JP6376141B2 - 現像剤 - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
正帯電性トナーが、トナーコア及びシェル層を備えるトナー粒子を、複数含む。シェル層は、電荷制御剤を含有しない第1樹脂粒子と、電荷制御剤を含有する第2樹脂粒子とを含む。トナーコアの表面全域のうち、第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆うトナーコアの表面領域の面積割合(以下、シェル被覆率と記載する)は、60%以上80%以下である。第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆うトナーコアの表面領域の面積に対する、少なくとも第2樹脂粒子が覆うトナーコアの表面領域の面積の比率(以下、シェル帯電比率と記載する)は、0.075以上0.155以下である。以下、第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子を包括的に「シェル粒子」と総称する場合がある。
キャリアが、キャリアコア及びコート層を備えるキャリア粒子を、複数含む。コート層は、シリコーン樹脂(以下、特定シリコーン樹脂と記載する)を含有する。特定シリコーン樹脂の、主鎖(シロキサン結合:Si−O−Si)の末端部、及び側鎖の少なくとも一方は、エポキシ基又は(メタ)アクリロイル基とアルコキシ基とを有するシランカップリング剤(以下、特定シランカップリング剤と記載する)と化学的に結合している。
トナー粒子(特に、トナーコア及びシェル層)を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂(より具体的には、アクリル酸エステル重合体又はメタクリル酸エステル重合体等)、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂等)、ビニル樹脂(より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ビニルエーテル樹脂、又はN−ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、又はウレタン樹脂が好ましい。また、これら各樹脂の共重合体、すなわち上記樹脂中に任意の繰返し単位が導入された共重合体(より具体的には、スチレン−アクリル酸系樹脂又はスチレン−ブタジエン系樹脂等)も、トナー粒子を構成する熱可塑性樹脂として好ましい。
(結着樹脂)
トナーコアでは、一般的に、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。結着樹脂として複数種の樹脂を組み合わせて使用することで、結着樹脂の性質(より具体的には、水酸基価、酸価、Tg、又はTm等)を調整することができる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。結着樹脂が強いアニオン性を有するためには、結着樹脂の水酸基価及び酸価の少なくとも一方が10mgKOH/g以上であることが好ましい。
トナーコアは、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、着色剤の量が、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
トナーコアは、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
トナーコアは、電荷制御剤を含有していてもよい。電荷制御剤は、例えば、トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナーコアは、磁性粉を含有していてもよい。磁性粉の材料としては、例えば、強磁性金属(より具体的には、鉄、コバルト、又はニッケル等)もしくはその合金、強磁性金属酸化物(より具体的には、フェライト、マグネタイト、又は二酸化クロム等)、又は強磁性化処理(より具体的には、熱処理等)が施された材料を好適に使用できる。1種類の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
本実施形態に係る現像剤に含まれるトナーは、前述の基本構成を有する。シェル層は、第1樹脂粒子と第2樹脂粒子とを含む。第1樹脂粒子は、電荷制御剤を含有しない。第2樹脂粒子は、電荷制御剤を含有する。シェル層を構成する樹脂粒子(シェル粒子)の形状は、球形状であってもよいし、球形状の樹脂粒子が膜化の過程で扁平状に変形していてもよい。乾燥工程で加熱されて、又は外添工程で物理的な衝撃力を受けて、樹脂粒子の膜化が進行してもよい。
