JP4181287B2

JP4181287B2 - Toner for electrophotography

Info

Publication number: JP4181287B2
Application number: JP2000015288A
Authority: JP
Inventors: 純森本
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP2001209209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真システムを用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に適用され、記録シートへの転写の過程を経た後に感光体の表面に残存したトナーを現像剤として再使用するリサイクル機構を搭載した電子写真システムに用いられる電子写真用トナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置の現像方式に適用される乾式現像剤は、トナーとフェライト粉、鉄粉、ガラスビーズ等からなるキャリアが混合された二成分系現像剤と、トナー自身に磁性粉末を担持させた一成分系現像剤とに概ね分けられる。これらの現像剤に用いられるトナーは、結着樹脂および着色剤を主成分としており、他に、記録シートへの低温定着性を良好にするためのワックスや、帯電極性（正帯電か負帯電）を付与するための帯電制御剤等が添加される。トナーは、これら材料が所定の配合で混合された後、溶融混練、粉砕、分級といった工程を経て粉体に製造され、最後に、流動性、帯電性、クリーニング性および保存性等の制御のために、シリカ、酸化チタン、アルミナおよび各種の樹脂微粒子等の外添剤が付着されて表面処理が施され、最終的に現像剤として供される。
【０００３】
ところで、近年、社会的ニーズとしてあらゆる場面で地球環境への配慮が要求されている。電子写真方式を採用した複写機及びレーザープリンタにおいても例外ではなく環境にやさしいシステムが求められている。
具体的には、現像工程へのトナーリサイクル機構の搭載、定着工程での低温定着性の向上が挙げられる。
当然のことながら使用される電子写真用トナーにもこれらへの対応が要求されるが、トナー特性はトナーリサイクル機構搭載システムへの対応と低温定着システムへの対応の両立は極めて困難である。
すなわち、トナーリサイクル式の電子写真方式では、感光体を帯電・露光して得られた静電潜像をトナーにて現像し、現像されたトナーを紙に転写し、転写したトナーを熱により定着して、コピーあるいはプリントが得られる。そして、現像されたトナーが紙に転写される際、トナーの１００％は転写されず、一般的に５〜１５％のトナーが感光体上に残る。一般には従来、上記転写残りのトナーは感光体のクリーニング工程にて回収され、回収トナーボックス等に捕集されて、最終的には廃棄処分されていた。
【０００４】
トナーリサイクルとは、上記転写残りの回収トナーを現像機に戻し、再び使用する方式であり、資源の有効活用に繋がると共に、廃棄物の減量に寄与している。
トナーリサイクルシステムを採用した場合、転写残りトナーは感光体クリーニング工程、現像機への搬送工程で物理的な力を受ける。従って、その工程中のトナーは粉砕され、小粒径化する。トナーが小粒径化した場合、感光体等の機器部材との付着力が大きくなり、フィルミング等の弊害を引き起こし、多数枚のコピーの際画像濃度の低下や地カブリの発生を生じやすい。
従って、従来はトナーリサイクルシステムを採用した機器には脆いトナーは使用できず、使用するトナーには高分子量部のピーク位置を高く設定した樹脂、あるいは高分子量比率の高い樹脂を使用し、靱性の高いトナーが必要となっていた。このような靱性の高いトナーを得ようとした場合、トナーのフロー軟化点は１３０℃以上となり、これにより定着ロール温度は高く設定せざるを得ず、現状では１７０℃以上で設定されている。したがって、トナーリサイクルシステムに適したトナーを使用した場合に低温定着が困難であった。
【０００５】
一方、低温定着とは、紙に転写したトナーを熱定着する際、その定着熱量を極力低く抑えることである。電子写真方式における定着方式は、加熱した定着ロールとバックアップロールの間に通紙してトナーを定着するヒートロール定着が主流である。ヒート口ール定着では、定着ロールの温度を低く設定することで低温定着を達成することができる。定着ロールの設定温度はその周速によっても異なるが、一般的に周速が３００ｍｍ／ｓｅｃ以上の定着機において、１７０℃未満で定着ロール温度を設定する場合低温定着といわれている。定着ロールを３００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で通紙する場合、紙上のトナー表面温度は定着ロール温度よりも６５℃以上低下する。よって、低温定着を達成するにはトナーの溶融開始温度を１０５℃未満にする必要がある。トナーの溶融開始温度とフロー軟化点との差は通常２５℃以内である。従って、低温定着性を可能とするためには、トナーのフロー軟化点は少なくとも１３０℃未満でなければならない。よって、低温定着に適したトナーを得ようとするとリサイクルシステムへの対応が不可能であった。
また、従来は低温定着性を満足するため、トナーに使用する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させることにより溶融開始温度とフロー軟化点の差を拡げて対応していた。しかし、必要以上にＴｇを低下させた場合では高温高湿環境下で流動性の低下やブロッキング等が生じて耐環境性上問題を有していた。
従って、リサイクル性と低温定着性の両者を満足するトナーを得ることは従来技術では困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、上記問題を解決し、トナーのリサイクル性と低温定着性の両者を満足するリサイクル機構を搭載した電子写真システムに用いられる電子写真用トナーを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも結着樹脂、着色剤及びＤＳＣの吸熱ピークが８０〜１００℃であるフィッシャートロプシュワックスを０．５〜８重量％含有したトナー母粒子の表面に、加熱減量が１％未満の疎水性シリカと、親水性シリカが付着されてなり、前記疎水性シリカ１重量部に対して親水性シリカが２〜１０重量部付着されていることを特徴とするリサイクル機構を搭載した電子写真システムに用いられる電子写真用トナーである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電子写真用トナーを適用するリサイクル機構を搭載した電子写真システムについて一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、複写機の画像形成手段を概念的に示している。