JP2006053458A - トナー外添材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集の小さいシリカ粉末からなるトナー外添材とその製造方法が提供する。
【解決手段】アルキル系シランカップリング剤で表面処理された、体積平均径が０．０２〜１μｍのシリカ粉末からなり、以下の方法で測定された流動性指数が７０％以上であることを特徴とするトナー外添材。このトナー外添材の製造方法。このトナー外添材の製造方法に適用できる処理方法。
（流動性指数）平均径５μｍのスチレン樹脂１０ｇと試料０．１ｇをミキサーに入れ、室温下、４８０ｒｐｍで１０秒間混合し、得られた混合粉の２ｇを１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍの三段篩に入れ、０．２５ｍｍ振幅の振動を３分間加えて分級した後、それぞれの篩上残留粉量から、式、１００−５０Ａ−３０Ｂ−１０Ｃ、により算出された値。但し、Ａ：１５０μｍ篩上残留粉量、Ｂ：７５μｍ篩上残留粉量、 Ｃ：４５μｍ篩上残留粉量である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、トナー外添材、その製造方法、及びトナー外添材の製造方法に適用できるシリカ粉末のシランカップリング剤による処理方法に関する。

コピー機、レーザープリンター等に使用される静電荷像現像トナーにおいては、流動性改善剤として、シランカップリング剤で表面処理されてなるシリカ粉末を外添材として用いている。トナー外添材は、湿度による帯電量の変化を少なくするために、シリカ粉末は疎水化処理されている必要があり、それが不十分であると、トナー表面にシリカ粉末を均一に被着させることができないので、長期間にわたって優れた印字性を持続するできなくなる。そこで、シランカップリング剤によるシリカ粉末の均一な処理方法として従来より多くの提案があるが（例えば特許文献１）、まだ十分とはいえない。この課題の解決ポイントは、表面処理を施すときに、シランカップリング剤の液滴ないしはシリカ粉末の自己縮合性による要因をいかにして軽減し、凝集粒子の生成を少なくするかである。
特開２００１−２６１３２７号公報

本発明の目的は、凝集の少ないシリカ粉末からなるトナーの外添材及びその製造方法を提供することである。

すなわち、本発明は、アルキル系シランカップリング剤で表面処理された、体積平均径が０．０２〜１μｍのシリカ粉末からなり、以下の方法で測定された流動性指数が７０％以上であることを特徴とするトナー外添材である。好ましくは、アルキル系シランカップリング剤がヘキサメチルジシラザンであり、流動性指数が８０％以上であることを特徴とするトナー外添材である。
（流動性指数）
平均径５μｍのスチレン樹脂１０ｇと試料０．１ｇをミキサーに入れ、室温下、４８０ｒｐｍで１０秒間混合し、得られた混合粉の２ｇを１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍの三段篩に入れ、０．２５ｍｍ振幅の振動を３分間加えて分級した後、それぞれの篩上残留粉量から、以下の１式により算出された値。
１００−５０Ａ−３０Ｂ−１０Ｃ・・・（１）
Ａ：１５０μｍ篩上残留粉量
Ｂ：７５μｍ篩上残留粉量
Ｃ：４５μｍ篩上残留粉量

また、本発明は、１００℃以上の温度下、含水率０．５質量％以下のシリカ粉末を浮遊させた状態で、シランカップリング剤濃度が０．０５〜２体積％であるガスと接触させることを特徴とするシリカ粉末のシランカップリング剤による処理方法である。この場合において、以下の２式、３式の関係を有すること、及びシランカップリング剤がアルキル系シランカップリング剤であり、シリカ粉末が球形度０．８以上の球状シリカ粉末であること、から選ばれた実施態様の少なくとも一つであることが好ましい。本発明の処理方法は、本発明のトナー外添材の製造方法に適用できる。
０．５≦ＤＡｔ／ＤＡｓ≦２．５ ・・・（２）
１．０≦ＤＭｔ／ＤＭｓ≦１．５ ・・・（３）
ＤＡｔ：シランカップリング剤処理後のシリカ粉末の動的光散乱法による体積平均径
ＤＡｓ：シランカップリング剤処理前のシリカ粉末の動的光散乱法による体積平均径
ＤＭｔ：シランカップリング剤処理後のシリカ粉末の動的光散乱法による最頻径
ＤＭｓ：シランカップリング剤処理前のシリカ粉末の動的光散乱法による最頻径