トナー母粒子の表面に、外添剤として無機粒子を付着させてもよい。例えば、トナー母粒子と外添剤とを一緒に攪拌することで、物理的な力でトナー母粒子の表面に外添剤が付着(物理的結合)する。外添剤は、例えばトナーの流動性又は取扱性を向上させるために使用される。トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の量が、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上10質量部以下であることが好ましい。また、トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の粒子径は0.01μm以上1.0μm以下であることが好ましい。
以下、前述の基本構成を有するトナーを製造する方法の一例について説明する。まず、トナーコアを準備する。続けて、液中にトナーコアとシェル材料とを入れる。均質なシェル層を形成するためには、シェル材料を含む液を攪拌するなどして、シェル材料を液に溶解又は分散させることが好ましい。続けて、液中でシェル材料を反応させて、トナーコアの表面にシェル層(硬化した樹脂層)を形成する。シェル層形成時におけるトナーコア成分(特に、結着樹脂及び離型剤)の溶解又は溶出を抑制するためには、水性媒体中でシェル層を形成することが好ましい。水性媒体は、水を主成分とする媒体(より具体的には、純水、又は水と極性媒体との混合液等)である。水性媒体は溶媒として機能してもよい。水性媒体中に溶質が溶けていてもよい。水性媒体は分散媒として機能してもよい。水性媒体中に分散質が分散していてもよい。水性媒体中の極性媒体としては、例えば、アルコール(より具体的には、メタノール又はエタノール等)を使用できる。水性媒体の沸点は約100℃である。
好適なトナーコアを容易に得るためには、凝集法又は粉砕法によりトナーコアを製造することが好ましく、粉砕法によりトナーコアを製造することがより好ましい。
トナーコアとシェル材料とが入れられる上記液(詳しくは、水性媒体)として、例えばイオン交換水を準備する。続けて、例えば塩酸を用いて水性媒体のpHを所定のpH(例えば、3以上5以下から選ばれるpH)に調整する。続けて、pHが調整された水性媒体(例えば、酸性の水性媒体)に、トナーコアと、第1樹脂粒子のサスペンションと、第2樹脂粒子のサスペンションとを添加する。
キャリアコアは、磁性材料を含むことが好ましい。キャリアコアが磁性材料の粒子であってもよいし、キャリアコアの結着樹脂中に磁性材料の粒子を分散させてもよい。キャリアコアに含まれる磁性材料としては、例えば、マグネタイト、バリウムフェライト、マグヘマイト、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Mn−Mgフェライト、Ca−Mgフェライト、Liフェライト、又はCu−Znフェライトのような金属酸化物が好ましく、マグネタイトが特に好ましい。個々のキャリアコアの材料として、1種類の磁性材料を単独で使用してもよいし、2種以上の磁性材料を併用してもよい。また、互いに異なる材料からなる複数種のキャリアコアを混合してもよい。キャリアコアとしては、市販品を使用してもよい。また、磁性材料を粉砕及び焼成してキャリアコアを自作してもよい。
コート層は、キャリアコアを被覆するように、キャリアコアの表面に形成される。コート層の形成方法の例としては、コート材料を含む液にキャリアコアを浸漬する方法、又は、コート材料を含む液を流動層中のキャリアコアに噴霧する方法が挙げられる。
混合装置(例えば、ボールミル)を用いて、前述の基本構成を有するトナーと、前述の基本構成を有するキャリアとを混合することで、本実施形態に係る現像剤が得られる。現像剤を用いて高画質の画像を形成するためには、キャリア100質量部に対してトナーの量が3質量部以上15質量部以下であることが好ましい。
示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて、試料(例えば、樹脂)の吸熱曲線(縦軸:熱流(DSC信号)、横軸:温度)を求めた。続けて、得られた吸熱曲線から試料のTg(ガラス転移点)を読み取った。得られた吸熱曲線中の比熱の変化点(ベースラインの外挿線と立ち下がりラインの外挿線との交点)の温度が、試料のTg(ガラス転移点)に相当する。
高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)に試料(例えば、樹脂)をセットし、ダイス細孔径1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、昇温速度6℃/分の条件で、1cm3の試料を溶融流出させて、試料のS字カーブ(横軸:温度、縦軸:ストローク)を求めた。続けて、得られたS字カーブから試料のTmを読み取った。S字カーブにおいて、ストロークの最大値をS1とし、低温側のベースラインのストローク値をS2とすると、S字カーブ中のストロークの値が「(S1+S2)/2」となる温度が、試料のTm(軟化点)に相当する。
(トナーコアの作製)
ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物(詳しくは、ビスフェノールAを骨格にしてエチレンオキサイドを付加したアルコール)に、多官能基を有する酸(詳しくは、テレフタル酸)を反応させることにより、軟化点(Tm)100℃、ガラス転移点(Tg)48℃、水酸基価(OHV)20mgKOH/g、酸価(AV)40mgKOH/gのポリエステル樹脂(トナーコアの結着樹脂)を合成した。