図中符号１は矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム（感光体）であり、この感光体ドラム１の周囲には、その回転方向にしたがって、コロナ帯電器２、光学系３、現像剤（一成分系もしくは二成分系）６を収容する現像剤収容器４ａおよび現像スリーブ（現像体）４ｂ、コロナ転写器５、クリーニングブレード９ａ、除電手段１０がこの順に配置されている。符号７で示す記録シート（紙や樹脂フィルム等）は、図中右側から搬送されて感光体ドラム１とコロナ転写器５との間を通過するようになされ、搬送先には加熱・加圧方式の定着ローラ対８が配置されている。クリーニングブレード９ａは、転写後に感光体ドラム１の表面に残存するトナー（トナー画像の一部：回収トナー）６ｂを掻き落とすものであり、その掻き落とされた回収トナー６ｂは、回収搬送路９ｂを経て現像剤収容器４ａに戻されるようになされている。この場合、クリーニングブレード９ａと回収搬送路９ｂとによりトナー回収手段９が構成され、この回収手段９と、現像剤収容器４ａおよび現像スリーブ４ｂとの組み合わせにより、現像装置４が構成されている。
【０００９】
この画像形成手段による画像形成工程は、次の通りである。まず、コロナ帯電器２のコロナ放電により、回転する感光体ドラム１の表面が一様に帯電され、次に、光学系３の露光により感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。現像スリーブ４ｂは現像剤収容器４ａに収容されている現像剤６を吸着しながら回転し、その現像剤６中のトナー（一成分系の場合は現像剤６全てがトナーである）が、感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像に逆極性作用等で吸着される。これにより、静電潜像はトナー画像６ａとして可視像化される。次に、記録シート７が感光体ドラム１とコロナ転写器５との間に搬送されてトナー画像６ａに重ねられ、その裏面からコロナ転写器５により転写電荷が与えられることにより、記録シート７上にトナー画像６ａが転写される。この後、記録シート７は定着ローラ対８の間を通過し、その際に、トナー画像６ａが記録シート７上に定着される。一方、記録シート７に転写されずに感光体ドラム１の表面に残存した回収トナー６ｂはクリーニングブレード９ａにより掻き落とされ、これにより感光体ドラム１の表面は清浄化され、この後、除電手段１０で除電される。クリーニングブレード９ａにより掻き落とされた回収トナー６ｂは、回収搬送路９ｂを経て現像剤収容器４ａに戻され、再び使用される。
そして、記録シート７が多数枚コピーされていくと現像剤６のトナー濃度が少なくなり、現像剤６中に適切なトナー濃度を維持するためトナー１１が補給される。
上記現像剤は、磁性又は非磁性の一成分系現像剤もしくは二成分系現像剤であり、一成分系の場合であればトナーそのものが現像剤とされ、二成分系の場合は、トナーにキャリアが混合されたものが現像剤とされる。
なお、この場合、コピー開始時の現像剤を構成するトナーには、多数枚コピー時に補給されるトナーを使用することが帯電性を安定化させるために好ましい。
【００１０】
本発明は、上記電子写真システムに適用される電子写真用トナーであって、主成分は、以下に述べる結着樹脂、着色剤及びフィッシャートロプシュワックスであって、これらを含有したトナー母粒子の表面に加熱減量が１％未満の疎水性シリカと親水性シリカが付着されているものである。
【００１１】
結着樹脂は、スチレン、α−メチルスチレン、クロルスチレン等のスチレン類と、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、アクリル酸オクチル等のアクリル酸エステル類または／および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、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ステアリル等のメタクリル酸エステル類とを共重合させたスチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等である。
該スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体樹脂中の（メタ）アクリル酸エステルの含有量は、１５重量％以下が好ましい。１５重量％より多い場合では、樹脂そのものの帯電性が低いためにその帯電性を補うため必要以上のシリカ微粒子の使用が必要となって、その結果回収されたトナーにおいてシリカ微粒子の脱離、埋没等による帯電性、流動性の大きな変化が生じて地カブリ、トナー飛散等の問題が発生しやすい。
【００１２】
着色剤は、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコオイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル等が、単独もしくは混合されて用いられる。着色剤は、十分な濃度の可視像が形成されるに十分な割合の含有量が必要であり、例えば、結着樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部程度の割合で含有される。
【００１３】
フィッシャートロプシュワックスとしては特に限定されないが、天然ガスを原料にフィッシャートロプシュ法により製造されたものが好ましく、該天然ガスを原料としたフィッシャートロプシュワックスは一酸化炭素の触媒水素化により合成されたワックス状炭化水素であって、構造的にはメチル分岐の少ない直鎖状のパラフィン系ワックスである。
このような天然ガスを原料にしたフィッシャートロプシュワックスとしては、シェル・ＭＤＳ社製の商品名：ＦＴ−１００、ＦＴ−００３０、ＦＴ−００５０、ＦＴ−００７０、ＦＴ−０１６５、ＦＴ−１１５５、ＦＴ−６０Ｓ等が上市されている。
フィッシャートロプシュワックスは、示差走査熱量分析計（以下、ＤＳＣと略す）による吸熱ピークが８０〜１００℃であるものが好ましい。吸熱ピークが８０℃より低いものは、トナーの保存安定性に問題が生じやすく、また流動性が悪くなりやすい。一方、１００℃より高いとトナーの溶融粘度を下げる効果が少ないためトナーの低温定着性が得られにくくなる。
