JP2013044915A - 2成分現像剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも結着樹脂と着色剤を有するコア粒子の表面にスチレン−アクリル変性ポリエステル樹脂を有するシェル層を形成したコア・シェル構造のトナーと、キャリアから構成される2成分現像剤において、該トナーがその粒子表面に数平均1次粒子径70nm以上130nm以下のシリカ粒子を付着したもので、該キャリアが多孔質フェライト芯材の表面に樹脂被覆層を設けたものであることを特徴とする2成分現像剤。
【選択図】なし
Description
該トナーがその粒子表面に数平均1次粒子径70nm以上130nm以下のシリカ粒子を付着したもので、
該キャリアが多孔質フェライト芯材の表面に樹脂被覆層を設けたものであることを特徴とする2成分現像剤。
本発明で用いられる2成分現像剤は、トナーとキャリアとを含むものである。
本発明で用いられるトナーは、結着樹脂と着色剤を有するコア粒子の表面にスチレン−アクリル変性ポリエステル樹脂を有するシェル層を形成して得られるトナー母体粒子の表面に、数平均1次粒子径70〜130nmのシリカ粒子(以下、単にシリカ粒子とも云う)を付着して得られたものである。
コア粒子を形成する樹脂としては、スチレンアクリル樹脂が好ましい。スチレンアクリル樹脂を用いることで、コア粒子の上に設けるスチレン−アクリル変性ポリエステル樹脂を用いて形成するシェル層との接着性が良くなる。
シェル層を形成する樹脂としては、スチレン−アクリル変性ポリエステル樹脂を用いる。
本発明で用いられるトナー母体粒子は、コア粒子の表面にシェル層を設けて得られるコア・シェル構造の粒子である。トナー母体粒子中でコア粒子の占める割合とシェル層の占める割合(コア粒子の質量%:シェル層の質量%)は、90:10〜60:40が好ましい。
シリカ粒子は、表面処理をしていない粒子でも、耐熱保管性および環境安定性の観点からシランカップリング剤やチタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイルなどによって表面処理がされた粒子でも好ましく用いられる。
トナーの製造方法としては、特に限定されないが、好ましい製造方法として乳化凝集法により作製する方法を挙げることができる。乳化凝集法では、コア粒子の水系分散液中にシェル層用樹脂粒子の分散液を添加し、コア粒子の表面にシェル層用樹脂粒子を凝集・融着させてトナー母体粒子を作製する。その後、外添剤をトナー母体粒子に付着させてトナーを作製する。
本発明で用いられるキャリアは、多孔質フェライト芯材の表面に樹脂被覆層を設けたものである。
本発明で使用される多孔質フェライト芯材は、その体積基準におけるメディアン径(D50)が15μmから80μmのものが好ましく、20μmから60μmのものがより好ましい。多孔質フェライト芯材の体積基準メディアン径を上記範囲とすることにより高画質のトナー画像を安定して形成することが可能になる。前記多孔質フェライト芯材及びキャリアの体積基準メディアン径は、湿式分散装置を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)(シンパテック社製)」により測定が可能である。
ここで、嵩密度とは、芯材材料で形成される体積と多孔質フェライト芯材の内部及び表面に存在する気孔と呼ばれる空隙の体積の和を用いて算出される比重である。
D=−4γcosθ/P
上記式において、Pは加えられた圧力、Dは細孔径、γは水銀の表面張力、θは水銀と細孔壁面の接触角を表す。ここで、γとθは定数であることから、上記式より加えた圧力Pと細孔径Dの関係が求められ、そのときの水銀の侵入容積を測定することにより、細孔径とその容積分布の関係を導くことができる。
(1)測定試料を複数の穴を開けた市販のゼラチン製のカプセルに投入し、当該カプセルを粉体用のディラトメータ「CD3P」内に入れる。
(2)「Pascal 1140」を用いて脱気処理を行った後、水銀を充填して低圧領域(0〜400kPa)下での測定を行い、これを1st Runとする。
(3)上記1st Runの後、再び脱気処理と前記低圧領域下での測定を行い、これを2nd Runとする。
(4)2nd Run実施後、前述したディラトメータ、水銀、カプセル、測定試料を合わせた質量を測定する。