試料(トナーコア)0.2gと、イオン交換水80gと、濃度1質量%のノニオン界面活性剤(日本触媒株式会社製「K−85」、ポリビニルピロリドン)20gとを、マグネットスターラーを用いて混合した。続けて、液中に試料(トナーコア)を均一に分散させて、分散液を得た。続けて、得られた分散液に希塩酸を加えて、分散液のpHを4に調整し、pH4の分散液を得た。そして、ゼータ電位・粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社製「Delsa Nano HC」)を用いて、電気泳動法(より詳しくは、レーザードップラー方式の電気泳動法)により、温度25℃かつpH4の分散液中の試料(トナーコア)のゼータ電位を測定した。
日本画像学会から提供される標準キャリアN−01(負帯電極性トナー用標準キャリア)100質量部と、試料(トナーコア)7質量部とを、混合機(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製「ターブラー(登録商標)ミキサーT2F」)を用いて、回転速度96rpmの条件で30分間混合した。続けて、得られた混合物における試料の摩擦帯電量を、Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS−2A」)を用いて測定した。詳しくは、Q/mメーターの測定セルに混合物(標準キャリア及び試料)0.10gを投入し、投入された混合物のうち試料(トナーコア)のみを篩(金網)を介して10秒間吸引した。そして、式「吸引された試料の総電気量(単位:μC)/吸引された試料の質量(単位:g)」に基づいて、試料の帯電量(単位:μC/g)を算出した。
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコをウォーターバスにセットし、フラスコ内に、温度30℃のイオン交換水875mLと、アニオン界面活性剤(花王株式会社製「ラテムル(登録商標)WX」、成分:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、固形分濃度:26質量%)75mLとを入れた。その後、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を80℃に昇温させた。続けて、80℃のフラスコ内容物に2種類の液(第1の液及び第2の液)をそれぞれ7時間かけて滴下した。第1の液は、スチレン14mLと、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)4mLと、アクリル酸ブチル2mLとの混合液であった。第2の液は、過硫酸カリウム0.5gをイオン交換水30mLに溶かした溶液であった。続けて、フラスコ内の温度を80℃にさらに2時間保って、フラスコ内容物を重合させた。その結果、非帯電性の疎水性熱可塑性樹脂(詳しくは、電荷制御剤を含有しないスチレン−アクリル酸系樹脂)のサスペンションA−1(固形分濃度10質量%)が得られた。得られたサスペンションA−1に含まれる樹脂微粒子(第1樹脂粒子)に関して、個数平均粒子径は42nmであった。また、サスペンション中の樹脂微粒子をテトラヒドロキシフラン(THF)に入れる試験を行った。この試験の結果、樹脂微粒子は膨潤したが溶解しなかった。
サスペンションA−2の調製方法は、第1の液及び第2の液の各々の滴下時間を7時間から5時間に変更した以外は、サスペンションA−1の調製方法と同じであった。得られたサスペンションA−2に含まれる樹脂微粒子(第1樹脂粒子)に関して、個数平均粒子径は35nmであった。
温度計、冷却管、窒素導入管、及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコ内に、イソブタノール90gと、メタクリル酸メチル100gと、アクリル酸ブチル35gと、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド(Alfa Aesar社製)30gと、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド)(和光純薬工業株式会社製「VA−086」)6gとを入れた。続けて、窒素雰囲気、温度80℃の条件で、フラスコ内容物を3時間反応させた。その後、フラスコ内に2,2’−アゾビス(2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド)(和光純薬工業株式会社製「VA−086」)3gを加えて、窒素雰囲気、温度80℃の条件で、フラスコ内容物をさらに3時間反応させて、重合体を含む液を得た。続けて、得られた重合体を含む液を、減圧雰囲気、温度150℃の条件で乾燥した。続けて、乾燥した重合体を解砕し、正帯電性樹脂を得た。
サスペンションB−2の調製方法は、アニオン界面活性剤(エマール0)の添加量を20gから10gに変更した以外は、サスペンションB−1の調製方法と同じであった。得られたサスペンションB−2に含まれる樹脂微粒子(第2樹脂粒子)に関して、個数平均粒子径は50nmであった。