フィッシャートロプシュワックスは結着樹脂との相溶性があまり良くないため大量に使用するとワックスの分散が悪化し、粉砕時にワックス単体の脱離等により耐高温オフセット性、流動性が悪くなりやすいので好ましくない。したがって、トナー母粒子中に０．５〜８重量％含有させることが好ましい。
また、本発明でいうＤＳＣによる吸熱ピークは、吸収熱量のピーク温度のことであり、セイコー電子工業社ＳＳＣ−５２００を用い２０〜１５０℃の間を１０℃／分の割合で昇温させ、次に１５０℃から２０℃に急冷させる過程を２回繰り返し２回目の吸収熱量を測定したものである。
【００１４】
トナー母粒子には、極性を付与するために帯電制御剤が含有され、正帯電トナー用と負帯電トナー用とに分けられる。正帯電トナー用としては、ニグロシン染料、第４級アンモニウム塩、ビリジニウム塩およびアジン等が用いられる。また、負帯電トナー用としては、アゾ系含金属錯体やサリチル酸系金属錯体が用いられる。
その他必要に応じて磁性粉や離型剤等を含有させてもよい。
磁性粉としては、フェライト粉、マグネタイト粉、鉄粉等の微粒子が挙げられる。フェライト粉としてはＭｅＯ−Ｆｅ₂Ｏ₃の混合焼結体が本発明に使用される。この場合のＭｅとはＭｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｖ等であり、そのいずれか１種又は２種以上用いれらる。また、マグネタイト粉としてはＭｅＯ−Ｆｅ₃Ｏ₄の混合焼結体が使用される。この場合のＭｅは上記フェライト粉の場合と同様である。
離型剤は、定着用熱ロールとトナーとの離型性を確保するために添加され、低分子量ポリプロピレンや低分子量ポリエチレン等が用いられる。
【００１５】
本発明でいうトナー母粒子は、上記材料が所定の配合で混合され、その混合物が、溶融混練、粉砕、分級といった工程を経て製造される。また、上記材料を用いて重合方法によりトナー母粒子を得てもよい。
【００１６】
本発明の電子写真用トナーは、前記トナー母粒子の表面に、加熱減量が１％未満の疎水性シリカと、親水性シリカが付着されてなるものである。
加熱減量が１％未満の疎水性シリカとしては、ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、Ｐ−クロルフェニルトリクロルシラン、３−クロルプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジビニルクロルシラン等の疎水化剤、特にジメチルジクロルシランあるいはヘキサメチレンジシラザンで処理されたコロイド状の二酸化ケイ素であって、５０％以上の疎水化度を有するものであり、その加熱減量が１％未満のものである。
ここでいう加熱減量とは、ＪＩＳＫ５１０１の顔料試験方法に記載された加熱減量の測定方法に基づいて測定された値をいう。
加熱減量が１％以上の疎水性シリカを用いた場合は、感光体表面から記録シートに転写されたトナー画像を定着する定着ローラの表面にトナーが付着し、その結果、定着ローラから記録シートを剥離するための剥離爪の痕がトナー画像に発生する。
【００１７】
親水性シリカとしては、５０％未満の疎水化度を有するシリカをいう。
ここで疎水化度とは、別名メタノールウェッタビリティー値（ＭＷ値）ともいい、シリカの表面の疎水性を表わす尺度として一般に用いられているものである。該疎水化度の測定方法は次のようにして行う。まず、シリカ０．２ｇを２５０ｃｃのフラスコに入れ、これに水を５０ｃｃ添加する。次にマグネチックスターラーで上記水中におけるシリカを攪拌しながら、メタノールをビューレットから滴下する。シリカの全量がメタノールによって湿潤し、水とメタノールの混合系に良分散したと目視によって判断した時にメタノールの滴下を止める。この時の水とメタノールの混合相中におけるメタノールの重量を百分率であらわし、この数値を疎水化度とする。
【００１８】
トナー母粒子の表面に付着させる疎水性シリカと親水性シリカとの比率は、疎水性シリカ１重量部に対して親水性シリカが２〜１０重量部であることが好ましい。２重量部未満の場合は定着画像に爪痕が生じやすく、１０重量部より多い場合はリサイクル機構を搭載した電子写真システムに適用した場合に地カブリが多い画像となって多数コピーすることができにくくなる。
【００１９】
トナー母粒子の表面に加熱減量が１％未満の疎水性シリカと、親水性シリカを付着させるためには、タービン型攪拌機、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の一般的な攪拌機により混合して攪拌する等の方法が挙げられる。
また、トナー母粒子の表面には適宜、トナーの流動性、帯電性、クリーニング性および保存性等の制御のため、磁性粉、アルミナ、タルク、クレー、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタンまたは各種の樹脂微粒子等の外添剤が付着されていてもよい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例および比較例に基づき本発明を説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記において「部」とは「重量部」を示す。
（実施例１）
・スチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂１００部
（積水化学工業社製商品名：ＳＥ−００５０）
・天然ガスを原料としたフィッシャートロプシュワックス３部
（シェル・ＭＤＳ社製商品名：ＦＴ−１００、吸熱ピーク：９２℃）
・クロム含金属染料１部
（オリエント化学工業社製商品名：ボントロンＳ−３４）
・カーボンブラック５部
（三菱化学社製商品名：ＭＡ−１００）
上記の配合比からなる原料をスーパーミキサーで５分間混合し、加圧ニーダーで熱溶融混練後、ジェットミルで粉砕し、その後乾式気流分級機で分級して体積平均径が１０μｍのトナー母粒子を得た。
そして、該トナー母粒子１００部に対してジメチルジクロルシランで処理された加熱減量が０．３％の疎水性シリカ（疎水化度５５％）０．２部と親水性シリカ（疎水化度４０％）０．４部とをヘンシェルミキサーで混合してトナー母粒子の表面に付着させ本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２１】
（実施例２）
実施例１において、疎水性シリカの付着量を０．１部及び親水性シリカの付着量を１部に変更した以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２２】
（実施例３）