(5)次に、「Pascal 1240」を用いて高圧領域(0.1MPa〜200MPa)下での測定を行い、この高圧領域下での測定で得られた水銀圧入量を用いて多孔質フェライト芯材の細孔容積、細孔径分布及びピーク細孔径を求める。
(6)なお、前記多孔質フェライト芯材の細孔容積、細孔径分布及びピーク細孔径は、水銀の表面張力を480dyn/cm、接触角を141.3°として算出し、前述した様に、ピーク細孔径を当該多孔質フェライト芯材の細孔径とする。
本発明に使用される多孔質フェライト芯材は、公知の方法により作製が可能なもので、例えば、後述する実施例に記載の工程を経て作製することが可能である。以下、本発明に使用される多孔質フェライト芯材の代表的な作製方法を説明するが、本発明に使用可能な多孔質フェライト芯材は、以下の工程を経て作製されるものに限定されるものではない。
この工程は、多孔質フェライト芯材の原材料を適量秤量した後、ボールミルあるいは振動ミル等に投入して乾式の粉砕処理を行う工程で、この粉砕処理は0.5時間以上行うものであり、1時間から20時間行うものが好ましい。この工程で配合する原材料の種類や原材料の粉砕度合いを制御することにより、多孔質フェライト芯材の空隙率、細孔径、細孔容積、後述する嵩密度や真密度を制御することが可能である。
前記粉砕処理により作製された粉砕物を加圧成形機等により、例えば、大きさ1mm角程度のペレットに成形する工程である。また、形成したペレットを所定目開きのふるいにかけ、混在する粗粉あるいは微粉の除去も行う。
形成したペレットを市販の電気炉に投入して、数時間の加熱処理を行う工程である。加熱温度は700℃から1200℃が好ましい。また、この工程で加熱温度や加熱時間を制御することにより、多孔質フェライト芯材の空隙率、細孔径、細孔容積、後述する嵩密度を制御することが可能である。
上記仮焼成処理を行ったペレット(仮焼成物)をボールミルあるいは振動ミル等を用いて乾式の粉砕処理を行う工程である。なお、乾式の粉砕処理を行う工程では、後述する実施例にも記載の様に、使用するメディアに粒径1mm以下のビーズを使用することが好ましく、原材料やペレットの均一かつ効果的な分散をより確実に行うことができる。また、使用するビーズの径、組成、粉砕処理時間を制御することにより、原材料やペレットの粉砕度合いを制御することが可能である。
上記粉砕処理により作製された粉砕物に水を添加し、湿式のボールミルや振動ミルを用いて粉砕処理を行い、所望の粒径を有する粉砕物を分散させたスラリーを作製する工程である。なお、この工程でスラリー中の粉砕物の粒径を制御することにより、多孔質フェライト芯材の細孔径を制御することが可能である。
上記湿式粉砕工程で作製したスラリー中に、分散液やポリビニルアルコール等のバインダを添加し、粘度を調整した後、スプレードライヤーを用いて当該スラリーより造粒を行い、形成した造粒物を乾燥させる工程である。この工程でスラリー中に添加するバインダや水の量あるいは乾燥度合いを制御することにより、多孔質フェライト芯材の空隙率、細孔径、細孔容積、後述する嵩密度を制御することが可能である。
上記造粒工程で造粒物を乾燥させた後、当該造粒物を電気炉等の加熱手段に投入し、窒素ガス供給等により酸素濃度を制御しながら、950℃から1400℃の温度で1時間から24時間加熱処理することにより焼成物を形成する工程である。なお、この工程で焼成方法や加熱温度(焼成温度)、加熱時間(焼成時間)、窒素ガスの供給量や水素ガスによる還元雰囲気の形成等を制御することにより、多孔質フェライト芯材の空隙率、細孔径、細孔容積、後述する嵩密度を制御することが可能である。
上記本焼成工程により形成された焼成物を解砕、分級処理して、所定粒径の多孔質フェライト芯材を形成する工程である。この工程では、公知の分級方法を実施することが可能で、例えば、公知の風力分級や、メッシュろ過法、沈降法等を用いることにより、形成した焼成物を所望の粒径に粒度調整することが可能である。
本発明で云う樹脂被覆層とは、多孔質フェライト芯材の表面に被覆用樹脂で形成される層のことである。
(1)ポリオレフィン系樹脂;たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロルスルホン化ポリエチレン等
(2)ビニル化合物あるいはビニリデン化合物の重合体樹脂;たとえば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン等
