JP7652007B2 - トナー - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係るトナーは、トナー粒子を含む。トナー粒子は、トナー母粒子と、トナー母粒子の表面に付着する外添剤とを備える。外添剤は、第1外添剤粒子と、フッ素含有粒子とを含む。第1外添剤粒子は、酸化アルミニウム粒子と、酸化アルミニウム粒子を被覆する導電層と、導電層を被覆する単層又は多層の保護層とを備える。導電層は、アンチモンドープ酸化スズを含有する。保護層は、チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を有するか、又はメチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層とを有する。第1外添剤粒子の粉体比抵抗は、50Ω・cm以下である。第1外添剤粒子の個数平均1次粒子径は、60nm以上600nm以下である。
図1は、トナーに含まれるトナー粒子1の一例を示す。図1に示すトナー粒子1は、トナー母粒子2と、トナー母粒子2の表面に付着した外添剤3とを備える。外添剤3は、第1外添剤粒子3a、フッ素含有粒子3b及びシリカ粒子3cを含む。
図2は、第1外添剤粒子3aの一例を示す。図2に示す第1外添剤粒子3aは、酸化アルミニウム粒子4と、酸化アルミニウム粒子4を被覆する導電層5と、導電層5を被覆する多層の保護層6とを備える。多層の保護層6は、導電層5を直接被覆する内層6aと、内層6aを被覆する外層6bとを備える。
酸化アルミニウム粒子は、第1外添剤粒子の基体である。酸化アルミニウム粒子は、酸化アルミニウム(詳しくは、Al2O3)を含有する。酸化アルミニウム粒子における酸化アルミニウムの含有割合としては、80質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、100質量%が更に好ましい。
導電層は、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)を含有する。導電層におけるATOの含有割合としては、80質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、100質量%が更に好ましい。
保護層は、導電層の剥離を抑制する。保護層は、単層構造又は多層構造(例えば、2層構造)を有する。具体的には、保護層は、チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を有するか、又はメチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層とを有する。保護層は、上述の層構造を有するため、疎水性が高く、強度に優れる。詳しくは、チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層は、疎水性が高く、強度に優れるため、単独で保護層としての機能を発揮する。メチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層は、強度に優れる。シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層は、疎水性が高い。そのため、上述の内層及び外層を組み合わせることで、保護層としての機能を発揮する。
チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N-アミノエチル-アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、又はイソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネートが挙げられる。チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネートが好ましい。
シランカップリング剤としては、アルキルアルコキシシランが挙げられる。アルキルアルコキシシランが有するアルキル基としては、炭素原子数3以上8以下のアルキル基が好ましい。
シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイル(より具体的には、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、及びメチルハイドロジェンシリコーンオイル等)、反応性の変性シリコーンオイル(より具体的には、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、カルボキシル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、メタクリル酸変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、及びアルコール変性シリコーンオイル等)、及び非反応性の変性シリコーンオイル(より具体的には、アルキル変性シリコーンオイル、高級脂肪酸変性シリコーンオイル、フッ素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、及びメチルスチリル変性シリコーンオイル等)が挙げられる。シリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイルが好ましく、メチルハイドロジェンシリコーンオイルがより好ましい。
(A)チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を含む単層構造。
(B)チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分又はシリコーンオイルを含有する外層とを含む2層構造。
(C)メチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層とを含む2層構造。
フッ素含有粒子は、フッ素成分を含有する粒子である。フッ素成分としては、例えば、フッ素樹脂、フッ素含有シランカップリング剤に由来する成分、及びフッ素変性シリコーンオイルが挙げられる。
フッ素樹脂粒子は、フッ素樹脂を含有する。フッ素樹脂粒子におけるフッ素樹脂の含有割合としては、80質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、100質量%が更に好ましい。
第2外添剤粒子は、基体と、基体を被覆するフッ素成分層とを含む。フッ素成分層は、フッ素含有シランカップリング剤に由来する成分又はフッ素変性シリコーンオイルを含有する。
第2外添剤粒子の基体としては、例えば、シリカ粒子、金属酸化物粒子(例えば、酸化アルミニウム粒子及び酸化チタン粒子)及び樹脂粒子が挙げられる。第2外添剤粒子の基体としては、シリカ粒子が好ましい。
フッ素含有シランカップリング剤としては、例えば、CF3(CH2)2Si(OCH3)3、C4F9CH2CH2Si(OCH3)3、C8F17CH2CH2Si(OCH3)3、C7F15COOCH2CH2CH2Si(OCH3)3、C7F15COSCH2CH2CH2Si(OCH3)3、C7F15CONHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3、C7F15CONHCH2CH2CH2Si(OCH3)3、C8F17SO2NHCH2CH2CH2Si(OC2H5)3、C8F17CH2CH2SCH2CH2Si(OCH3)3、C10F21CH2CH2SCH2CH2Si(OCH3)3、C8F17CH2CH2SiCH3(OCH3)2、C8F17SO2N(CH2CH2CH3)CH2CH2CH2Si(OCH3)3、及びC8F17SO2NHCH2CH2N(SO2C8F17)CH2CH2CH2Si(OCH3)3が挙げられる。フッ素含有シランカップリング剤としては、CF3(CH2)2Si(OCH3)3が好ましい。
フッ素変性シリコーンオイルとしては、例えば、フルオロアルキル基を有するシリコーンオイル(例えば、信越化学工業株式会社製「FL-100」)が挙げられる。
外添剤粒子として用いるシリカ粒子としては、正帯電性を付与する表面処理が施されたシリカ粒子が好ましい。シリカ粒子の個数平均1次粒子径としては、10nm以上300nm以下が好ましく、15nm以上80nm以下がより好ましい。シリカ粒子の個数平均1次粒子径を10nm以上とすることで、トナー母粒子への埋没を抑制できる。シリカ粒子の個数平均1次粒子径を300nm以下とすることで、トナー母粒子からの脱離を抑制できる。
その他の外添剤粒子としては、例えば、金属酸化物(具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等)の粒子、脂肪酸金属塩(具体的には、ステアリン酸亜鉛等)のような有機酸化合物の粒子、及び樹脂粒子が挙げられる。
トナー母粒子としては、特に限定されず、公知のトナーにおけるトナー母粒子を用いることができる。トナー母粒子は、例えば主成分として結着樹脂を含有する。トナー母粒子は、必要に応じて、内添剤(例えば、着色剤、離型剤及び電荷制御剤の少なくとも1つ)を更に含有してもよい。トナー母粒子の製造方法としては、粉砕法及び凝集法が挙げられ、粉砕法が好ましい。