さらに、本発明は、上記本発明の処理方法からなることを特徴とするトナー外添材の製造方法である。この場合において、アルキル系シランカップリング剤がヘキサメチルジシラザンであることが特に好ましい。

本発明によれば、凝集の小さいシリカ粉末からなるトナー外添材とその製造方法が提供される。

本発明のトナー外添材は、例えば本発明のトナー外添材の製造方法によって製造することができる。本発明のトナー外添材の製造方法は、１００℃以上の温度下、含水率０．５質量％以下のシリカ粉末を浮遊させた状態で、シランカップリング剤濃度が０．０５〜２体積％であるガスと接触させることを含んでいるものである。

本発明で重要なことは、シランカップリング剤で表面処理されるシリカ粉末（以下、シリカ粉末原料ともいう。）の含水率であり、含水率が０．５質量％をこえると、シランカップリング剤の縮合反応がシリカ表面で起こりやすくなり、シリカ粉末同士を凝集させることになる。含水率の下限は０．０１質量％であることが好ましい。含水率は、例えばシリカ粉末原料を１００℃以上の加熱ガスで浮遊状態にしながら加熱処理することによって調整することができる。含水率は、カールフィッシャー法によって測定することができる。

シリカ粉末原料の粒径は、体積平均径で０．０２〜１μｍである。とくに、最大粒径が４μｍ以下、平均球形度が０．９以上であることが好ましい。平均球形度は、以下のようにして測定することができる。

実体顕微鏡、例えば「モデルＳＭＺ−１０型」（ニコン社製）、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡等にて撮影した粒子像を画像解析装置、例えば（日本アビオニクス社製など）に取り込み、写真から粒子の投影面積（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の真円度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで、試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定すると、ＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ^２であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）^２となり、個々の粒子の球形度は、球形度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）^２として算出される。このようにして得られた任意の粒子２００個の球形度を求めその平均値を平均球形度とする。

本発明において、シリカ粉末原料の表面処理は、シリカ粉末原料を浮遊させた状態でシランカップリング剤を含むガスと接触させることによって行われる。シランカップリング剤を液滴で処理したのでは、凝集粒子の生成を抑制する効果が小さい。シランカップリング剤を含むガスのシランカップリング剤濃度は０．０５〜２体積％、好ましくは０．２〜１．５体積％である。ガス中のシランカップリング剤濃度が０．０５体積％未満では、シランカップリング剤による処理量が小さいので十分な表面処理が困難となり、２体積％をこえると、シランカップリング剤が局所的に反応して、自己縮合による凝集を引き起こす恐れがある。シランカップリング剤を含むガスの調整は、窒素、空気等のキャリアガスに、ガス化させたシランカップリング剤を混合させることによって行うことができる。

本発明で使用されるシランカップリング剤は、例えばアルキル系シランカップリング剤あり、それを例示すると、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジエトシキシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、フェニルトリメトキシシラン等である。これらの中でも、ヘキサメチルジシラザンが最適である。

本発明のように、シランカップリング剤を含むガスによってシリカ粉末原料を表面処理するためには、シリカ粉末原料を浮遊させることが必要となる。それを例示すれば、例えばステンレス製円筒容器の外周にリボンヒーター等のヒーターが配置され、下方の入口にはガスを均一に供給するための例えば２０μｍのステンレス製網が、また上方の出口には粉末が系外へ飛散しないように例えばろ布が、それぞれ取り付けられてなる処理容器を、その内部温度が１００℃以上に保持した状態でシリカ粉末原料を入れ、処理容器の下方から窒素ガス等のキャリアガスを供給してシリカ粉末原料を浮遊させる一方、処理容器の下方からはシランカップリング剤を含むガスを供給し、シリカ粉末原料と接触させる方法をあげることができる。また、ミキサーなどの攪拌装置でシリカ粉末原料を攪拌し浮遊状態としたところに、シランカップリング剤を含むガスを送り込む方法であってもよい。。いずれの場合であっても、シランカップリング剤を含むガスは、例えば内部温度２００〜３００℃に加熱された電気釜にシランカップリング剤を滴下してガス化させ、それを窒素ガス等のキャリアガスと混合し、処理容器に供給することができる。シランカップリング剤ガスの濃度は、キャリアガスの流量を一定にし、電気釜等に滴下するときのシランカップリング剤の供給速度によって調整することができる。