(3)ビニル系共重合体樹脂;たとえば、スチレン−アクリル酸共重合体等
(4)フッ素樹脂;たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロフルオロエチレン等
また、縮合系樹脂としては、たとえば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂等がある。
キャリアを作製する方法としては、乾式コート法、湿式コート法が挙げられるが、乾式コート法は多孔質フェライト芯材の細孔まで樹脂が入り込まず、多孔質フェライト芯材の表面に樹脂被覆層を形成できるので、より軽いキャリアを作製することができる。
乾式コート法は、機械的衝撃や熱を加えて結着樹脂を多孔質フェライト芯材の表面にコートする方法(以下、メカノケミカル法とも云う)であり、下記の工程により、樹脂被覆層を形成する方法である。
1:被覆用脂粒子を分散したコート材を、多孔質フェライト芯材とともに機械的に撹拌し、多孔質フェライト芯材の表面にコート材を付着させる
2:その後、機械的衝撃や熱を加えて多孔質フェライト芯材の表面に付着させたコート材中の結着樹脂粒子を溶融或いは軟化させて固着し、樹脂被覆層を形成する
3:必要に応じ1〜2の工程を繰り返し、所望の厚さの樹脂被覆層を形成する。
湿式コート法は、下位のような方法で樹脂被覆層を形成する方法である。
(1)流動層式スプレーコート法
流動層式スプレーコート法(以下、溶剤コート法とも云う)は、結着樹脂を溶剤に溶解した塗布液を、流動性スプレーコート装置を用いて多孔質フェライト芯材の表面にスプレー塗布し、次いで乾燥して樹脂被覆層を作製する方法
(2)浸漬式コート法
浸漬式コート法は、結着樹脂を溶剤に溶解した塗布液中に多孔質フェライト芯材を浸漬して塗布処理し、次いで乾燥して樹脂被覆層を作製する方法
(3)重合法
重合法は、反応性化合物を溶剤に溶解した塗布液中に、多孔質フェライト芯材を浸漬して塗布処理し、次いで熱等を加えて重合反応を行って樹脂被覆層を作製する方法
本発明では、湿式コート法、乾式コート法、湿式コート法と乾式コート法を組み合わせたコート法により樹脂被覆層を形成できる。
本発明の2成分現像剤は、電子写真方式の公知の種々の画像形成方法、画像形成装置に用いることができる。例えば、モノクロの画像形成方法やフルカラーの画像形成方法に用いることができる。フルカラーの画像形成方法では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各々に係る4種類のカラー現像装置と、1つの静電潜像担持体とにより構成される4サイクル方式の画像形成方法や、各色に係るカラー現像装置および静電潜像担持体を有する画像形成ユニットを、それぞれ色別に搭載するタンデム方式の画像形成方法など、いずれの画像形成方法も用いることができる。
トナーは以下のようにして作製した。
(1−1)第1段重合
撹拌装置、温度センサ、温度制御装置、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に予めアニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」2.0質量部をイオン交換水2900質量部に溶解させたアニオン性界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。この界面活性剤溶液に重合開始剤「過硫酸カリウム:KPS」9.0質量部を添加し、内温を78℃とさせた後、
溶液(1)
スチレン 540質量部
n−ブチルアクリレート 270質量部
メタクリル酸 65質量部
n−オクチルメルカプタン 17質量部
上記溶液(1)を3時間かけて滴下し、滴下終了後、78℃において1時間にわたって加熱・撹拌することで重合(第1段重合)を行い「樹脂微粒子(a1)」の分散液を作製した。
撹拌装置を取り付けたフラスコ内において、
溶液(2)
スチレン 94質量部
n−ブチルアクリレート 60質量部
メタクリル酸 11質量部
n−オクチルメルカプタン 5質量部
