JP2005140952A - トナー及びトナー製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 表面もしくは表面近傍に無機粒子を存在させた複合架橋粒子を含有することを特徴とするトナー。
【選択図】 なし
Description
(請求項1)
表面もしくは表面近傍に無機粒子を存在させた複合架橋粒子を含有することを特徴とするトナー。
(請求項2)
前記トナーは、体積平均粒子径が2〜8μmであり、且つ、円形度の平均値が0.951〜0.988であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
(請求項3)
前記複合架橋粒子は、水系媒体中で無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応により得られるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
(請求項4)
前記無機粒子は、コロイダルシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウムのいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。
(請求項5)
前記複合架橋粒子は、無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応により形成された後、疎水化処理して得られるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
(請求項6)
前記複合架橋粒子は、水溶性成分を0.05〜746ppm含み、該水溶性成分中にアルデヒド類を138ppm未満含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー。
(請求項7)
前記トナーは、体積平均粒子径が2〜8μm、円形度の平均値が0.951〜0.988であり、該トナーに含有される複合架橋粒子は、水系媒体中で無機粒子の存在下で重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成され、該複合架橋粒子の表面もしくは表面近傍に含有し、138ppm未満のアルデヒド類を含有する水溶性成分を0.05〜746ppm含有することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
(請求項8)
湿式法で得られたトナー粒子分散液を固液分離し、乾燥して得られたトナー母体に、水系媒体中で無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成した粒子の表面もしくは表面近傍に含有してなる複合架橋粒子を、乾式で混合してトナーを製造することを特徴とするトナー製造方法。
(請求項9)
湿式法で得られたトナー粒子分散液に、水系媒体中で無機粒子の存在下で重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成した粒子の表面もしくは表面近傍に含有してなる複合架橋粒子を混合してトナーを製造することを特徴とするトナー製造方法。
〈表面、表面近傍〉
本発明で云う「表面」とは、透過型電子顕微鏡、又は電界効果型走査電子顕微鏡で観察される複合架橋粒子の表面に存在する状態を云い、「表面近傍」とは、複合架橋粒子の表面から粒子の中心(重心)に向かい粒子半径の20%より表面に存在する状態をいう。
〈体積平均粒子径、円形度の平均値〉
本発明で云う「体積平均粒子径」は、粒子の体積平均径のことで、レーザー回折式粒度分布測定装置「HELOS」(日本電子社製)により求めることができる。
円形度=(円相当の周囲長)/(トナー粒子投影像の周囲長)
=2π×(粒子の投影面積/π)1/2/(トナー粒子投影像の周囲長)
ここで、円相当とは、トナー粒子投影像と同じ面積を有する円のことであり、円相当径とは、該円相当の直径のことである。
円相当径=2×(粒子の投影面積/π)1/2
〈水溶性成分〉
本発明で云う「水溶性成分」とは、複合架橋粒子に含まれる水溶性成分のことである。
無機粒子は、複合架橋粒子中に10〜60質量%含有されていることが好ましい。分散安定剤としても機能する無機粒子の粒子径は、体積平均一次粒子径で6〜32nmが好ましく、7〜17nmがより好ましい。
スチレン系樹脂を用いた複合架橋粒子は、下記の製造方法により得ることができる。
メラミン系樹脂を用いた複合架橋粒子は、下記工程の製造方法により得ることができる。
工程(b):工程(a)で得られた水溶液に酸触媒を加えて、球状複合メラミン樹脂粒子を析出させる工程、を含む、球状複合硬化メラミン樹脂粒子の製造方法である。
工程(c):工程(b)で得られた複合架橋粒子と、該複合架橋粒子の平均粒子径に対して1/5以下の平均粒子径を有する無機粒子とを、直接又は水性媒体中で混合して、無機粒子で該複合架橋粒子の表面を被覆する工程、を含む複合架橋粒子の製造方法でもある。
る。
本発明のトナーを、2成分用として用いる現像剤について説明する。
本発明のトナーは、種々のトナー画像形成装置に使用可能である。とりわけ、100万枚を越える長期にわたるプリント作成や、現像ユニット内においてトナーに加わる衝撃の大きい小型の画像形成装置、特に1分間に50枚以上のプリント作成を行う高速の画像形成装置ではその効果をより有効に発現することが確認されている。