低温定着性に優れたトナーを提供する観点から、トナー母粒子は、結着樹脂として熱可塑性樹脂を含有することが好ましく、結着樹脂全体の85質量%以上の割合で熱可塑性樹脂を含有することがより好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂、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、N-ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及びウレタン樹脂が挙げられる。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り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-アクリル酸エステル系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂等)も、結着樹脂として使用できる。結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好ましい。
トナー母粒子は、着色剤を含有していてもよい。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な画像を形成する観点から、着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下が好ましい。
トナー母粒子は、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーに耐オフセット性を付与する目的で使用される。トナーに充分な耐オフセット性を付与させる観点から、離型剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下が好ましい。
トナー母粒子は、電荷制御剤を含有してもよい。電荷制御剤は、例えば、優れた帯電安定性又は優れた帯電立ち上がり特性を有するトナーを提供す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させることができるか否かの指標になる。トナー母粒子に正帯電性の電荷制御剤を含有させることで、トナー母粒子のカチオン性を強めることができる。
トナーは、例えば、トナー母粒子の調製工程と、外添工程とを備える製造方法により製造できる。
トナー母粒子の調製工程では、例えば、凝集法又は粉砕法によりトナー母粒子を調製する。
本工程では、トナー母粒子の表面に第1外添剤粒子及びフッ素樹脂粒子を含む外添剤を付着させることでトナー粒子を得る。トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる方法としては、特に限定されないが、例えば、トナー母粒子及び外添剤をミキサー等で攪拌する方法が挙げられる。
外添剤粒子の個数平均1次粒子径は、以下の方法で測定した。まず、透過電子顕微鏡(TEM)(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「H-7100FA」)を用いて、測定対象となる外添剤粒子を倍率1000000倍で観察して、100個以上の外添剤粒子のTEM写真を撮影した。得られたTEM写真の中から、100個の外添剤粒子のTEM写真を任意に選択した。任意に選択されたTEM写真について、画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いて、円相当径を測定した。測定された円相当径の個数平均値を算出した。算出された個数平均値を外添剤粒子の個数平均1次粒子径とした。
電気抵抗計(株式会社アドバンテスト製「R6561」)の円筒状の測定セルに測定対象(第1外添剤粒子)5gを投入した。なお、測定セルは、底面が金属製の電極であり、筒部がフッ素樹脂製であった。続けて、測定セルに充填した測定対象に電気抵抗計の電極(superscript:2、長さ25.4mm)を繋いだ。この電極に1kgの荷重をかけた。続けて、両電極間にDC電圧10Vを印加し、印加開始から1分後における測定対象の電気抵抗を測定した。なお、印加開始から測定終了までの間は1kgの荷重を電極にかけ続けた。測定は、温度25℃、湿度50%RHの環境下で行った。そして、測定された電気抵抗の値と、電気抵抗測定時における測定対象(詳しくは、測定セルに充填された測定対象)の寸法とに基づき、下記式に基づいて測定対象の粉体比抵抗(体積固有抵抗値)を求めた。
粉体比抵抗[Ω・cm]=電気抵抗値×電流路の断面積/電流路の長さ