上記溶液(2)に、離型剤としてパラフィンワックス(融点:73℃)51質量部を添加し、85℃に加温して溶解させて「単量体溶液(2)」を調製した。一方、アニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」2質量部をイオン交換水1100質量部に溶解させた界面活性剤溶液を90℃に加温し、この界面活性剤溶液に「樹脂微粒子(a1)」の分散液を、樹脂微粒子(a1)の固形分換算で28質量部添加した後、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック社製)により、4時間混合・分散させ、分散粒子径350nmの乳化粒子を含有する分散液を調製し、この分散液に重合開始剤「KPS」2.5質量部をイオン交換水110質量部に溶解させた開始剤水溶液を添加し、この系を90℃において2時間にわたって加熱・撹拌することによって重合(第2段重合)を行って「樹脂微粒子(a11)」の分散液を作製した。
上記の「樹脂微粒子(a11)」の分散液に、重合開始剤「KPS」2.5質量部をイオン交換水110質量部に溶解させた開始剤水溶液を添加し、80℃の温度条件下において、
溶液(3)
スチレン 230質量部
n−ブチルアクリレート 100質量部
n−オクチルメルカプタン 5.2質量部
上記溶液(3)を1時間かけて滴下した。滴下終了後、3時間にわたって加熱・撹拌することによって重合(第3段重合)を行った。その後、28℃まで冷却し、アニオン性界面活性剤溶液中にコア粒子用樹脂粒子が分散した「コア粒子用樹脂粒子の分散液」を得た。
(スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂の合成)
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに、
ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 500質量部
テレフタル酸 117質量部
フマル酸 82質量部
エステル化触媒(オクチル酸スズ) 2質量部
を入れ、230℃で8時間縮重合反応させ、さらに、8kPaで1時間反応させ、160℃まで冷却した後、
アクリル酸 10質量部
スチレン 30質量部
ブチルアクリレート 7質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 10質量部
の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下し、滴下後、160℃に保持したまま、1時間付加重合反応を継続させた後、200℃に昇温し、10kPaで1時間保持した後、未反応のアクリル酸、スチレン、ブチルアクリレート、生成した水を除去することにより、「スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂」を作製した。
(着色剤分散液の作製)
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤の粒子を分散して有する着色剤分散液を調製した。この分散液の粒子径を、マイクロトラック粒度分布測定装置UPA−150(日機装社製)を用いて測定したところ、117nmであった。
撹拌装置、温度センサ、冷却管を取り付けた反応容器に、「コア粒子用樹脂粒子の分散液」を固形分換算で288質量部、イオン交換水2000質量部を投入後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。その後、「着色剤分散液」を固形分換算で40質量部投入した。次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。この状態で「コールターマルチサイザー3」(コールターベックマン社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準におけるメディアン径(D50)が6.0μmになった時点で、「シェル層用樹脂粒子の分散液」を固形分換算で72質量部を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数を4000個)平均円形度が0.945になった時点で30℃に冷却し、「トナー母体粒子1の分散液」を作製した。
トナー1の作製で用いた疎水性シリカ(数平均1次粒子径=80nm)を、表1のように変更した以外は同様にして「トナー2〜5」を作製した。
先ず、芯材粒子を作製した。
(芯材粒子1の作製)
MnO:35mol%、MgO:14.5mol%、Fe2O3:50mol%及びSrO:0.5mol%になるように原料を秤量し、水と混合した後、湿式のメディアミルで5時間粉砕してスラリーを得た。
