JP2016020942A - 正帯電性シリカ粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに本発明は、上記正帯電性シリカ粒子からなる電子写真トナー用外添剤である。
・表面に、疎水性の置換シリル基も共有結合により導入する手法と、
・更に、その表面の少なくとも一部をシリコーンオイルで被覆する手法
とを組み合わせて実施したことにある。この結果、得られる表面処理シリカ粒子は、前記問題であった、トナー樹脂との親和性や保管時の吸湿性を大きく改善できるのに加えて、現像機内において、長期に渡り機械的ストレスや熱的ストレスに曝されても、プラス帯電特性を安定して維持できる効果も達成できるものになる。
前記式(1)で示されるアミノシランカップリング剤としては、R1が塩素原子であるよりも、アルコキシ基である方が腐食性ガスである塩化水素が発生しないため、好ましい。
本発明では、アミノ基とシリル基を導入した表面処理シリカ粒子に対し、さらにシリコーンオイルを添加し、表面を被覆する。本発明において使用するシリコーンオイルは、特に限定されず、公知ものを制限なく使用することができる。具体的には、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等が挙げられる。
本発明において、シリコーンオイルの添加量は、シリカ粒子表面に十分な疎水性を付与できればよく、使用するシリコーンオイルの種類や、シリカ粒子の比表面積によって異なるため一概にはいえないが、例えば、基材のシリカ粒子の比表面積が200m2/gの場合であれば、基材のシリカ100質量部に対して2〜22部、より好ましくは4〜16質量部、比表面積が85m2/gの場合であれば、シリカ100質量部に対して1〜10部、より好ましくは2〜7質量部添加することが好ましい。特に、得られる表面処理シリカ粒子の遊離シリコーンオイル量が、前述の範囲となる量であることが好ましく、例えば、上記遊離シリコーンオイル量が基材となるシリカ粒子の単位表面積あたり0.1〜1.1mg/m2とする場合には0.1〜1.2mg/m2程度、0.1〜0.9mg/m2である場合には0.2〜1.0mg/m2程度であり、0.2〜0.7mg/m2である場合には0.2〜0.8mg/m2程度被覆させてやればよい。
得られた表面処理シリカの比表面積は、柴田科学器械工業性比表面積測定装置SA−1000を用い、窒素吸着量によるBET1点法により測定した。
得られた表面処理シリカの炭素含有量は、株式会社住化分析センター製のスミグラフNC−22Fにより測定した。
試料0.2gを容量250mlのビーカーに移し、50mlの水を加え、マグネティックスターラーで攪拌した。これにビュレットを使用してメタノールを加え、試料粉末の全量がビーカー内の溶媒に濡れて懸濁した時点を終点として、滴定した。この際、メタノールが直接試料に触れないように、チューブで溶液内に導いた。終点におけるメタノール−水混合溶媒中のメタノールの容量%を疎水度(M値)とした。
(遊離シリコーンオイルの算出方法)
容量50mlの遠心管に、試料0.5gとノルマルヘキサン32mlを入れ、ヤマト科学製超音波洗浄器1510JMTHにて30分間超音波分散し、懸濁させる。得られた懸濁液を遠心分離して、固相(シリカ)を分離回収した。回収したシリカに対し、さらにノルマルヘキサンを32ml加え、超音波分散及び遠心分離の操作を計3回繰り返し、減圧乾燥(120℃、12時間)して乾燥粉末を得る。この粉末の炭素含有量を株式会社住化分析センター製スミグラフNC−22Fを用いて測定する。予め、試料0.5g中の総炭素含有量を測定し、該総炭素含有量との差分から、抽出された遊離シリコーンオイル量を算出した。
(圧縮度の測定)
スチレン−アクリル樹脂(ガラス転移点61℃)をジェットミルで粉砕し、平均粒径6μmの樹脂粉を得た。この樹脂粉35gと得られた表面処理シリカ0.7g、さらに5mmのガラスビーズ200gをポリ容器に移し、1時間振とうさせ、ガラスビーズを篩分けた後、25℃50%相対湿度の条件下で24時間以上放置した。これを擬似トナーとして回収した。この擬似トナーを用いて、パウダテスタ(ホソカワミクロン社製、PT−R型)にて圧縮度を測定した。圧縮度は次式で示される。なお、該圧縮度の値が小さいほど、トナー外添剤として使用したときに、トナーの流動性が良好であると評価できる。
(式中のゆるみ見掛け比重、固め見掛け比重とは、それぞれ、以下の通りである。)
・ゆるみ見掛け比重:100mlのカップに試料粉を入れ、タッピングをしない状態で測定した見掛け比重
・固め見掛け比重:100mlのカップに試料粉を入れ、180回タッピングした後の見掛け比重
(凝集度の評価)
上記で得られた擬似トナー2gを用いて、パウダテスタ(ホソカワミクロン社製、PT−R型)にて凝集度の評価を行った。篩の目開きは、上から150μm、75μm、45μmのものを用いた。振動時間は30秒とした。凝集度は次式で示される。該凝集度の値が小さいほど、トナーやシリカの凝集量が少なく良好と評価できる。
式中のA、B、Cの値は以下の通りである。
B:75μm上の疑似トナー篩残量(g)
C:45μm上の疑似トナー篩残量(g)
(ストレス付与)
表面処理シリカ20g、5mmのジルコニアビーズ200gを500mlのポリ容器に移し、腕振り型振とう混合機(ヤヨイ社製YS−8D)にて、振り角度30度、振とう速度200回/分にて8時間振とうさせることによって機械的ストレスを与え、これを劣化後表面処理シリカとした。また、この劣化後表面処理シリカを用いて作製した疑似トナーを劣化後疑似トナーとした。ストレスを与えていない表面処理シリカは劣化前表面処理シリカであり、該劣化前表面処理シリカを用いて作製した疑似トナーは劣化前疑似トナーである。
(帯電量の測定)
帯電量の測定は、前記劣化前後それぞれの疑似トナーについて、帯電の処理時間を変えた下記高帯電疑似トナーと低帯電疑似トナーについてそれぞれ測定した。