ガラス瓶に、測定対象(第1外添剤粒子)5gと、エタノール25gとを投入し、沈殿物がなくなるまでハンドシェイクし、混合物を得た。次に、混合物に対して、卓上超音波分散機(株式会社エスエヌディ製「US-2KS」、出力:100W、発振周波数:28kHz)を用いて、超音波処理を1分間施した。次に、混合物に対して、エタノール10gを更に添加し、沈殿物がなくなるまでハンドシェイクした。次に、混合物に対して、超音波分散機(超音波工業株式会社製「ミニウェルダーUPW0128A1H」、出力:100W、発振周波数:28kHz)を用いて、超音波処理を5分間施した。次に、混合物を遠心管に移し、8000rpmで1分間の遠心分離処理を行った。次に、遠心分離後の混合物から上澄みを回収した。上述の上澄み1000μLを、X線測定用の微量粉末用容器(株式会社リガク製「3399O053」、外径20mm)に添加し、上澄みを乾燥させた。上澄みが添加された微量粉末用容器を用いて、以下の条件で蛍光X線分析を行った。これにより、測定対象にストレス(超音波処理)を加えた際にエタノールに脱離するSnの強度を測定した。
・分析装置:走査型蛍光X線分析装置(株式会社リガク製「ZSX」)
・X線管球(X線源):Rh(ロジウム)
・励起条件:管電圧50kV、管電流50mA
・測定領域(X線照射範囲):直径30mm
・測定元素:Sn
以下の方法により、実施例1~19及び比較例1~12のトナーを調製した。以下の説明において、「粉砕機」とは、日本ニューマチック工業株式会社製「ジェットミル(登録商標)I-2型」を示す。この粉砕機は、衝突板としてセラミック製の平板を使用した。「攪拌装置」とは、モーター(アズワン株式会社販売「アズワントルネードモーター1-5472-04」)に攪拌羽根(アズワン株式会社販売「アズワン攪拌羽根R-1345型」)を取り付けた装置を示す。
まず、フッ素含有粒子(F-1)~(F-6)を調製した。フッ素含有粒子(F-1)~(F-6)の詳細を下記表1に示す。
ステンレス製アンカー型攪拌翼と、温度調節用ジャケットとを備えたオートクレーブを反応容器として用いた。反応容器に、脱イオン水(3.5L)、パーフルオロオクタン酸アンモニウム(5g)、及びパラフィンワックス(日本精蝋株式会社製「Paraffin Wax-115」、35g)を投入した。窒素ガス及びテトラフルオロエチレン(TFE)で反応容器内を置換した後に、TFEを反応容器に更に圧入し、攪拌速度250rpmで反応容器の内容物を攪拌しつつ、反応容器の内容物の温度が45℃となるように反応容器を加熱し、この温度を保持した。過硫酸アンモニム水溶液(濃度:1.6質量%)及びジコハク酸パーオキサイド水溶液(濃度:2.4質量%)を圧入しながら、反応容器内の圧力が一定(0.75MPa)になるようにTFEを供給し続けた。これにより、60分間の重合反応を行った。重合開始から60分後、TFEの供給及び反応容器の内容物の攪拌を停止し、重合反応を終了させた。重合反応により得られたラテックス状の反応生成物に、ハイドロパーフルオロノナン酸アンモニム水溶液(濃度:10質量%)(200g)を投入した。次に、反応生成物に温水を投入し、温度50℃に調整した。次に、反応生成物に硝酸(濃度:60質量%)(20mL)を添加すると同時に、反応生成物を攪拌速度600rpmで攪拌した。その結果、反応生成物からフッ素樹脂粒子が凝析し始めた。次に、反応生成物を1.5時間攪拌(攪拌時間X)し続けることにより、フッ素樹脂粒子と溶媒とを十分に分離させた。次に、フッ素樹脂粒子から溶媒を除去し、乾燥させた。得られたフッ素樹脂粒子(ポリテトラフルオロエチレン粒子、個数平均1次粒子径98nm)を、フッ素含有粒子(F-1)とした。
攪拌時間Xを下記表1に示す通りに変更した以外は、フッ素含有粒子(F-1)の調製と同様の方法により、フッ素含有粒子(F-2)~(F-3)を調製した。
パーフルオロアルコキシフッ素樹脂粒子(三井・ケマーズフロロプロダクツ株式会社製「PFA-945HP PLUS」)を用意し、これをフッ素含有粒子(F-4)とした。
反応容器に、トルエン100mLを投入した後、フッ素含有シランカップリング剤(CF3(CH2)2Si(OCH3)3)15gを更に投入し、フッ素含有シランカップリング剤をトルエンに溶解させた。次に、反応容器に、シリカ粒子(扶桑化学工業株式会社製「クォートロン(登録商標)PL-10H」、個数平均1次粒子径90nm)100gを更に投入した。次に、反応容器の内容物を十分に攪拌した後、130℃で120分間加熱した。次に、反応容器の内容物をピンミル(株式会社奈良機械製作所製「サンプルミルSAM-0型」)で解砕した。これにより、フッ素含有粒子(F-5)(個数平均1次粒子径98nm)を得た。フッ素含有粒子(F-5)は、シリカ粒子と、フッ素含有シランカップリング剤に由来する成分を含有するフッ素成分層とを含んでいた。