芯材粒子1の作製で用いた炭酸マンガンの代わりに二酸化マンガンを用い、添加するバインダの量を0.5質量%にし、電気炉にて、温度1200℃、酸素濃度1.5体積%で6時間保持し、本焼成を行った以外は、芯材粒子1の作製と同様にして、「芯材粒子2」を作製した。
芯材粒子1の作製で用いた炭酸マンガンの代わりに四酸化三マンガンを用い、電気炉にて、温度1125℃、酸素濃度0.5体積%で4時間保持し、本焼成を行った以外は、「芯材粒子1」の作製と同様にして、「芯材粒子3」を作製した。
直径0.5cm径のジルコニアビーズに代えて、0.15mmのステンレスビーズを用い、添加する添加するバインダの量を1.0質量%にし、電気炉にて、温度1100℃で本焼成を行った以外は、芯材粒子1の作製と同様にして、「芯材粒子4」を作製した。
芯材粒子1の作製の仮焼成温度を950℃から1100℃に変更、その後の粉砕時間を12時間、本焼成を1300℃にて2時間、酸素濃度2.5%で行った以外は、芯材粒子1の作製と同様にして、「芯材粒子5」を作製した。
芯材粒子1の作製の電気炉の温度条件を、1350℃にて6時間保持し、本焼成を行った以外は、芯材粒子1の作製と同様にして、「芯材粒子6」を作製した。
フェノール200質量部、37%ホルマリン260質量部、体積平均粒子径0.3μmの球状マグネタイト1600質量部、28%アンモニア水31.2質量部、フッ化カルシウム4質量部、水200質量部を攪拌しながら投入し、毎分1℃で85℃まで昇温し、同温度で3時間反応、硬化させ、「芯材粒子7」を作製した。
「芯材粒子1」100質量部と、メタクリル酸エステル系樹脂よりなる被覆用樹脂粒子(ガラス転移点:115℃、数平均1次粒子径(D50):100μm)5質量部を撹拌装置付き混合撹拌槽に投入し、予備混合工程として、周速1m/secで2分間低速混合した。そして、キャリア中間体形成工程として、ジャケットに冷水を通過させ、40℃にて周速8m/secで20分間混合・撹拌した。その後、キャリア粒子形成工程として、ジャケットに蒸気を通過させ、120℃にて30分間撹拌してキャリア粒子よりなる「キャリア1」を作製した。
キャリア1の作製で用いた芯材粒子1を、「芯材粒子2〜7」に変更した以外は同様にして「キャリア2〜7」を作製した。
上記で作製した「トナー1〜5」と「キャリア1〜7」を用いて「2成分現像剤1〜11」を作製した。
評価は、画像形成装置「bizhub PRO C6500」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)に、上記で作製した2成分現像剤を順次装填して行った。
かぶりは、常温常湿(20℃、50%RH)のプリント環境で、印字率5%の文字画像を20万枚プリント後、白紙をプリントし、転写材の白紙濃度を測定して評価した。転写材の白紙濃度はA4判の20カ所を測定し、その平均値を白紙濃度とする。濃度測定は反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて行った。尚、かぶりは、0.01以下を合格とする。
掃き寄せは、縦×横が30mm×20mmのべた画像の次にべた白画像が続く画像を出力して、以下の方法で掃き寄せ部分を数値化して評価をした。
2 細孔
3 樹脂粒子
4 キャリア中間体
5 樹脂被覆層
6樹脂被覆キャリア
Claims (3)
- 少なくとも結着樹脂と着色剤を有するコア粒子の表面にスチレン−アクリル変性ポリエステル樹脂を有するシェル層を形成したコア・シェル構造のトナーと、キャリアから構成される2成分現像剤において、
該トナーがその粒子表面に数平均1次粒子径70nm以上130nm以下のシリカ粒子を付着したもので、
該キャリアが多孔質フェライト芯材の表面に樹脂被覆層を設けたものであることを特徴とする2成分現像剤。 - 前記多孔質フェライト芯材の嵩密度が、1.1g/cm3以上2.0g/cm3以下であることを特徴とする請求項1に記載の2成分現像剤。
- 前記多孔質フェライト芯材の内部及び表面に存在する細孔の細孔径が、0.2μm以上0.7μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の2成分現像剤。
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