JP2006251220A - 負帯電性トナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】着色樹脂粒子、外添剤、及び負帯電性帯電制御剤を含有する負帯電性トナーであって、該外添剤が、小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、体積平均粒径が0.08〜0.5μmであり、かつ球形度が1〜1.3である、シリカ微粒子(A)を含有することを特徴とする負帯電性トナーを用いる。
【選択図】なし
Description
これらの問題を解決するため、通常、外添剤と呼ばれる添加剤を着色樹脂粒子表面に外添することが行われており、この外添剤としては、一般的には無機微粒子が使用されている。
本発明の負帯電性トナーは、着色樹脂粒子、及び外添剤を含有している。該着色樹脂粒子は、結着樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を含有している粒子であり、必要に応じて、離型剤、顔料分散剤等のその他の添加物を含有していてもよい。
重合性単量体は、重合可能な化合物のことをいう。
重合性単量体の主成分として、モノビニル単量体を使用することが好ましい。モノビニル単量体としては、例えば、スチレン;ビニルトルエン、及びα−メチルスチレン等のスチレン誘導体;アクリル酸、及びメタクリル酸;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、及びアクリル酸ジメチルアミノエチル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、及びメタクリル酸ジメチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、及びメタクリルアミド等の、アクリル酸の誘導体及びメタクリル酸の誘導体;エチレン、プロピレン、及びブチレン等のオレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、及びフッ化ビニル等の、ハロゲン化ビニル及びハロゲン化ビニリデン;酢酸ビニル、及びプロピオン酸ビニル等のビニルエステル;ビニルメチルエーテル、及びビニルエチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチルケトン、及びメチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン;2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、及びN−ビニルピロリドン等の含窒素ビニル化合物;が挙げられる。これらのモノビニル単量体は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、モノビニル単量体として、スチレン、スチレン誘導体、及びアクリル酸もしくはメタクリル酸の誘導体が、好適に用いられる。
本発明では、架橋性の重合性単量体を、モノビニル単量体100重量部に対して、通常、0.1〜5重量部、好ましくは0.3〜2重量部の割合で用いることが望ましい。
負帯電性帯電制御剤としては、Cr,Co,Al,Fe等の金属を含有するアゾ染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、並びに、スルホン酸(塩)基含有共重合体、及びカルボン酸(塩)基含有共重合体等の帯電制御樹脂などがある。
正帯電性帯電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩、トリアミノトリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、及びポリアミン樹脂、並びに4級アンモニウム(塩)基含有共重合体等の帯電制御樹脂等がある。
本発明で用いる帯電制御剤は、トナーの印字耐久性が良好になることから、帯電制御樹脂を含むことが好ましく、帯電制御樹脂のみであることがより好ましい。
本発明では、以上のようにして得られた、重合性単量体組成物を、分散安定剤を含む水系媒体中に分散させ、重合開始剤を添加した後、重合性単量体組成物の液滴形成を行なう。液滴形成の方法は特に限定されないが、例えば、(インライン型)乳化分散機(株式会社荏原製作所製、商品名「マイルダー」)、高速乳化・分散機(特殊機化工業製、商品名「T.K.ホモミクサー MARK II型」)等の強攪拌が可能な装置を用いて行なう。
重合開始剤は、前記のように、重合性単量体組成物が水系媒体中へ分散された後、液滴形成前に、添加されても良いが、重合性単量体組成物へ添加されても良い。