〈複合架橋粒子1の作製〉
アゾビス−N,N−ジメチルバレロニトリル1gを、スチレン60g、メタクリル酸メチル34g及びジビニルベンゼン10gの混合液に溶解し、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5g、体積平均一次粒子径16nmのコロイダルシリカ15g(固形分相当)及び体積平均一次粒子径13nmの酸化アルミニウム分散液2g(固形分相当)を含む水500gに加え、「クレアミックス」(エムテクニック社製)を用いて回転数8000rpmで15分攪拌し、液滴の体積平均粒子径が1.5μm程度の「1次懸濁液1」を調製した。
スチレン90g及びジビニルベンゼン10gからなる混合液に、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.5gを溶解し、重合性単量体成分とした。これとは別に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2gを水500gに溶解した水溶液に、体積平均一次粒子径7nmのコロイダルシリカ15g(固形分相当)及び体積平均一次粒子径20nmのアナターゼ型酸化チタン分散液2g(固液分相当)を加え、この水溶液に上記の重合性単量体成分を混合し、「クレアミックス」(エムテクニック社製)を用いて回転数8000rpmで15分間攪拌してO/Wエマルションを得た。得られたO/Wエマルション中の液滴径は約0.4μmであった。
撹拌機、還流コンデンサー及び温度計を装備した2Lの反応フラスコに、メラミン50.0g、37%アセトアルデヒド96.5g、体積平均一次粒子径8nmのコロイダルシリカ24.7g(固形分相当)、体積平均一次粒子径10nmのアンチモン酸亜鉛2.0g(固形分相当)、水720gを仕込み、25%アンモニア水を加えてpHを8.5に調整して混合液を作製した。この混合液を撹拌しながら昇温し、温度を80℃に保ち、30分反応させてメラミン樹脂の初期縮合物の水溶液を調製した。この時点でのメラミン樹脂の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC法)(ポリスチレン換算)にて測定したところ280であった。
実施例3において、硬化メラミン樹脂粒子が析出した後、温度を90℃まで上昇して3時間硬化反応を続け「複合架橋粒子4の分散液」を得た。また、減圧乾燥を常圧乾燥に変更して「複合架橋粒子4」を作製した。
体積平均粒子径1.0μmの非架橋構造のスチレン/アクリル有機粒子(電気抵抗6.6×1013Ω・cm)100gに、体積一次粒子径15nmの表面をテトラオクチルチタネートで処理した疎水性酸化チタンを40g添加し、タービュラミキサにて混合した。
〈トナー粒子分散液1の作製(乳化会合法の例)〉
(ラテックス(1HML)の調製)
(1)核粒子の調製(第一段重合)
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5000mlのセパラブルフラスコにアニオン系界面活性剤
式(101)
C10H21(OCH2CH2)2OSO3Na
7.08gをイオン交換水3010gに溶解させた界面活性剤溶液(水系媒体)を仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で攪拌しながら、フラスコ内の温度を80℃に昇温させた。
(2)中間層の形成(第二段重合)
攪拌装置を取り付けたフラスコ内において、スチレン105.6g、n−ブチルアクリレート30.0g、メタクリル酸6.2g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル5.6gからなる単量体混合液に離型剤として、下記式で表される化合物(以下、「例示化合物(19)」と云う。)98.0gを添加し、90℃に加温し溶解させて単量体溶液を調製した。
CH3(CH2)20COOCH2C(CH2OCO(CH2)20CH3)3
一方、アニオン系界面活性剤(上記式(101))1.6gをイオン交換水2700mlに溶解させた界面活性剤溶液を98℃に加熱し、この界面活性剤溶液に、核粒子の分散液である前記「ラテックス(1H)」を固形分換算で28g添加した後、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック株式会社製)により、前記例示化合物(19)の単量体溶液を8時間混合分散させて284nmの分散粒子径を有する乳化粒子(油滴)を含む分散液(乳化液)を調製した。
(3)外層の形成(第三段重合)
上記の様にして得られた「ラテックス(1HM)」に、重合開始剤(KPS)7.4gをイオン交換水200mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下に、スチレン300g、n−ブチルアクリレート95g、メタクリル酸15.3g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル10.4gからなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱攪拌することにより重合(第三段重合)を行った後、28℃まで冷却しラテックス(高分子量樹脂からなる中心部と、中間分子量樹脂からなる中間層と、低分子量樹脂からなる外層とを有し、前記中間層に例示化合物(19)が含有されている複合架橋粒子の分散液)を得た。このラテックスを「ラテックス(1HML)」とする。