実施例１において、疎水性シリカをジメチルジクロルシランで処理された加熱減量が０．６％の疎水性シリカ（疎水化度６５％）０．２部に代えて、且つ親水性シリカの付着量を０．５部に変更した以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２３】
（実施例４）
実施例１において、フィッシャートロプシュワックスの含有量を７部、且つ親水性シリカの付着量を０．５部に変更した以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２４】
（実施例５）
実施例４において、スチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂をポリエステル樹脂１００部に代えて、且つフィッシャートロプシュワックスの含有量を５部に変更した以外は実施例４と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２５】
（比較例１）
実施例１において、フィッシャートロプシュワックスの代わりにポリプロピレンワックス（三洋化成工業社製商品名：ビスコール５５０Ｐ）３部に代えた以外は実施例１と同様にして比較用の電子写真用トナーを得た。
【００２６】
（比較例２）
実施例１において、疎水性シリカをジメチルジクロルシランで処理された加熱減量が１．１％の疎水性シリカ（疎水化度５５％）０．２部に代えた以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２７】
（比較例３）
実施例１において、疎水性シリカの付着量を０．６部に代えて、且つ親水性シリカを付着させない以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２８】
（比較例４）
実施例１において、親水性シリカの付着量を０．６部に代えて、且つ疎水性シリカを付着させない以外は実施例１と同様にして本発明の電子写真用トナーを得た。
【００２９】
次に前記実施例及び比較例で得られた各電子写真用トナーについて下記の項目の試験をおこなった。
（１）非オフセット温度領域及び非オフセット温度幅
まず、各電子写真用トナー４部とノンコートフェライトキャリア（パウダーテック社製商品名：ＦＬ−１００）９６部とを混合して二成分系現像剤を作製した。次に該現像剤を使用して図１に記載のトナーリサイクル方式を有する複写機の現像装置に入れＡ４の転写紙に縦２ｃｍ、横５ｃｍの帯状の未定着画像を複数作製した。
ついで、表層がテフロンで形成された熱定着ロールと、表層がシリコーンゴムで形成された圧力定着ロールが対になって回転する定着機をロール圧力が１Ｋｇ／ｃｍ²及びロールスピードが５０ｍｍ／ｓｅｃになるように調節し、該熱定着ロールの表面温度を段階的に変化させて、各表面温度において上記未定着画像を有した転写紙のトナー像の定着をおこなった。この時余白部分にトナー汚れが生じるか否かの観察をおこない、汚れが生じない温度領域を非オフセット温度領域とした。また、非オフセット温度領域の最大値と最小値の差を非オフセット温度幅とした。
【００３０】
（２）定着強度
前記定着機の熱定着ロールの表面温度を１６０℃に設定し、前記未定着画像が形成された転写紙のトナー像の定着をおこなった。そして、形成された定着画像の画像濃度を反射濃度計（マクベス社製、商品名：ＲＤ−９１４）を使用して測定した後、該定着画像に対して消しゴムによる摺擦を施し、ついで同様にして画像濃度を測定した。得られた測定値から下記式によって定着強度を算出した（定着強度は実用上８０％以上であることが必要である）。
【００３１】
【数１】

【００３２】
（３）現像特性
また、前項（１）における各現像剤及び複写機を用いて５００００枚までの連続コピー試験をおこなった。連続コピーした原稿は黒色部が６％のＡ４のものであり、画像濃度はベタ画像部をマクベス反射濃度計ＲＤ−９１４で測定（画像濃度は実用上１．３０以上であることが必要である）し、地カブリは日本電色工業社製のカラーメーターＺＥ２０００で測定した値（地カブリは実用上１．００以下であることが必要である）である。
また、定着時の爪痕は、５００００枚後の定着画像を目視により確認し、爪痕が発生していなかったものを○、発生していたものを×とした。
上記項目の試験結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表１の結果から明かなように実施例１〜５の電子写真用トナーでは、初期と５００００枚後の画像濃度が１．４０以上であって、地カブリも０．４１以下という実用上問題ない範囲で多数枚複写できることが確認され、トナーのリサイクル性に何等問題のないことが認められた。また、定着強度も８３％以上有り低温定着性にも優れ、非オフセット温度領域及び定着時の爪痕も問題がなかった。
これに対し、比較例１は定着強度が低く非オフセット温度領域も狭いものであった。比較例２乃至４では５００００枚後の画像濃度が低く、地カブリも多い画像であり、リサイクル機構を搭載した電子写真用システムでは実用上問題があることが確認された。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電子写真用トナーは、リサイクル機構を搭載した電子写真システムに使用した場合に実施例の通り実用上問題なく多数枚の複写が可能である。
したがって、トナーリサイクル性と低温定着性が両立した電子写真用トナーである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成手段の概念図である。
【符号の説明】
１感光体ドラム（感光体）
４ａ現像剤収容器
４ｂ現像スリーブ（現像体）
６現像剤
６ａトナー画像
６ｂ回収トナー
７記録シート
９トナー回収手段
１１トナー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is applied to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic system, and a recycling mechanism for reusing toner remaining on the surface of a photoreceptor as a developer after passing through a transfer process to a recording sheet. The present invention relates to an electrophotographic toner used in an electrophotographic system equipped with the above.