重合性単量体組成物の重合に用いられる、重合開始剤の添加量は、モノビニル単量体100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部であり、さらに好ましくは0.3〜15重量部であり、最も好ましくは1.0〜10重量部である。
上記のようにして、液滴形成を行ない、得られた水系媒体を加熱し、重合を開始し、着色樹脂粒子の水分散液が得られる。
重合法により得られた着色樹脂粒子が分散している水系媒体中に、シェル層を形成するための重合性単量体(シェル用重合性単量体)と重合開始剤を添加し、重合することでコアシェル型の着色樹脂粒子を得ることができる。
シェル用重合性単量体の重合に用いる重合開始剤としては、水溶性重合開始剤が好ましく、過硫酸金属塩、アゾ系開始剤等を挙げることができる。
重合により得られた、着色樹脂粒子の水分散液は、重合終了後に、常法に従い、濾過、分散安定化剤の除去を行なう洗浄、脱水、及び乾燥の操作が、行われ、重合法による着色樹脂粒子が得られる。
球形度=Sc/Sr
Sc:着色樹脂粒子の絶対最大長を直径とした円の面積
Sr:着色樹脂粒子の実質投影面積
本発明の負帯電性トナーは、トナーの帯電性、流動性、保存性等を調整するために、ヘンシェルミキサー等の高速撹拌機を用いて、着色樹脂粒子、及び外添剤を混合し(外添)、一成分トナーとするか、もしくは、着色樹脂粒子、及び外添剤、さらに、フェライト、及び鉄粉等のキャリア粒子を混合し、二成分トナーとする。
シリカ微粒子(A)の粒径及び粒度分布Dv50/Dv10の測定方法としては特に制限はないが、例えばシリカ微粒子(A)を水に分散させ、そのシリカ微粒子(A)の分散液をレーザー式粒度分布測定装置(日機装製、商品名「マイクロトラックUPA150」)等を用いて測定することができる。
導電性無機微粒子(C)は、前述の疎水化処理剤により疎水化処理されていてもよい。
本実施例において行った試験方法は以下のとおりである。
着色樹脂粒子の体積平均粒径Dv及び粒度分布、すなわち体積平均粒径と個数平均粒径Dpとの比Dv/Dpは、粒径測定装置(ベックマン・コールター製、商品名「マルチサイザー」)により測定した。この測定は、アパーチャー径:100μm、媒体:アイソトンII、測定粒子個数:100,000個の条件により実施した。
外添剤0.5gを100ml容量のビーカーに入れ、界面活性剤を数滴滴下し、イオン交換水50mlを加え、超音波ホモジナイザー(日本精機製、商品名「US−150T」)を用いて5分間分散させた後、レーザー式粒度分布測定装置(日機装製、商品名「マイクロトラックUPA150」)を用いて測定し、Dv及びDv50/Dv10を求めた。
シリカ微粒子(B)の一次粒径と、着色樹脂粒子及びシリカ微粒子(A)の絶対最大長を長径とした円の面積Scを粒子の実質投影面積Srで割った値の球形度Sc/Srは、各粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、その写真を画像処理解析装置(ニレコ製、商品名「ルーゼックスIID」)により、フレーム面積に対する粒子の面積率:最大2%、トータル処理粒子数:100個の条件で測定し、その平均値を求めた。
シリカ微粒子及び導電性無機微粒子の疎水化度はメタノール法により求めた。
シリカ微粒子又は導電性無機微粒子0.2gを200mlのビーカーに入れ、純水50mlを加え、マグネチックスターラーで撹拌しながら、液面下へメタノールを加えた。液面上に微粒子が認められなくなった点を終点とし、下記式により疎水化度を算出した。
疎水化度(%)=(X/(50+X))×100
上記式において、Xはメタノールの使用量(ml)である。
予め秤量してある100mlのメスシリンダーに、測定するシリカ微粒子を、振動を加えないようにして徐々に添加した。100mlに達したときにメスシリンダーごと重量を測定し、シリカ微粒子を加える前と後の重量の差を計算し、その値を10倍してシリカ微粒子(A)の嵩密度(g/l)とした。
フェライトキャリア(フェライトキャリア(コーティング処理無)、パウダーテック製、商品名「EF−80B2」)9.8gとシリカ微粒子0.2gを秤量し、容積25ccのガラス製容器に入れ、この容器にボールミルを用いて30分間、150回転/分の回転を与え、フェライトキャリアとシリカ微粒子を摩擦帯電させた。得られたフェライトキャリアとシリカ微粒子を、ブローオフ帯電量測定装置(東芝ケミカル製、機器名「TB−200」)で、窒素ガス1kg/cm2の圧力でブローオフし、シリカ微粒子の帯電量を測定した。
(耐久印字試験)