ステンレス製の反応容器に、シリカ粒子(扶桑化学工業株式会社製「クォートロン(登録商標)PL-10H」、個数平均1次粒子径90nm)100gを投入した。反応容器内を窒素雰囲気にした後、室温にて反応容器の内容物を攪拌しながら、フッ素変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会社製「FL-100」)15gと、n-ヘキサン10mLとを反応容器の内容物に噴霧した。噴霧終了後、窒素雰囲気を維持したまま、反応容器の内容物を更に室温で30分間攪拌した。次に、反応容器の内容物を100℃で50分間攪拌した後、更に200℃で1.5時間攪拌した。次に、反応容器の内容物を放冷することにより、フッ素含有粒子(F-6)(個数平均1次粒子径98nm)を得た。フッ素含有粒子(F-6)は、シリカ粒子と、フッ素変性シリコーンオイルを含有するフッ素成分層とを含んでいた。
以下の方法により、第1外添剤粒子(A)~(T)を調製した。まず、調製において行った各保護層の形成処理についてまとめて説明する。なお、以下においては、各保護層の形成処理に供した粒子を「処理対象粒子」と記載する。
処理対象粒子300gと、下記表2の「量A」で示される量のチタネートカップリング剤(味の素株式会社製「プレンアクト(登録商標)TTS」、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート)とを、混合装置(株式会社カワタ製「ナノパージョンピッコロ」)に投入し、80℃、1時間、6000rpmの条件で混合した。その後、得られた混合物を110℃で12時間乾燥させた。その後、乾燥後の混合物を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
混合装置(プライミクス社製「T.K.ハイビスディスパーミックスHM-3D-5型」)を用い、イオン交換水1.5Lと、処理対象粒子300gとを、常温にて30分間、30rpmの条件で攪拌することで分散液を調製した。得られた分散液に、下記表2の「量A」で示される量のメチロールメラミン(日本カーバイド工業株式会社製「ニカレジン(登録商標)S-260」)を投入し、常温にて5分間、30rpmの条件で攪拌して混合した。混合後、混合装置の内容物を、温度計及び攪拌羽根を備えたセパラブルフラスコに移した。セパラブルフラスコの内容物を、攪拌装置を用いて200rpmの条件で攪拌しながら35℃から70℃まで5℃/15分の速度で昇温させた。次いで、温度を70℃に維持しつつ、30分間、回転数90rpmの条件で、セパラブルフラスコの内容物を攪拌した。これにより、処理対象粒子の表面に保護層を形成した。その後、セパラブルフラスコの内容物を、常温まで冷却した後、ブフナーロートを用いてろ取した。得られたウェットケーキ状のろ物をエタノール水溶液(エタノール50質量%)に分散させることでスラリーを調製した。得られたスラリーを連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)に供給し、スラリーを乾燥させることで粗粉体を得た。連続式表面改質装置を用いた乾燥条件は、熱風温度45℃、ブロアー風量2m3/分とした。得られた粗粉体を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、メチロールメラミン樹脂を含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
混合装置(プライミクス社製「T.K.ハイビスディスパーミックスHM-3D-5型」)を用い、イオン交換水1.5Lと、処理対象粒子300gとを、常温にて30分間、30rpmの条件で攪拌することで分散液を調製した。得られた分散液に、下記表2の「量A」で示される量の水溶性ウレタン樹脂(第一工業製薬株式会社製「スーパーフレックス(登録商標)170」、固形分濃度30質量%の水溶液)を投入し、常温にて5分間、30rpmの条件で攪拌して混合した。混合後、混合装置の内容物を、温度計及び攪拌羽根を備えたセパラブルフラスコに移した。セパラブルフラスコの内容物を、攪拌装置を用いて200rpmの条件で攪拌しながら35℃から70℃まで5℃/15分の速度で昇温させた。次いで、温度を70℃に維持しつつ、30分間、回転数90rpmの条件で、セパラブルフラスコの内容物を攪拌した。その後、セパラブルフラスコの内容物を、常温まで冷却した後、ブフナーロートを用いてろ取した。得られたウェットケーキ状のろ物をエタノール水溶液(エタノール50質量%)に分散させることでスラリーを調製した。得られたスラリーを連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)に供給し、スラリーを乾燥させることで粗粉体を得た。連続式表面改質装置を用いた乾燥条件は、熱風温度45℃、ブロアー風量2m3/分とした。得られた粗粉体を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、ウレタン樹脂を含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
