind, und dass 0,1–15 Gew.-Teile der organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen zu 100 Gew.-Teilen der Kernteilchen zugegeben werden. In diesem Fall kann durch Zugabe der organischen, oberflächenmodifizierenden, feinen Teilchen in einer Menge innerhalb des vorgenannten Bereichs eine gewünschte Leistung, wie beispielsweise Ladungssteuerung und Verbesserung der Konservierung, vermittelt werden und es kann ein starker Zustand der Fixierung oder Filmbildung, die gegenüber Belastung beständig ist, erhalten werden, wodurch ein überlegener Toner ermöglicht wird, der nicht zur Abschälung oder Abtrennung neigt und der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von elektrofotografischem Toner schliesst die Schritte der Verteilung und Anhaftung von oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche von unregelmässig geformten Kernteilchen, die hauptsächlich aus Binderharz aufgebaut sind, ein, wodurch kombinierte Teilchen erzeugt werden, sowie Fixierung oder Filmbildung der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen, wodurch Tonerteilchen hergestellt werden, wobei die Tonerteilchen so hergestellt werden, dass ihre BET-spezifische Oberfläche, basierend auf der N2-Adsorption, folgendes erfüllt: 0,64 S0 > S > 1,07 × [3/(ρD/2)];und S0 = S1X + S2 (1 – X),worin:
S die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen ist;
S₀ die BET-spezifische Oberfläche der miteinander kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ist;
S₁ die BET-spezifische Oberfläche der Kernteilchen alleine ist;
S₂ die BET-spezifische Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine ist;
ρ die spezifische Dichte der elektrofotografischen Tonerteilchen ist;
D der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der elektrofotografischen Tonerteilchen ist; und
X das Verhältnis der Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Gew.-Teile) zu der Menge der Summe der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen (beide in Gew.-Teilen) ist.
Mit der vorstehenden Herstellungsverfahren kann der Zustand der Oberflächenmodifizierung gesteuert werden, da der Zustand der Oberflächenmodifizierung mittels der BET-spezifischen Oberfläche quantitativ erfasst werden kann, wodurch ein Toner hergestellt wird, der in einem gleichförmigen und stabilen Zustand ist. Hierbei kann der Zustand der Oberflächenmodifizierung gesteuert werden durch Verändern der verschiedenen Parameter des Herstellungsverfahrens (die Vorrichtungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Einwirkungsdauer und Verarbeitungsmenge, einschliesst, sowie die Zusammensetzung, das Mischungsverhältnis, den Teilchendurchmesser, die Form, den Glasübergangspunkt und das Molekulargewicht der Kernteilchen und der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen).
In dem vorstehenden Verfahren zur Herstellung von elektrofotografischem Toner ist es im Schritt zur Herstellung des Toners bevorzugt, die kombinierten Teilchen einem Heissluftstrombereich in einer solchen Weise auszusetzen, dass die auf die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und die Oberfläche der Kernteilchen einwirkende Temperatur am Erweichungspunkt der jeweiligen Teilchen oder darüber liegt, aber die im Inneren der Kernteilchen vorliegende Temperatur zur Erweichung der Kernteilchen unzureichend ist, und die so hergestellten Tonerteilchen dann abzukühlen.
In diesem Fall können die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf der Oberfläche der Kernteilchen fixiert oder zu einem Film ausgebildet werden, während die unregelmässige Form der Kernteilchen beibehalten wird, wodurch die Herstellung eines Toners ermöglicht wird, der keine schlechte Reinigung hervorruft.
Des weiteren ist es im vorstehenden Verfahren zur Herstellung von elektrofotografischem Toner bevorzugt, dass die Temperatur im Heissluftstrombereich mehr als 100°C, aber weniger als 450°C beträgt, und dass die Dauer der Einwirkung auf die kombinierten Teilchen im Heissluftstrombereich weniger als 1 Sekunde beträgt. In diesem Fall werden die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ausreichend ohne Blockierung des Tones an den Kernteilchen fixiert, da die Temperatur des Heissluftstrombereichs innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt. Da die Einwirkungszeit ferner weniger als 1 Sekunde beträgt, ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit nicht verlangsamt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrofotografischen Toners, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Anhaften und Dispergieren oberflächenmodifizierender feiner Teilchen auf den Oberflächen von unregelmässig geformten Kernteilchen, die hauptsächlich Binderharz umfassen, wodurch kombinierte Teilchen erzeugt werden; und (b) Befestigen oder Erzeugen eines Films der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen auf den Oberflächen der Kernteilchen, wodurch elektrofotografische Tonerteilchen hergestellt werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Kernteilchen so ausgewählt werden, dass sie eine BET-spezifische Oberfläche (S₁) aufweisen, und die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen so ausgewählt sind, dass sie eine BET-spezifische Oberfläche (S₂) aufweisen, so dass die elektrofotografischen Tonerteilchen eine BET-spezifische Oberfläche (S) aufweisen (die BET-spezifischen Oberflächen basieren auf der N₂-Absorption), die die folgenden Bedingungen erfüllt 0,64 S0 > S > 1,07 × [3/(ρD/2)];und S0 = S1X + S2(1 – X),worin: S die BET-spezifische Oberfläche der Tonerteilchen ist; S₀ die BET-spezifische Oberfläche der miteinander kombinierten Kernteilchen und oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen ist; S₁ die BET-spezifische Oberfläche der Kernteilchen alleine ist; S₂ die BET-spezifische Oberfläche der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen alleine ist; ρ die spezifische Dichte der elektrofotografischen Tonerteilchen ist; D der Volumendurchschnitts-Teilchendurchmesser der elektrofotografischen Tonerteilchen ist; und X das Verhältnis der Menge an oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen (Gew.-Teile) zu der Menge der Summe der oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und der Kernteilchen (beide in Gew.-Teilen) ist.
Verfahren zur Herstellung des elektrofotografischen Toners gemäss Anspruch 1, worin in Schritt (b) die kombinierten Teilchen einem Heissluftstrombereich ausgesetzt werden, so dass die Temperatur, der die oberflächenmodifizierenden feinen Teilchen und die Oberflächen der Kernteilchen ausgesetzt sind, oberhalb der Erweichungspunkte der jeweiligen Teilchen liegen, jedoch die Temperatur, der das Innere der Kernteilchen ausgesetzt ist, zur Erweichung der Kernteilchen unzureichend ist, und die kombinierten Teilchen anschliessend abgekühlt werden.
Verfahren zur Herstellung des elektrofotografischen Toners gemäss Anspruch 2, worin der Heissluftstrombereich eine Temperatur von mehr als 100°C, aber weniger als 450°C aufweist, und die kombinierten Teilchen dem Heissluftstrom nicht länger als 1 Sekunde ausgesetzt sind.