市販の非磁性一成分現像方式のプリンター(600dpi、印刷速度20枚/分)に用紙をセットし、現像装置に試験するトナーを入れ、温度23℃及び湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置後、同環境で耐久印字を行った。耐久印字は、5%印字濃度で20,000枚まで連続印字を行なった。ただし、カブリ発生(下記に詳述)したものは、その時点で、試験を中止した。
カブリは以下のように測定した。白ベタ印字を行ない、その白ベタ印字の途中で、上記プリンターを停止させ、現像後の感光体上における非画像部のトナーを、粘着テープ(住友スリーエム社製、スコッチメンディングテープ810−3−18)に付着させた。この粘着テープを、新しい印字用紙に貼り付け、分光色差計(日本電色社製、商品名「SE−2000」)で色調を測定した。同様に、基準サンプルとして、未使用の粘着テープをその印字用紙の別の部分に貼り付け、同様に色調を測定し、それぞれの色調をL*a*b*空間の座標として表し、測定サンプルと基準サンプルの色調から色差ΔEを算出してカブリの値を求めた。カブリの値は、小さい方が、カブリが少なく、画質が良好であることを示す。
この1,000枚ごとの測定により、カブリの値が1を超えた枚数をカブリ発生の枚数とした。試験結果に、「>20,000枚」とあるのは、20,000枚の時点でも、上記の画質の基準を満たしていることを示す。
上記の耐久印字において、1,000枚印字ごとに画像濃度の測定を行った。
黒ベタ部を有する画像パターンを印字し、その黒ベタ部の反射濃度を反射濃度計(マクベス社、商品名「RD−914」)を用いて測定した。初期印字時の反射濃度に対して、0.1以上変化が発生した時点の枚数を、画像濃度変化発生枚数とした。
上記の耐久印字において、1,000枚印字ごとに、1ドットのラインと1ドットのホワイトライン、2ドットのラインと2ドットのホワイトラインを印字し、印字した画像を光学顕微鏡で観察し、それらの画質が再現できているかを確認した。1ドットのライン及び1ドットのホワイトラインを再現できなくなった時点で印字不良とし、その枚数を耐久印字時の解像度不良発生とした。
上記のプリンターに試験用のクリーニングブレードサンプルを取り付け、カートリッジにトナーを入れ、印字用紙をセットした後に、N/N環境下で一昼夜放置した。その後、初期から5%濃度で連続印字を行ない、1,000枚印字ごとに感光体及び帯電ロールを、目視により観察してクリーニング不良による筋(フィルミング)が発生しているかを試験し、クリーニング不良発生の有無を20,000枚印字まで試験した。試験結果は、クリーニング不良が発生した印字枚数を示した。試験結果に、「>20,000枚」とあるのは、20,000枚の時点でも、上記の画質の基準を満たしていることを示す。
モノビニル単量体としてスチレン87部及びn−ブチルアクリレート13部、架橋剤としてジビニルベンゼン0.5部、着色剤としてPR122を6部、ポリメタクリル酸エステルマクロモノマー(東亜合成化学工業社製、商品名「AA6」、Tg:94℃)0.25部、負帯電制御樹脂(スチレン単位82%、アクリル酸ブチル単位11%及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸単位7%からなる樹脂、重量平均分子量2万、ガラス転移温度65℃)1部、離型剤としてペンタエリスリトールテトラミリステート10部、及び分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン1.5部を室温下、ビーズミルで分散させ、均一な混合液を得た。この混合液を撹拌しながら、重合開始剤(日本油脂社製、商品名「パーブチルO」)5部を添加し、均一になるまで撹拌を継続し、重合性単量体組成物を得た。
得られた評価結果を表1に示す。
シリカ微粒子B1
:一次粒径0.007μm、ヘキサメチルジシラザンにより疎水化処理された、負帯電性のシリカ微粒子(アエロジル製、商品名「RX−300」)
:疎水化度:0%、個数平均粒径70nm、体積平均粒径:0.3μmの錫・アンチモンドープされた導電性酸化チタン微粒子(チタン工業社製、商品名「EC−300」)
シリカ粉末(平均粒子径:2μm、最大粒子径:60μm)のSiO2分1.0モルに対して、金属シリコン粉末(平均粒子径:10μm、最大粒子径:100μm)0.8モルからなる混合粉末100重量部と純水50重量部とを混合し、薄型容器内に入れ、2000℃の電気炉へバッチ連続供給をした。また、混合原料の送入と同じ方向から水素ガスを導入し、水素ガス及び発生したガスを反対方向上部に設けた排気ブロワーで吸引し、更に空気400Nm3/hrと接触させ、冷却しながらバグフィルターでシリカ微粒子を捕集した。捕集したシリカ微粒子の粒径は0.1μmであった。