混合装置(プライミクス社製「T.K.ハイビスディスパーミックスHM-3D-5型」)を用い、イオン交換水1.5Lと、処理対象粒子300gとを、常温にて30分間、30rpmの条件で攪拌することで分散液を調製した。得られた分散液を45℃に加熱した後、ポリ塩化アルミニウム水溶液(高杉製薬株式会社製、濃度61.3g/L)と、5N水酸化ナトリウム水溶液とを同時に滴下した。ポリ塩化アルミニウム水溶液の添加量は、有効成分(ポリ塩化アルミニウム)が下記表2の「量A」で示される量となるように調整した。滴下においては、分散液を45℃に保ち、かつ分散液のpHが6.0に保たれるように滴下量を調節した。滴下後の分散液を30℃に冷却した後、ブフナーロートを用いてろ取した。得られたウェットケーキ状のろ物を、エタノール水溶液(エタノール50質量%)に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーを連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)に供給し、スラリーを乾燥させることで粗粉体を得た。連続式表面改質装置を用いた乾燥条件は、熱風温度45℃、ブロアー風量2m3/分とした。得られた粗粉体を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、水酸化アルミニウムを含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
処理対象粒子300gと、下記表2の「量A」で示される量のシランカップリング剤(東京化成工業株式会社製「イソブチルトリエトキシシラン」)と、エタノール水溶液(エタノール90質量%)50gとを混合した。得られた混合液を、混合装置(株式会社カワタ製「ナノパージョンピッコロ」)に投入し、80℃、1時間、6000rpmの条件で混合した。その後、得られた混合物を110℃で12時間乾燥させた。その後、乾燥後の混合物を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、シランカップリング剤に由来する成分を含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
混合装置(プライミクス社製「T.K.ハイビスディスパーミックスHM-3D-5型」)に、n-ヘキサン(和光純薬工業株式会社製「n-ヘキサン一級」)1.5Lと、下記表2の「量A」で示される量のメチルハイドロジェンシリコーンオイル(信越化学工業株式会社製「KF-99」)とを投入して、メチルハイドロジェンシリコーンオイルをn-ヘキサンに溶解させた。次いで、混合装置内のn-ヘキサン溶液に、処理対象粒子300gを加えた。その後、常温にて30分間、30rpmの条件で、混合装置の内容物を攪拌した。攪拌後、混合装置の内容物を、温度計及び攪拌羽根を備えたセパラブルフラスコに移した。セパラブルフラスコの内容物を、攪拌装置を用いて200rpmの条件で攪拌しながら35℃から70℃まで5℃/15分の速度で昇温した。その後、セパラブルフラスコの内容物の温度を70℃に維持しつつ、減圧乾燥機にて乾燥させた(減圧乾燥処理)。減圧乾燥処理は、フラスコの内容物が完全に乾燥して質量が一定になるまで続けた。減圧乾燥処理後の内容物を電気炉に投入し、窒素雰囲気下、200℃で3時間の焼成を行った。焼成により得られた粗粉体を、粉砕機を用いて粉砕圧0.6MPaで粉砕した。これにより、シリコーンオイルを含有する保護層で被覆された処理対象粒子を得た。
(酸化アルミニウム粒子の調製)
耐圧容器に、高速回転剪断攪拌機(エム・テクニック株式会社製「クレアミックス(登録商標)CLM-2.2S」、使用ローターの最長径57mm、最短径25mm、クリアランス0.3mm)を設置し、これを反応容器とした。反応容器に、アルミニウムイソプロポキシド及びイソプロピルアルコールの混合液A(アルミニウムイソプロポキシドの濃度:60質量%)と、水及びイソプロピルアルコールの混合液B(水の濃度:30質量%)とを用意した。反応容器に混合液A及びBを連続的に投入しながら反応容器の内容物を70℃で攪拌した。混合液A及びBの投入量は、アルミニウムイソプロポキシドに対する水のモル比(水/アルミニウムイソプロポキシド)が2.5となる量とした。攪拌においては、速度勾配を100000/秒に設定し、攪拌帯域の滞留時間を下記表2の「攪拌時間B」で示される時間とした。これにより、反応容器の内容物に対して加水分解反応を発生させ、水酸化アルミニウムを得た。得られた水酸化アルミニウムを800℃で3時間焼成することにより、酸化アルミニウムを得た。その後、粉砕機を用いて、粉砕圧0.9MPaで粉砕した。これにより、個数平均1次粒子径200nmの酸化アルミニウム粒子を得た。