(トナー粒子分散液の作製)
アニオン系界面活性剤(ドデシル硫酸ナトリウム)59.0gをイオン交換水1600mlに攪拌溶解し、この溶液を攪拌しながら、「C.I.ピグメントブルー15:3」420.0g徐々に添加し、次いで「クレアミックス」(エム・テクニック株式会社製)を用いて分散処理することにより、「着色剤粒子の分散液」を調製した。
《トナーの作製》
〈トナー1〜4、6、7の作製〉
この「トナー粒子A」100質量部に、それぞれ「複合架橋粒子1〜4」、「複合粒子1」1.0質量部と、サイクリックシラザン処理したヒュームドシリカ(体積平均一次粒子径16nm)0.6質量部を添加し、「ヘンシェルミキサー」(三井三池化工株式会社製)で混合後、45μmの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去し「トナー1〜4、6」を作製し、「実施例1〜4」及び「比較例1」とした。
「複合架橋粒子3の分散液」にn−ヘキシルトリメトキシシラン5gを添加し、4時間撹拌保持後、2N水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを6.5に調整し、更に2時間撹拌保持して得られた液5.0質量部(固形分1.0質量部)を、「トナー粒子分散液1」(固形分100質量部相当)に混合して、トナー粒子表面にn−ヘキシルトリメトキシシランにより疎水化された複合架橋粒子3を付着させた。この液を固液分離し、乾燥して疎水化した「複合架橋粒子3」を含有する「トナー5」を作製し、「実施例5」とした。
上記で作製した「トナー1〜7」の各々に、シリコーン樹脂を被覆した体積平均粒子径60μmのフェライトキャリアを、前記トナー濃度が6質量%になるよう混合し「現像剤1〜7」を作製した。
《感光体の作製》
長さ380mm、直径60mmの円筒状導電性支持体上に下記の塗布液を塗布して塗膜層を形成し、「感光体P1」を作製した。
〈下引き層〉
チタンキレート化合物(TC−750 松本製薬社製) 30g
シランカップリング剤(KBM−503 信越化学社製) 17g
2−プロパノール 150ml
上記塗布液を円筒状導電性支持体上に膜厚0.5μmとなる様に塗布した。
〈電荷発生層〉
Y型チタニルフタロシアニン(Cu−Kα特性X線回折スペクトル測定でブラッグ角2 θ(±0.2°)の27.2°に最大ピークを有するチタニルフタロシアニン)60g
シリコーン変性ブチラール樹脂X−40−1211M:信越化学社製 700g
2−ブタノン 2000ml
を混合し、サンドミルを用いて10時間分散し、電荷発生層塗布液を調製した。この塗布液を前記下引き層の上に浸漬塗布法で塗布し、膜厚0.2μmの電荷発生層を形成した。
〈電荷輸送層〉
電荷輸送物質 N−(4−メチルフェニル)−N−{4−(β−フェニルスチリル)フ ェニル}−p−トルイジン 225g
ポリカーボネート(粘度平均分子量30,000) 300g
ジクロロメタン 2000ml
を混合し、溶解して電荷輸送層塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷発生層の上に浸漬塗布法で塗布し、乾燥膜厚20μmの電荷輸送層を形成した。
〈表面保護層〉
メチルトリメトキシシラン 150g
ジメチルジメトキシシラン 30g
反応性電荷輸送性化合物 15g
ポリフッ化ビニリデン粒子(体積平均粒径0.2μm) 10g
2−プロパノール 75g
3%酢酸 5g
を混合し、表面保護層用の塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷輸送層の上に円形量規制型塗布装置により厚さ2μmの樹脂層を形成し、120℃、1時間の加熱硬化を行い、シロキサン樹脂の表面保護層を形成した。
〈実写評価〉
上記で作製したトナーについて下記の評価項目について評価を行った。なお、現像剤は各トナーに対応したものを使用した。
帯電条件
帯電器;スコロトロン帯電器、初期帯電電位を−750V
露光条件
露光部電位を−50Vにする露光量に設定、画像面積率は5%
現像条件
DCバイアス;−550V
最大露光部のトナー付着量;0.4mg/cm2
なお、転写極はコロトロンコロナ帯電方式を用いた。また、定着装置としては、芯金として鉄を使用し、表面を厚さ25μmのPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)で被覆された表面粗さRaが0.8μmの加圧ローラを用いた。ニップ幅は3.8mmであり、線速は550mm/secである。定着の温度は加熱ローラの表面温度で制御し、175℃の設定温度とした。
プリントされた画像の画質を、目視で評価し使用の可否を判断した。
◎:500万枚プリントまで画質が劣化せず、寿命は非常に長く良好
○:200〜400万枚プリントで画質が劣化したが、寿命は長く良好
△:100〜200万枚プリント未満で画質が劣化し、寿命はやや短い
×:100万枚プリント未満で画質が劣化し、寿命は短く問題。