このシリカ微粒子を風力分級機で分級した。得られたシリカ微粒子は、Dv50/Dv10が2.54であり、体積平均粒径が0.2μmであり、球形度が1.12であった。
次いで、上記シリカ微粒子200部を攪拌機付きステンレス製容器中にて撹拌し、ヘキサメチルジシラザン5.0部を噴霧した。噴霧終了後、窒素雰囲気下にて60℃で10時間保持し、更に150℃に昇温して5時間保持した後、窒素気流により残存揮発性成分を除去してシリカ微粒子Aを得た。得られたシリカ微粒子Aの疎水化度は70%であり、嵩密度は110g/lであった。
蒸留精製したテトラメトキシシランを加熱し、ここに窒素ガスバブリングし、テトラメチルシランを窒素ガス気流伴流して酸水素火炎バーナーに導入し、この酸水素火炎中で燃焼分解させた。このときのテトラメトキシシランの供給量は1268g/hrであり、酸素ガスの供給量は2.8Nm3/hrであり、水素ガスの供給量は2.0Nm3/hrであり、窒素ガスの供給量は0.59Nm3/hrである。生成したシリカ微粒子はバグフィルターで捕集した。このシリカ微粒子の体積平均粒径は0.12μmであった。風力分級機で微粒子を除去し、Dv50/Dv10が1.65、体積平均粒径が0.15μm、球形度が1.10のシリカ微粒子A2を得た。次いで、シリカ微粒子A1と同様の操作で、シリカ微粒子A2の疎水化処理を行った。得られたシリカ微粒子A2の疎水化度は65%であり、嵩密度は320g/Lであった。
エタノールにアンモニア水を加え、15℃で撹拌し、得られた溶液にテトラメトキシシランを60分間滴下して反応させた。滴下終了後、20℃で5時間撹拌をつづけ、シリカのゾル懸濁液を得た。次いで、得られたゾル懸濁液を加熱してエタノールを除去し、更に、120℃に加熱して水分を除去した。得られたシリカ微粒子の体積平均粒径は0.12μmであった。風力分級機で微粒子を除去し、Dv50/Dv10が1.27、体積平均粒径が0.18μm、球形度が1.07のシリカ微粒子A3を得た。次いで、シリカ微粒子A1と同様の操作で、シリカ微粒子A3の疎水化処理を行った。得られたシリカ微粒子A3の疎水化度は65%であり、嵩密度は610g/Lであった。
シリカ微粒子(日本アエロジル製、商品名「アエロジル50」、気相法シリカ)を用い、シリカ微粒子A1と同様に疎水化処理を行ない、Dv50/Dv10が1.32、体積平均粒径が0.19μm、球形度が1.24のシリカ微粒子A4を得た。得られたシリカ微粒子A4の疎水化度は78%であり、嵩密度は50g/Lであった。
シリカ微粒子(A)として、シリカ微粒子A1を用いたのを、表1に示すように、上記の製造例で製造されたシリカ微粒子A2〜A4に変更した以外は、実施例1と同様にして、負帯電性トナーを製造した。
シリカ微粒子(A)としてDv50/Dv10が本願規定の範囲外のシリカ微粒子を外添した、比較例1〜3の負帯電性トナーでは、耐久印字を行なうと、いずれも解像度が低下した。また、シリカ微粒子(A)として、気相法により製造されたシリカを用いた比較例3の負帯電性トナーでは、さらに、耐久印字の速い段階(12,000枚)でカブリが発生した。
これに対して、実施例の負帯電性トナーでは、20,000枚の耐久印字を行なっても、画像濃度の変化が少なく、カブリも非常に少なく、さらに解像度も良好であった。
Claims (6)
- 着色樹脂粒子、外添剤、及び負帯電性帯電制御剤を含有する負帯電性トナーであって、
該外添剤が、
小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、
体積平均粒径が0.08〜0.5μmであり、かつ
球形度が1〜1.3である、シリカ微粒子(A)を含有すること
を特徴とする負帯電性トナー。 - 該シリカ微粒子(A)の嵩密度が50〜250g/lであることを特徴とする請求項1に記載の負帯電性トナー。
- 該シリカ微粒子(A)の帯電量が−500〜−1000μC/gであることを特徴とする請求項1または2に記載の負帯電性トナー。
- 該シリカ微粒子(A)が溶融法により製造されたものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の負帯電性トナー。
- 該外添剤が、さらに、一次粒径が0.005〜0.015μmであるシリカ微粒子(B)を含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の負帯電性トナー。
- 該外添剤が、さらに、体積平均粒径が0.01〜1μmの導電性無機微粒子(C)を含有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の負帯電性トナー。
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