得られた酸化アルミニウム粒子300gをプライミクス株式会社製「ホモミクサーMARK II 2.5型」を用いて純水に分散させることにより、2Lの懸濁液を調製した。得られた懸濁液を70℃に加熱し、この温度を保持した。別途用意した2.4N塩酸750mLに、下記表2の「量C」に示す量の塩化第二スズ・5水和物(SnCl4・5H2O)と、下記表2の「量D」に示す量の三塩化アンチモン(SbCl3)とを溶解させ、酸溶液を調製した。上述の懸濁液に、5Nアンモニア水溶液及び上述の酸溶液を1.5時間かけて並行滴下した。並行滴下においては、懸濁液を70℃に保持し、かつ懸濁液のpHが7~8に保持されるように滴下量を調節した。その後、懸濁液をろ過した。得られたろ物に純水を添加した後、再度ろ過した(洗浄処理)。洗浄処理は、ろ液の導電率が50μS/cm以下になるまで繰り返し行った。洗浄後のろ物を110℃で15時間乾燥させた後、700℃の電気炉にて2時間焼成した。得られた焼成物を、粉砕機を用いて粉砕圧0.8MPaで粉砕した。これにより、酸化アルミニウム粒子と、ATOを含有する導電層とを備える第1粒子を得た。
第1粒子に対して、上述の保護層(TTS)の形成処理を行った。これにより、酸化アルミニウム粒子と、ATOを含有する導電層と、保護層とを備える第1外添剤粒子(A)(個数平均1次粒子径204nm)を得た。保護層は、チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を含む単層構造を有していた。
塩素法によって得た四塩化チタンと、酸素ガスとの混合物を気相酸化反応器に導入し、気相にて温度1000℃で3時間反応させることによってバルク状の酸化チタンを得た。このバルク状の酸化チタンをハンマーミルで粉砕し、得られた粉砕物を洗浄した後に110℃で乾燥させた。乾燥後の粉砕物を、超音速ジェット粉砕機(日本ニューマチック工業株式会社製「ジェットミルIDS-2」)を用いて解砕(圧力1.0MPa)することで、酸化チタン粒子(個数平均1次粒子径:204nm、結晶型:ルチル型)を得た。なお、酸化チタン粒子の個数平均1次粒子径は、ハンマーミルの設定によって調整した。
酸化アルミニウム粒子の調製における攪拌時間Bと、導電層の形成処理における塩化第二スズ・5水和物(SnCl4・5H2O)の量C及び三塩化アンチモン(SbCl3)の量Dと、保護層の形成処理とを下記表2に示す通りに変更した以外は、第1外添剤粒子(A)の調製と同様の方法により、第1外添剤粒子(B)~(S)を調製した。
ポリエステル樹脂(日本合成化学工業株式会社製「ポリエスター(登録商標)HP-313」)87.0質量部と、カーボンブラック(三菱化学株式会社製「MA100」)3.0質量部と、カルナバワックス(東亜化成株式会社製)4.0質量部と、電荷制御剤としてのアジン系化合物(オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)N-71」)2.0質量部及びポリマー型正帯電性電荷制御剤(藤倉化成株式会社製「アクリベ-ス(登録商標)FCA-201-PS」)4.0質量部とを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM-10B」)を用いて混合した。
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM-10B」)を用いて、100.0質量部のトナー母粒子と、1.5質量部のシリカ粒子(表面が疎水化処理されたフュームドシリカ粒子、キャボット社製「CAB-O-SIL(登録商標)TG-308F」)と、下記表3に示す種類及び量の外添剤粒子(詳しくは、フッ素含有粒子(F-1)~(F-6)の何れか、及び第1外添剤粒子(A)~(T)の何れか)を3500rpmで5分間混合した。これにより、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させて、実施例1~19及び比較例1~12のトナーを得た。
以下の方法により、実施例1~19及び比較例1~12のトナーについて、温度32.5℃、湿度80%RHの高温高湿環境下(HH環境下)でのかぶりの発生の有無、帯電量、及び耐フィルミング性と、温度10.0℃、湿度10%RHの低温低湿環境下(LL環境下)での帯電量、トナー搬送量、画像濃度安定性及びトナー回収性とを評価した。結果を下記表4~6に示す。なお、各評価は、各環境(HH環境下又はLL環境下)で下記の評価機を24時間静置後に行った。
評価機として、非磁性一成分画像形成装置(ブラザー工業株式会社製「HL-1040」の改造機)を用いた。評価機の現像装置に評価対象(実施例1~19及び比較例1~12のトナーの何れか)を投入した。記録媒体として、A4サイズの普通紙(モンディ社製「ColorCopy(登録商標)」)を用いた。