[0002]
[Prior art]
The dry developer applied to the developing method of the image forming apparatus is a two-component developer in which a toner and a carrier made of ferrite powder, iron powder, glass beads, etc. are mixed, and a magnetic powder carried on the toner itself. Generally divided into component developers. The toners used in these developers are mainly composed of a binder resin and a colorant. In addition, wax for improving low-temperature fixability to a recording sheet, and charge polarity (positive charge or negative charge). A charge control agent or the like for imparting is added. After these materials are mixed in a prescribed blend, the toner is manufactured into powder through processes such as melt-kneading, pulverization, and classification. Finally, for control of fluidity, chargeability, cleaning properties, storage stability, etc. Further, external additives such as silica, titanium oxide, alumina, and various resin fine particles are attached to the surface and subjected to surface treatment, and finally provided as a developer.
[0003]
By the way, in recent years, consideration for the global environment is demanded in every scene as a social need. There is no exception in copying machines and laser printers that employ electrophotography, and environmentally friendly systems are required.
Specifically, a toner recycling mechanism is installed in the development process, and low-temperature fixability is improved in the fixing process.
As a matter of course, the electrophotographic toner to be used is required to cope with these, but it is extremely difficult for the toner characteristics to be compatible with the system equipped with the toner recycling mechanism and the low temperature fixing system.
That is, in the toner recycling type electrophotographic system, the electrostatic latent image obtained by charging and exposing the photoreceptor is developed with toner, the developed toner is transferred to paper, and the transferred toner is fixed by heat. Thus, a copy or print can be obtained. When the developed toner is transferred to the paper, 100% of the toner is not transferred, and generally 5 to 15% of the toner remains on the photoreceptor. In general, the toner remaining after transfer has been collected in a cleaning process of the photoreceptor, collected in a collected toner box or the like, and finally discarded.
[0004]
Toner recycling is a method in which the collected toner remaining after transfer is returned to the developing machine and reused, leading to effective use of resources and contributing to the reduction of waste.
When the toner recycling system is employed, the untransferred toner receives physical force in the photoreceptor cleaning process and the transport process to the developing machine. Therefore, the toner in the process is pulverized to reduce the particle size. When the toner has a small particle size, the adhesion force to the device member such as a photoreceptor increases, which causes adverse effects such as filming, and tends to cause a decrease in image density and occurrence of background fogging when a large number of copies are made.
Therefore, conventionally, a brittle toner cannot be used in a device employing a toner recycling system, and a resin with a high peak of the high molecular weight portion or a resin with a high high molecular weight ratio is used as the toner to be used. High toner was required. When trying to obtain such a toner having high toughness, the flow softening point of the toner becomes 130 ° C. or higher, and accordingly, the fixing roll temperature must be set high, and is currently set at 170 ° C. or higher. Therefore, it is difficult to fix at a low temperature when a toner suitable for the toner recycling system is used.
[0005]
On the other hand, the low-temperature fixing is to keep the amount of fixing heat as low as possible when heat-fixing the toner transferred onto paper. As a fixing method in the electrophotographic method, heat roll fixing in which toner is fixed by passing paper between a heated fixing roll and a backup roll is the mainstream. In heat spall fixing, low temperature fixing can be achieved by setting the temperature of the fixing roll low. Although the setting temperature of the fixing roll varies depending on the peripheral speed, it is generally called low temperature fixing when the fixing roll temperature is set below 170 ° C. in a fixing machine having a peripheral speed of 300 mm / sec or more. When the fixing roll passes through at a speed of 300 mm / sec or more, the toner surface temperature on the paper is lowered by 65 ° C. or more than the fixing roll temperature. Therefore, in order to achieve low temperature fixing, it is necessary to set the melting start temperature of the toner to less than 105 ° C. The difference between the melting start temperature of the toner and the flow softening point is usually within 25 ° C. Therefore, in order to enable low temperature fixability, the flow softening point of the toner must be at least below 130 ° C. Therefore, when trying to obtain a toner suitable for low-temperature fixing, it is impossible to cope with a recycling system.
Conventionally, in order to satisfy the low-temperature fixability, the difference between the melting start temperature and the flow softening point is widened by lowering the glass transition temperature (Tg) of the resin used for the toner. However, when the Tg is lowered more than necessary, the fluidity is lowered and blocking is caused in a high temperature and high humidity environment, which has a problem in environmental resistance.
Therefore, it has been difficult for the prior art to obtain a toner satisfying both recyclability and low-temperature fixability.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrophotographic toner used in an electrophotographic system equipped with a recycling mechanism that solves the above problems and satisfies both the recyclability and low-temperature fixability of the toner.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, at least a binder resin, a colorant, and a DSC endothermic peak having a temperature of 80 to 100 ° C. having a Fischer-Tropsch wax content of 0.5 to 8% by weight on the surface of toner base particles, the loss on heating is less than 1%. hydrophobic silica, Ri the name is attached hydrophilic silica, electrophotographic said hydrophilic silica with respect to the hydrophobic silica 1 part by weight equipped with recycling mechanism characterized that you have been attached 2-10 parts by weight This is an electrophotographic toner used in the system .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an electrophotographic system equipped with a recycling mechanism to which the electrophotographic toner of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 conceptually shows image forming means of a copying machine. In the figure, reference numeral 1 denotes a photosensitive drum (photosensitive member) that rotates in the direction of arrow A. Around the photosensitive drum 1, a corona charger 2, an optical system 3, a developer (one developer) A developer container 4a and a developing sleeve (developing body) 4b for housing a component system (two-component system) 6, a corona transfer device 5, a cleaning blade 9 a, and a charge eliminating unit 10 are arranged in this order. A recording sheet (paper, resin film, etc.) denoted by reference numeral 7 is conveyed from the right side in the figure and passes between the photosensitive drum 1 and the corona transfer device 5, and a heating / pressurizing system is provided at the conveyance destination. The fixing roller pair 8 is disposed. The cleaning blade 9a scrapes off the toner (part of the toner image: recovered toner) 6b remaining on the surface of the photosensitive drum 1 after the transfer. The recovered toner 6b thus scraped off passes through the recovery conveyance path 9b. After that, it is returned to the developer container 4a. In this case, the toner collecting means 9 is constituted by the cleaning blade 9a and the collecting conveyance path 9b, and the developing device 4 is constituted by a combination of the collecting means 9, the developer container 4a and the developing sleeve 4b.