250万枚プリント後のキャリア表面を顕微鏡を用い1万倍に拡大して観察し、キャリア表面に付着している複合架橋粒子の変形と、キャリア表面へ複合架橋粒子の融着の程度を評価した。なお、帯電量は、吸引式帯電量測定器で測定した値である。
◎:複合架橋粒子に変形、キャリアに融着した複合架橋粒子の存在が認められない
○:複合架橋粒子に変形が認められず、キャリアに融着した複合架橋粒子が10μm四方のエリアに2〜10個存在するが、帯電阻害は発生せず、実用上問題ない
×:複合架橋粒子に変形が認められ、キャリアに融着した複合架橋粒子が10μm四方のエリアに30個以上存在し、帯電量が初期に比較し10μC/g以上低下し、トナー飛散、かぶりが発生した。
現像剤を、高温高湿(30℃,85%RH)に放置した前と24時間放置した後の現像剤の帯電量を吸引式帯電量測定器で測定した。現像剤放置前に測定した帯電量に対し高温高湿に放置後に測定した帯電量との差を帯電量リークとして評価した。
◎:帯電量リークが3.0μC/g未満であり良好
○:帯電量リークが3.0〜4.5μC/gでありほぼ良好
△:帯電量リークが4.5〜6.0μC/gであり辛うじて実用可能
×:帯電量リークが6.0μC/gより大きく不良。
500万枚プリントした後、感光体表面のトナーフィルミング、感光体被覆層の減耗量(削れて薄くなった量)を評価した。
◎:トナーフィルミングが全く存在しない。且つ、被覆層の減耗量が3μm未満であり優秀
○:トナーフィルミングが全く存在しない。且つ、被覆層の減耗量が6μm未満であり良好
△:トナーフィルミングが少し観察されるが、プリント画像にかぶりは発生しない。被覆層の減耗量が10μm未満であり実用可能。
転写率の評価には、複合機のトナーリサイクル機構をはずし、転写残トナーを回収しできるように改造した複合機を用いておこなった。転写率は、画素率5%(A4版)の文字画像のトナー付着量を1プリント当たり20.00mgに設定したときの転写残トナーの量を求め、その値から算出して求めた。転写残トナーは、少ないほど転写率が高くなり、現像剤の劣化がおさえられ、且つ高濃度の画像が得られるので好ましい。
○:転写率は、99.0〜99.6%であり良好
△:転写率は、95.1〜98.9%であり実用可能
×:転写率は、95.0%以下で不良
表2に現像剤寿命、複合架橋粒子の変形と融着、高温高湿での帯電量リーク、感光体表面のトナーフィルミング及び被覆層の減耗量、転写率の評価結果を示す。
Claims (9)
- 表面もしくは表面近傍に無機粒子を存在させた複合架橋粒子を含有することを特徴とするトナー。
- 前記トナーは、体積平均粒子径が2〜8μmであり、且つ、円形度の平均値が0.951〜0.988であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
- 前記複合架橋粒子は、水系媒体中で無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応により得られるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記無機粒子は、コロイダルシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウムのいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記複合架橋粒子は、無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応により形成された後、疎水化処理して得られるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記複合架橋粒子は、水溶性成分を0.05〜746ppm含み、該水溶性成分中にアルデヒド類を138ppm未満含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナーは、体積平均粒子径が2〜8μm、円形度の平均値が0.951〜0.988であり、該トナーに含有される複合架橋粒子は、水系媒体中で無機粒子の存在下で重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成され、該複合架橋粒子の表面もしくは表面近傍に含有し、138ppm未満のアルデヒド類を含有する水溶性成分を0.05〜746ppm含有することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
- 湿式法で得られたトナー粒子分散液を固液分離し、乾燥して得られたトナー母体に、水系媒体中で無機粒子の存在下で、重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成した粒子の表面もしくは表面近傍に含有してなる複合架橋粒子を、乾式で混合してトナーを製造することを特徴とするトナー製造方法。
- 湿式法で得られたトナー粒子分散液に、水系媒体中で無機粒子の存在下で重合性単量体を重合又は縮合反応によって形成した粒子の表面もしくは表面近傍に含有してなる複合架橋粒子を混合してトナーを製造することを特徴とするトナー製造方法。
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