温度計及び攪拌羽根を備えた3つ口フラスコを準備し、フラスコをウォーターバスにセットした。そして、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保った。続けて、フラスコ内に、イオン交換水2500mLと、ポリアクリル酸ナトリウム(東亞合成株式会社製「ジュリマー(登録商標)AC−103」)250gとを添加した。その結果、フラスコ内にポリアクリル酸ナトリウム水溶液が得られた。
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液をろ過(固液分離)して、トナー母粒子を得た。その後、得られたトナー母粒子をイオン交換水に再分散させた。さらに、分散とろ過とを繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。続けて、真空攪拌乾燥機(大平洋機工株式会社製「アペックスミキサWB−5」)を用いて、減圧雰囲気(圧力3.5kPa)でトナー母粒子を乾燥した。
ジメチルポリシロキサン(信越化学工業株式会社製)100gと、3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製)100gとを、トルエン200gに溶解させて、溶液を得た。続けて、得られた溶液を10倍に希釈した。続けて、得られた希釈溶液を、シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)90」、フュームドシリカ)200gに徐々に滴下しながら、シリカ粒子を攪拌して、混合物を得た。さらに、混合物を攪拌しながら混合物に30分間超音波照射した。
上記乾燥後、トナー母粒子に外添を行った。詳しくは、容量10LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて、トナー母粒子100質量部と、外添剤(上記のようにして得たシリカ粒子)2質量部とを混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子)を付着させた。その後、得られた粉体を、300メッシュ(目開き48μm)の篩を用いて篩別した。その結果、多数のトナー粒子を含むトナー(トナーT−1〜T−7)が得られた。
(SPM測定条件)
・測定探針:低バネ定数シリコンカンチレバー(オリンパス株式会社製「OMCL−AC240TS−C3」、バネ定数:2N/m、共振周波数:70kHz、背面反射コート材:アルミニウム)
・測定モード:DFM(ダイナミック・フォース・モード)
・測定範囲(1つの視野):1μm×1μm
・解像度(Xデータ/Yデータ):256/256
・Qゲイン:1倍
・走査周波数:1Hz
(SPM測定条件)
・測定探針:カンチレバー(株式会社日立ハイテクサイエンス製「SI−DF3−R」、先端半径:30nm、探針コート材:ロジウム(Rh)、バネ定数:1.6N/m、共振周波数:26kHz)
・測定モード:KFM(ケルビンプローブフォース顕微鏡)モード
・測定範囲(1つの視野):1μm×1μm
・解像度(Xデータ/Yデータ):256/256
・Qゲイン:5倍
・走査周波数:0.2Hz
分散機(プライミクス株式会社製「ホモミクサーMARKII」)を用いて、トルエン300質量部と、シリコーン樹脂溶液(信越化学工業株式会社製「KR−251」、溶剤:トルエン、不揮発分:20質量%、粘度:15mPa・s)300質量部と、シランカップリング剤(信越化学工業株式会社製「KBM−403」、成分:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)3質量部との混合物に、20分間の分散処理を行った。その結果、コート材料を含む液(以下、キャリア被覆液と記載する)が得られた。
キャリアC−2の調製方法は、シランカップリング剤(KBM−403)3質量部の代わりにシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製「KBM−5103」、成分:3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン)3質量部を使用した以外は、キャリアC−1の調製方法と同じであった。
キャリアC−3の調製方法は、シランカップリング剤(KBM−403)を使用しなかった以外は、キャリアC−1の調製方法と同じであった。
キャリアC−4の調製方法は、シランカップリング剤(KBM−403)3質量部の代わりにアミノシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製「KBM−602」、成分:3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルジメトキシメチルシラン)3質量部を使用した以外は、キャリアC−1の調製方法と同じであった。
キャリアC−5の調製方法は、アミノシランカップリング剤(KBM−602)の使用量を3質量部から1質量部に変更した以外は、キャリアC−4の調製方法と同じであった。