[0009]
The image forming process by this image forming means is as follows. First, the surface of the rotating photosensitive drum 1 is uniformly charged by corona discharge of the corona charger 2, and then an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 1 by exposure of the optical system 3. . The developing sleeve 4b rotates while adsorbing the developer 6 accommodated in the developer container 4a, and the toner in the developer 6 (in the case of a one-component system, all of the developer 6 is toner) is photosensitive. The electrostatic latent image formed on the surface of the body drum 1 is attracted by a reverse polarity action or the like. Thereby, the electrostatic latent image is visualized as a toner image 6a. Next, the recording sheet 7 is conveyed between the photosensitive drum 1 and the corona transfer device 5 and is superimposed on the toner image 6a. The toner image 6a is transferred to the surface. Thereafter, the recording sheet 7 passes between the pair of fixing rollers 8, and at this time, the toner image 6 a is fixed on the recording sheet 7. On the other hand, the recovered toner 6b remaining on the surface of the photosensitive drum 1 without being transferred to the recording sheet 7 is scraped off by the cleaning blade 9a, whereby the surface of the photosensitive drum 1 is cleaned. It is neutralized with. The collected toner 6b scraped off by the cleaning blade 9a is returned to the developer container 4a through the collection conveyance path 9b and used again.
When a large number of recording sheets 7 are copied, the toner concentration of the developer 6 decreases, and the toner 11 is replenished to maintain an appropriate toner concentration in the developer 6.
The developer is a magnetic or non-magnetic one-component developer or a two-component developer. In the case of a one-component system, the toner itself is used as the developer. In the case of a two-component system, the toner is a carrier. Is a developer.
In this case, it is preferable to use toner replenished at the time of copying a large number of toners as toner constituting the developer at the start of copying in order to stabilize the charging property.
[0010]
The present invention is an electrophotographic toner applied to the above-described electrophotographic system, and the main components are a binder resin, a colorant, and a Fischer-Tropsch wax described below, and the surface of toner base particles containing them To which hydrophobic silica and hydrophilic silica having a weight loss of less than 1% are adhered.
[0011]
The binder resin is made of styrene such as styrene, α-methylstyrene, chlorostyrene, and acrylates such as methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, octyl acrylate, and / or methacrylic acid. Styrene (meth) acrylic acid ester copolymer resin, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin copolymerized with methacrylic acid esters such as ethyl, propyl methacrylate, butyl methacrylate, octyl methacrylate, stearyl methacrylate Etc.
The content of (meth) acrylic acid ester in the styrene- (meth) acrylic acid ester copolymer resin is preferably 15% by weight or less. If the amount is more than 15% by weight, the resin itself has a low chargeability, so that it is necessary to use more silica particles than necessary to compensate for the chargeability. As a result, the silica particles are removed and buried in the recovered toner. As a result, a large change in chargeability and fluidity occurs due to such problems as background fogging and toner scattering.
[0012]
Colorants include carbon black, aniline blue, calco oil blue, chrome yellow, ultramarine blue, dupont oil red, quinoline yellow, methylene blue chloride, phthalocyanine blue, malachite green oxalate, lamp black, rose bengal, etc. To be used. The colorant must have a sufficient content to form a visible image having a sufficient density. For example, the colorant is contained at a rate of about 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin. .
[0013]
Fischer-Tropsch wax is not particularly limited, but is preferably produced by using a Fischer-Tropsch process using natural gas as a raw material. It is a linear paraffinic wax that is a hydrocarbon and has few methyl branches in terms of structure.
As such Fischer-Tropsch wax using natural gas as a raw material, trade names of Shell MDS: FT-100, FT-0030, FT-0050, FT-0070, FT-0165, FT-1155, FT- 60S etc. are on the market.
The Fischer-Tropsch wax preferably has an endothermic peak of 80 to 100 ° C. by a differential scanning calorimeter (hereinafter abbreviated as DSC). When the endothermic peak is lower than 80 ° C., a problem is likely to occur in the storage stability of the toner, and the fluidity tends to deteriorate. On the other hand, if the temperature is higher than 100 ° C., the effect of lowering the melt viscosity of the toner is small, and it becomes difficult to obtain low-temperature fixability of the toner.
Fischer-Tropsch wax is not very compatible with the binder resin, so when used in large quantities, the dispersion of the wax deteriorates, and high temperature offset resistance and fluidity are liable to deteriorate due to detachment of the wax alone during pulverization. . Therefore, the toner base particles are preferably contained in an amount of 0.5 to 8% by weight.
Further, the endothermic peak due to DSC in the present invention is the peak temperature of the amount of absorbed heat, and the temperature is increased between 20 to 150 ° C. at a rate of 10 ° C./min using Seiko Electronics Industry SSC-5200. The process of quenching from 150 ° C. to 20 ° C. was repeated twice and the second heat of absorption was measured.