浮遊状態のシリカ原料粉末とシランカップリング剤を含むガスの接触は、温度１００℃以上で行われる。その理由は、シランカップリング剤ガスの凝縮を防ぐこと、及びシランカップリング剤とシリカ粉末の反応の副生物として生じる水分を、シリカ粉末表面に吸着させないためである。接触温度の上限は特にないが、シランカップリング剤の分解を防ぐ理由から３５０℃であることが好ましい。特に好ましい接触温度は１８０〜２５０℃である。接触時間は１．０〜１０ｓｅｃであることが好ましい。

本発明においては、例えばシリカ粉末原料の含水率、シランカップリング剤ガスの濃度、シランカップリング剤ガスの接触温度等の条件を制御して、上記２式、３式の関係を有するように処理することが特に好ましい。最頻径の比（ＤＭｔ／ＤＭｓ）及び体積平均径の比（ＤＡｔ／ＤＡｓ）は、表面処理前後においてシリカ粉末が凝集によって粒度変化した程度を表す指標であり、これらの値が小さいほど表面処理されたシリカ粉末は凝集していないことを示すものである。

動的光散乱法による粒度分布測定は、例えば測定装置として日機装社製「マイクロトラックＵＰＡ１５０」を用い、試料を例えばメチエチルケトン、トルエン、エタノール等から選ばれた有機溶媒に分散させてスラリー化して行われる。本発明においては、表面処理前後の粒度分布変化をみているので、有機溶媒の種類には影響は受けないが、表面処理前後の測定では同じ有機溶媒を用いる必要がある。最頻径、体積平均径等は、得られた粒度分布の結果から、測定装置が自動計算してくる。

本発明のトナー外添材は、従来のトナー外添材と同様にして使用することができる。たとえば、スチレン系樹脂１００質量部あたり、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）等の磁性粉７０〜１１０質量部、モノアゾ鉄錯体等の荷電制御剤１〜５質量部、ワックス類２〜５質量部を含む混合物を、１００〜１５０℃で溶融混練した後、冷却・粉砕・分級を行って平均粒径３〜１０μｍのトナー粒子を製造し、このトナー粒子１００質量部にトナー外添材０．５〜２質量部を混合することである。

実施例１
シリカ粉末原料（注：動的光散乱法による体積平均径ＤＡｓが０．２９μｍ、最頻径ＤＭｓが０．０５μｍであるもの。）の１５ｋｇを上記処理容器（寸法：直径６００ｍｍ円筒）に充填し、下方から８００ＮＬ／ｍｉｎの窒素を送給して浮遊させる一方、処理容器の内部温度を２２０℃になるように加熱し２０分間保持した。これによって、シリカ粉末原料の含水率は０．２質量％となった。この加熱・浮遊状態の場にシランカップリング剤を含むガスを供給して処理を行った。用いたシランカップリング剤は、ヘキサメチルジシラザン（信越化学工業社製「ＨＭＤＳ−３」）であり、これの４００ｇを４０ｇ／ｍｉｎで供給することで、供給した全ガス量に対するシランカップリング剤ガスの濃度を０．６０体積％とした。表面処理後のシリカ粉末について、動的光散乱法による粒度分布を測定した。その結果を表１に示す。

実施例２
ヘキサメチルジシラザン８００ｇを８０ｇ／ｍｉｎで供給することで、供給した全ガス量に対するシランカップリング剤ガスの濃度を１．２体積％としたこと以外は、実施例１と同様の方法で表面処理シリカ粉末を製造した。