容量500mLのポリエチレン製容器に、トナー(各現像剤に定められた、表1に示されるトナーT−1〜T−7のいずれか)24gと、キャリア(各現像剤に定められた、表1に示されるキャリアC−1〜C−5のいずれか)300gとを入れて、混合機(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製「ターブラー(登録商標)ミキサーT2F」)を用いて、その容器を30分間振とうした。その結果、2成分現像剤(現像剤DA−1〜DA−4及びDB−1〜DB−7)が得られた。例えば、現像剤DA−1の製造では、トナーT−1とキャリアC−1とを混合した。
各試料(現像剤DA−1〜DA−4及びDB−1〜DB−7)の評価方法は、以下の通りである。耐熱保存性の評価では、試料(現像剤)中のトナーを評価対象とした。
試料(現像剤)中のトナー3gを、容量20mLのポリエチレン製容器に入れて、その容器を、恒温器(オーブン)を用いて60℃で3時間静置した。その後、恒温器から取り出した容器を、温度25℃かつ湿度65%RHの環境下で30分間静置した。これにより、容器内に評価用トナーが調製された。
式1:割合A=100×(篩A上の残留トナーの質量)/MT[質量%]
式2:割合B=100×(篩B上の残留トナーの質量)/MT[質量%]
式3:割合C=100×(篩C上の残留トナーの質量)/MT[質量%]
式4:トナー凝集度=割合A+割合B×3/5+割合C×1/5[質量%]
容量20mLのポリエチレン製容器に、試料(現像剤)10.8g(トナー0.8g及びキャリア10g)を入れて、粉体混合機(愛知電機株式会社製「ロッキングミキサー(登録商標)」、混合方式:容器回転揺動方式)を用いて、その容器を30分間攪拌した。その後、試料(現像剤)中のトナーを帯電量・粒子径分布測定機(ホソカワミクロン株式会社製「イースパートアナライザ(登録商標)」)にセットし、トナーの帯電量(単位:μC/g)及び帯電量分布を測定した。イースパートアナライザは、電場(一定強度の電界)及び音響場(一定周波数の空気振動)の影響による粒子の運動をレーザードップラー法で検知して、個々の粒子の帯電量と粒子径とを同時に計測する装置である。測定された帯電量分布に関して、横軸は「Q/d(電荷量/粒子径)」(単位:fC/μm)であり、縦軸は頻度(個数)であった。得られたトナーの帯電量分布に基づき、Q/d(電荷量/粒子径)の算術平均値Xと標準偏差Yとの比率Y/X(変動係数)を求めた。
現像剤DA−1〜DA−4及びDB−1〜DB−7の各々について、帯電量、帯電量分布(変動係数)、及び耐熱保存性(凝集度)を評価した結果を、表3に示す。
11 トナーコア
12 シェル層
12a 第2樹脂粒子
12b 第1樹脂粒子
Claims (6)
- 正帯電性トナーとキャリアとを含む現像剤であって、
前記正帯電性トナーは、トナーコアと、前記トナーコアの表面を覆うシェル層とを備えるトナー粒子を、複数含み、
前記シェル層は、電荷制御剤を含有しない第1樹脂粒子と、電荷制御剤を含有する第2樹脂粒子とを含み、
前記トナーコアの表面全域のうち、前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆う前記トナーコアの表面領域の面積割合は、60%以上80%以下であり、
前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆う前記トナーコアの表面領域の面積に対する、少なくとも前記第2樹脂粒子が覆う前記トナーコアの表面領域の面積の比率は、0.075以上0.155以下であり、
前記キャリアは、キャリアコアと、前記キャリアコアの表面を覆うコート層とを備えるキャリア粒子を、複数含み、
前記コート層は、主鎖の末端部、及び側鎖の少なくとも一方が、エポキシ基又は(メタ)アクリロイル基とアルコキシ基とを有するシランカップリング剤と化学的に結合しているシリコーン樹脂を含有する、現像剤。 - 前記トナーコアは、ポリエステル樹脂を含有する、請求項1に記載の現像剤。
- 前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子はそれぞれ、実質的にアクリル酸系樹脂又はスチレン−アクリル酸系樹脂から構成される、請求項1又は2に記載の現像剤。
- 前記第2樹脂粒子は、前記電荷制御剤に由来する繰返し単位を有する樹脂から実質的に構成される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の現像剤。
- 前記第2樹脂粒子を構成する前記樹脂は、前記繰返し単位として、(メタ)アクリロイル基含有4級アンモニウム化合物に由来する繰返し単位を有する、請求項4に記載の現像剤。
- 前記トナー粒子は、外添剤として無機粒子をさらに備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の現像剤。
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