[0014]
The toner base particles contain a charge control agent for imparting polarity, and are classified into positively charged toner and negatively charged toner. For the positively charged toner, nigrosine dye, quaternary ammonium salt, biridinium salt, azine and the like are used. For negatively charged toners, azo metal-containing complexes and salicylic acid metal complexes are used.
In addition, you may contain a magnetic powder, a mold release agent, etc. as needed.
Examples of the magnetic powder include fine particles such as ferrite powder, magnetite powder, and iron powder. As the ferrite powder, a mixed sintered body of MeO—Fe ₂ O ₃ is used in the present invention. Me in this case is Mn, Zn, Ni, Ba, Co, Cu, Li, Mg, Cr, Ca, V, etc., and any one or more of them can be used. As the magnetite powder, a mixed sintered body of MeO-Fe ₃ O ₄ is used. Me in this case is the same as in the case of the ferrite powder.
The release agent is added to ensure the releasability between the heat roller for fixing and the toner, and low molecular weight polypropylene, low molecular weight polyethylene, or the like is used.
[0015]
In the toner base particles referred to in the present invention, the above materials are mixed in a predetermined composition, and the mixture is manufactured through processes such as melt-kneading, pulverization, and classification. Further, toner base particles may be obtained by a polymerization method using the above materials.
[0016]
The electrophotographic toner of the present invention is obtained by adhering hydrophobic silica having a loss on heating of less than 1% and hydrophilic silica on the surface of the toner base particles.
Examples of the hydrophobic silica having a loss on heating of less than 1% include dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, methyltrichlorosilane, allylphenyldichlorosilane, benzyldimethylchlorosilane, bromomethyldimethylchlorosilane, P-chlorophenyltrichlorosilane, Colloidal silicon dioxide treated with a hydrophobizing agent such as 3-chloropropyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, divinylchlorosilane, in particular dimethyldichlorosilane or hexamethylenedisilazane, It has a degree of hydrophobicity of 50% or more, and its heat loss is less than 1%.
The loss on heating as used herein refers to a value measured based on the measurement method for loss on heating described in the pigment test method of JIS K 5101.
When hydrophobic silica with a heating loss of 1% or more is used, the toner adheres to the surface of the fixing roller that fixes the toner image transferred from the surface of the photoreceptor to the recording sheet. As a result, the recording sheet is removed from the fixing roller. A peeling nail mark for peeling occurs in the toner image.
[0017]
Hydrophilic silica refers to silica having a degree of hydrophobicity of less than 50%.
Here, the degree of hydrophobicity is also referred to as a methanol wettability value (MW value), and is generally used as a measure representing the hydrophobicity of the surface of silica. The method for measuring the degree of hydrophobicity is performed as follows. First, 0.2 g of silica is put in a 250 cc flask, and 50 cc of water is added thereto. Next, methanol is dropped from the burette while stirring the silica in the water with a magnetic stirrer. The dripping of methanol is stopped when it is judged by visual observation that the entire amount of silica has been wetted by methanol and well dispersed in a mixed system of water and methanol. The weight of methanol in the mixed phase of water and methanol at this time is expressed as a percentage, and this value is used as the degree of hydrophobicity.
[0018]
The ratio of the hydrophobic silica and the hydrophilic silica to be adhered to the surface of the toner base particles is preferably 2 to 10 parts by weight of the hydrophilic silica with respect to 1 part by weight of the hydrophobic silica. If it is less than 2 parts by weight, it tends to cause nail marks on the fixed image, and if it is more than 10 parts by weight, it is difficult to make a large number of copies as an image with a lot of background fog when applied to an electrophotographic system equipped with a recycling mechanism. Become.
[0019]
In order to attach hydrophobic silica having a weight loss of less than 1% and hydrophilic silica to the surface of the toner base particles, the mixture is stirred with a general stirrer such as a turbine-type stirrer, Henschel mixer, or super mixer. The method is mentioned.
In addition, on the surface of the toner base particles, magnetic powder, alumina, talc, clay, calcium carbonate, magnesium carbonate, titanium oxide or various kinds of toner particles are appropriately controlled to control the fluidity, chargeability, cleaning properties, and storage stability of the toner. External additives such as resin fine particles may be attached.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these. In the following, “part” means “part by weight”.
(Example 1)
・ Styrene-acrylic acid ester copolymer resin 100 parts (trade name: SE-0050, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.)
・ 3 parts of Fischer-Tropsch wax made from natural gas (Shell, manufactured by MDS, trade name: FT-100, endothermic peak: 92 ° C.)
・ Chromium-containing dye 1 part (trade name: Bontron S-34, manufactured by Orient Chemical Industries)
・ Carbon black 5 parts (trade name: MA-100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
The raw materials having the above blending ratio are mixed with a super mixer for 5 minutes, heat-melted and kneaded with a pressure kneader, pulverized with a jet mill, and then classified with a dry air classifier to obtain toner mother particles having a volume average diameter of 10 μm. Obtained.
Further, 0.2 parts of hydrophobic silica (hydrophobic degree 55%) treated with dimethyldichlorosilane and 0.2 parts of hydrophilic silica (hydrophobic degree 40) treated with dimethyldichlorosilane with respect to 100 parts of the toner base particles. %) 0.4 part was mixed with a Henschel mixer and adhered to the surface of the toner base particles to obtain the electrophotographic toner of the present invention.
[0021]
(Example 2)
An electrophotographic toner of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrophobic silica deposited was changed to 0.1 part and the amount of hydrophilic silica deposited was changed to 1 part.