実施例３
シランカップリング剤として、ヘキシルトリエトキシシラン（信越化学工業社製「ＫＢＭ−３０６３」）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で表面処理シリカ粉末を製造した。

実施例４
シランカップリング剤として、ジメチルジエトキシシラン（信越化学工業社製「ＫＢＥ−２２」）を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で表面処理シリカ粉末を製造した。

比較例１
ヘキサメチルジシラザン２０００ｇを２００ｇ／ｍｉｎの速度で供給し、供給した全ガス量に対するシランカップリング剤ガスの濃度を３．０体積％としたこと以外は、実施例１と同様の方法で表面処理シリカ粉末を製造した。

比較例２
処理容器の内部温度を８０℃とし、加熱処理をせずにシリカ粉末原料の水分量を１．０重量％としたこと以外は、実施例１に準じて表面処理を行った。

比較例３
ヘキサメチルジシランザンををガス状ではなく液状で噴霧したこと以外は、実施例１に準じて表面処理を行った。

上記で得られたシリカ粉末のトナー外添材としての適用試験を行った。試験は、平均径５μｍのスチレン樹脂１０ｇと試料０．１ｇをミキサーに入れ、室温下、４８０ｒｐｍで１０秒間混合し、得られた混合粉の２ｇを１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍの三段篩に入れ、０．２５ｍｍ振幅の振動を３分間加えて分級した。それぞれの篩上残留粉量から、上記１式により流動性指数を算出した。それらの結果を表１に示す。

表１から、本発明のトナー外添材によれば、樹脂粒子の流動性指数を大幅に向上させることができ、トナー外添材として好適であることが示された。

本発明のトナー外添材は、例えば静電荷像現像トナーの外添材として用いることができる。

Claims (7)

1. アルキル系シランカップリング剤で表面処理された、体積平均径が０．０２〜１μｍのシリカ粉末からなり、以下の方法で測定された流動性指数が７０％以上であることを特徴とするトナー外添材。
   （流動性指数）
   平均径５μｍのスチレン樹脂１０ｇと試料０．１ｇをミキサーに入れ、室温下、４８０ｒｐｍで１０秒間混合し、得られた混合粉の２ｇを１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍの三段篩に入れ、０．２５ｍｍ振幅の振動を３分間加えて分級した後、それぞれの篩上残留粉量から、以下の１式により算出された値。
   １００−５０Ａ−３０Ｂ−１０Ｃ・・・（１）
   Ａ：１５０μｍ篩上残留粉量
   Ｂ：７５μｍ篩上残留粉量
   Ｃ：４５μｍ篩上残留粉量
2. アルキル系シランカップリング剤がヘキサメチルジシラザンであり、流動性指数が８０％以上であることを特徴とする請求項１記載のトナー外添材。
3. １００℃以上の温度下、含水率０．５質量％以下のシリカ粉末を浮遊させた状態で、シランカップリング剤濃度が０．０５〜２体積％であるガスと接触させることを特徴とするシリカ粉末のシランカップリング剤による処理方法。
4. 以下の２式、３式の関係を有することを特徴とする請求項３記載の処理方法。
   ０．５≦ＤＡｔ／ＤＡｓ≦２．５ ・・・（２）
   １．０≦ＤＭｔ／ＤＭｓ≦１．５ ・・・（３）
   ＤＡｔ：シランカップリング剤処理後のシリカ粉末の動的光散乱法による体積平均径
   ＤＡｓ：シランカップリング剤処理前のシリカ粉末の動的光散乱法による体積平均径
   ＤＭｔ：シランカップリング剤処理後のシリカ粉末の動的光散乱法による最頻径
   ＤＭｓ：シランカップリング剤処理前のシリカ粉末の動的光散乱法による最頻径
5. シランカップリング剤がアルキル系シランカップリング剤であり、シリカ粉末が球形度０．８以上の球状シリカ粉末であることを特徴とする請求項３又は４記載の処理方法。
6. 請求項５記載の処理方法からなることを特徴とするトナー外添材の製造方法。
7. アルキル系シランカップリング剤がヘキサメチルジシラザンであるとを特徴とする請求項６記載のトナー外添材の製造方法。