比表面積200m2/gの親水性フュームドシリカ400gを容積20Lのミキサーに入れて撹拌し、窒素雰囲気に置換すると同時に、250℃に加熱した。ミキサーを密閉し、アミノ基を導入するための処理剤として、3−アミノプロピルトリメトキシシラン40gを1流体ノズルで噴霧した。噴霧後、1時間撹拌状態を保ち、その後ミキサーを開放して窒素置換を行った。次に、ミキサーを再度密閉し、シリル基を導入するための処理剤として、ヘキサメチルジシラザン120gを1流体ノズルで噴霧した。噴霧後、1時間撹拌状態を保ち、その後ミキサーを開放して窒素置換を行った。さらに、ミキサーを開放したまま、シリコーンオイルとして、ジメチルシリコーンオイル20gを2流体ノズルで噴霧した。噴霧後、1時間撹拌状態を保ち、表面処理シリカを得た。被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量(表中、被処理シリカ比オイル量)は0.2mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量(表中、被処理シリカ比遊離オイル量)は0.2mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を40gとした以外は、実施例1と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.5mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.4mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を60gとした以外は、実施例1と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.8mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.7mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
親水性ヒュームドシリカとして、比表面積85m2/gのシリカを使用し、ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を4gとした以外は、実施例1と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.1mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.1mg/m2であった。その他、物性等表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を8gとした以外は、実施例4と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.2mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.1mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を20gとした以外は、実施例4と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.6mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.4mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を40gとした以外は、実施例4と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は1.2mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.9mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧を行わなかったこと以外は、実施例1と同様に処理を行った。
ジメチルシリコーンオイルの噴霧を行わなかったこと以外は、実施例4と同様に処理を行った。
シリル基の導入は行わず、ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を40gとした以外は、実施例1と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.5mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.1mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
シリル基の導入は行わず、ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を80gとした以外は、実施例1と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は1.0mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.4mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
シリル基の導入は行わず、ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を20gとした以外は、実施例4と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は0.6mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.1mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
シリル基の導入は行わず、ジメチルシリコーンオイルの噴霧量を40gとした以外は、実施例4と同様に処理を行った。得られた表面処理シリカの、被処理シリカ単位面積当たりの含有シリコーンオイル量は1.1mg/m2、被処理シリカ単位面積当たりの遊離シリコーンオイル量は、0.4mg/m2であった。その他物性等、表1、表2に示す。
Claims (5)
- アミノ基含有基と、疎水性の置換シリル基とが夫々共有結合により表面に導入されてなる表面処理シリカ粒子であって、さらにその表面の少なくとも一部がシリコーンオイルで被覆されてなることを特徴とする正帯電性シリカ粒子。
- シリコーンオイルによる被覆が、表面処理シリカ粒子をノルマルヘキサンに浸漬した際の遊離シリコーンオイル量が、シリカ粒子の単位表面積当たり、0.1〜1.1mg/m2になる量で行われてなる請求項1記載の正帯電性シリカ粒子。
- 上記シリカ粒子がヒュームドシリカである請求項1又は請求項2記載の正帯電性シリカ粒子。
- シリカ粒子に、アミノシランカップリング剤または環状シラザンを接触させて、その表面にアミノ基含有基を共有結合により導入した後、さらに疎水性のシリル化剤と接触させて、その表面に疎水性の置換シリル基を共有結合により導入し、次いで得られた、アミノ基含有基と、疎水性の置換シリル基とが夫々共有結合により導入された表面処理シリカ粒子をシリコーンオイルと接触させて、その表面の少なくとも一部にシリコーンオイルを被覆することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の正帯電性シリカ粒子の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の正帯電性シリカ粒子からなる電子写真トナー用外添剤。
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