[0022]
(Example 3)
In Example 1, hydrophobic silica was treated with dimethyldichlorosilane in place of 0.2 part of hydrophobic silica (hydrophobic degree 65%) having a loss on heating of 0.6%, and the amount of hydrophilic silica deposited The toner for electrophotography of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.5 part.
[0023]
Example 4
An electrophotographic toner of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the Fischer-Tropsch wax content was changed to 7 parts and the hydrophilic silica adhesion amount was changed to 0.5 parts.
[0024]
(Example 5)
In Example 4, the electrophotography of the present invention was carried out in the same manner as in Example 4 except that the styrene-acrylic ester copolymer resin was replaced with 100 parts of the polyester resin and the content of the Fischer-Tropsch wax was changed to 5 parts. Toner was obtained.
[0025]
(Comparative Example 1)
A comparative electrophotographic toner was obtained in the same manner as in Example 1, except that 3 parts of polypropylene wax (trade name: Viscol 550P manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) was used instead of Fischer-Tropsch wax.
[0026]
(Comparative Example 2)
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed except that the hydrophobic silica was replaced with 0.2 part of hydrophobic silica (hydrophobic degree 55%) treated with dimethyldichlorosilane and having 1.1% loss on heating. Thus, an electrophotographic toner of the present invention was obtained.
[0027]
(Comparative Example 3)
In Example 1, an electrophotographic toner of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrophobic silica deposited was changed to 0.6 part and no hydrophilic silica was deposited.
[0028]
(Comparative Example 4)
In Example 1, an electrophotographic toner of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of hydrophilic silica deposited was changed to 0.6 part and no hydrophobic silica was deposited.
[0029]
Next, the following items were tested for the respective electrophotographic toners obtained in the examples and comparative examples.
(1) Non-offset temperature range and non-offset temperature range First, 4 parts of each electrophotographic toner and 96 parts of a non-coated ferrite carrier (trade name: FL-100, manufactured by Powder Tech Co., Ltd.) are mixed to prepare a two-component developer. Produced. Next, using the developer, a plurality of unfixed images having a length of 2 cm and a width of 5 cm were formed on the A4 transfer paper in the developing device of the copying machine having the toner recycling system shown in FIG.
Next, a fixing machine in which a heat fixing roll whose surface layer is made of Teflon and a pressure fixing roll whose surface layer is made of silicone rubber is rotated in a pair is rotated at a roll pressure of 1 kg / cm ² and a roll speed of 50 mm / sec. The toner image of the transfer paper having the unfixed image was fixed at each surface temperature by changing the surface temperature of the heat fixing roll stepwise. At this time, it was observed whether or not toner contamination occurred in the blank area, and a temperature region where the contamination did not occur was defined as a non-offset temperature region. Further, the difference between the maximum value and the minimum value in the non-offset temperature region was defined as the non-offset temperature range.
[0030]
(2) Fixing strength The surface temperature of the heat fixing roll of the fixing machine was set to 160 ° C., and the toner image on the transfer paper on which the unfixed image was formed was fixed. Then, after measuring the image density of the formed fixed image using a reflection densitometer (trade name: RD-914, manufactured by Macbeth Co.), the fixed image was rubbed with an eraser, and then the same. The image density was measured. The fixing strength was calculated from the measured value by the following formula (fixing strength needs to be 80% or more practically).
[0031]
[Expression 1]

[0032]
(3) Development characteristics In addition, a continuous copy test was conducted up to 50000 sheets using each developer and copying machine described in (1) above. The continuously copied document is A4 with a black portion of 6%, and the image density is measured with a Macbeth reflection densitometer RD-914 (the image density must be 1.30 or more practically). The background fog is a value measured with a color meter ZE2000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. (the background fog is practically required to be 1.00 or less).
Further, as for nail marks at the time of fixing, a fixed image after 50000 sheets was confirmed by visual observation.
Table 1 shows the test results for the above items.
[0033]
[Table 1]

[0034]
As is clear from the results in Table 1, in the electrophotographic toners of Examples 1 to 5, the image density at the initial stage and after 50000 sheets is 1.40 or more, and the background fog is 0.41 or less. It was confirmed that a large number of sheets could be copied within the range, and it was confirmed that there was no problem in the recyclability of the toner. Further, the fixing strength is 83% or more, and the low-temperature fixing property is excellent, and the non-offset temperature region and the nail mark at the time of fixing have no problem.
On the other hand, Comparative Example 1 had a low fixing strength and a narrow non-offset temperature region. In Comparative Examples 2 to 4, the image density after 50000 sheets is low and the image has a lot of background fog, and it has been confirmed that there is a practical problem in an electrophotographic system equipped with a recycling mechanism.
[0035]
【The invention's effect】
The electrophotographic toner of the present invention can be used to copy a large number of sheets without practical problems as in the embodiment when used in an electrophotographic system equipped with a recycling mechanism.
Therefore, the toner for electrophotography has both toner recyclability and low-temperature fixability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an image forming unit according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Photoconductor drum (photoconductor)
4a Developer container 4b Developing sleeve (developer)
6 Developer 6a Toner image 6b Collected toner 7 Recording sheet 9 Toner collecting means 11 Toner

Claims

Hydrophobic silica having a loss on heating of less than 1% on the surface of toner base particles containing 0.5 to 8% by weight of Fischer-Tropsch wax having an endothermic peak of at least a binder resin, a colorant and a DSC of 80 to 100 ° C. , Ri Na and hydrophilic silica is deposited, used in an electrophotographic system with a recycle mechanism hydrophilic silica characterized that you have been attached 2-10 parts by weight based on the hydrophobic silica 1 part by weight Toner for electrophotography.