HH環境下において、評価機を用いて、1枚のパターン画像(印字率5%)を記録媒体に形成した。反射濃度計(X-Rite社製「RD918」)を用いて、パターン画像を形成した記録媒体の白紙部の画像濃度を測定した。別途、未使用の記録媒体の画像濃度を測定した。下記式に基づいて、かぶり濃度(FD)を算出した。得られたかぶり濃度を、かぶりの評価値とした。かぶりは、以下の基準に沿って評価した。
FD=(白紙部の画像濃度)-(未使用の記録媒体の画像濃度)
A(良好):かぶり濃度が0.010以下
B(不良):かぶり濃度が0.010超
HH環境下でのかぶりの評価後、評価機から現像装置を取り出した。Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS-1」)を用い、現像装置の現像スリーブにおいて現像ニップ部の直前に相当する領域のトナー層からトナーを吸引してその帯電量[μC/g]を測定した。帯電量は、以下の基準に沿って評価した。
A(良好):帯電量が10μC/g以上30μC/g以下
B(不良):帯電量が10μC/g未満、又は30μC/g超
HH環境下において、評価機を用いて、2000枚のパターン画像(印字率5%)を記録媒体に形成した。次に、評価機から感光体ドラムを取り出し、感光体ドラムの表面をデジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VHX-6000」)で観察した。観察においては、感光体ドラムの表面におけるトナー由来の固着物の有無を確認した。耐フィルミング性は、以下の基準に沿って評価した。
A(良好):固着物が観察されない
B(不良):固着物が観察される
LL環境下において、評価機を用いて、1枚のパターン画像(印字率5%)を記録媒体に形成した。次に、評価機から現像装置を取り出した。上述のQ/mメーターを用い、現像装置の現像スリーブにおいて現像ニップ部の直前に相当する領域のトナー層からトナーを吸引してその帯電量[μC/g]を測定した。得られた値を初期帯電量とした。
A(良好):帯電量が10μC/g以上30μC/g以下
B(不良):帯電量が10μC/g未満、又は30μC/g超
上述の「LL環境下での初期帯電量」の測定において、吸引されたトナーの質量[g]と、Q/mメーターによってトナーが吸引された現像スリーブの表面の面積[m2]とから、トナー搬送量を算出した。詳しくは、式「トナー搬送量=吸引されたトナーの質量/トナーが吸引された現像スリーブの表面の面積」から、初期トナー搬送量[g/m2]を算出した。同様に、上述の「LL環境下での耐刷後帯電量」の測定に基づいて、耐刷後トナー搬送量を算出した。初期トナー搬送量、及び耐刷後トナー搬送量は、以下の基準に沿って評価した。
A(良好):トナー搬送量が3.5g/m2以上7.5g/m2以下
B(不良):トナー搬送量が3.5g/m2未満7.5g/m2超
LL環境下において、評価機を用いて、2000枚のソリッド画像を記録媒体に形成した。上述の反射濃度計を用いて、1枚目に形成したソリッド画像の画像濃度(初期画像濃度)と、2000枚目に形成したソリッド画像の画像濃度(耐刷後画像濃度)とを測定した。初期画像濃度及び耐刷後画像濃度の差の絶対値(ΔID)を算出した。初期画像濃度、耐刷後画像濃度及びΔIDは、以下の基準に沿って評価した。
A(良好):1.3以上1.5以下
B(やや良好):1.2以上1.3未満
C(不良):1.2未満、又は1.5超
A(良好):0.1以下
B(やや良好):0.1超0.2以下
C(不良):0.2超
トナー回収性の評価では、以下に説明する図6の評価画像を形成した。図6に示す評価画像Iは、評価機の感光体ドラムが2回転することで形成される。便宜上、評価画像Iにおいて、感光体ドラムの1回転目に形成される領域を第1領域X、感光体ドラムの2回転目に形成される領域を第2領域Yとする。第1領域Xは、幅方向中央に位置するソリッド画像Sと、幅方向両端部に位置する第1非印字部B1とを含む。ソリッド画像S及び第1非印字部B1の幅は同一である。第2領域Yは、幅方向中央に位置する第2非印字部B2と、幅方向両端部に位置する第3非印字部B3とを含む。ソリッド画像S及び第2非印字部B2は、感光体ドラムの表面の同一領域により形成される。つまり、感光体ドラムの幅方向中央付近の領域は、感光体ドラムの1回転目に第1領域Xを形成した後、感光体ドラムの2回転目に第2非印字部B2を形成する。同様に、第1非印字部B1及び第3非印字部B3は、感光体ドラムの表面の同一領域により形成される。つまり、感光体ドラムの幅方向両端部付近の領域は、感光体ドラムの1回転目に第1非印字部B1を形成した後、感光体ドラムの2回転目に第3非印字部B3を形成する。
FDA=(第2非印字部B2の画像濃度)-(未使用の記録媒体の画像濃度)・・・(1)
FDB=(第3非印字部B3の画像濃度)-(未使用の記録媒体の画像濃度)・・・(2)
評価値=FDA-FDB・・・(3)
2 トナー母粒子
3 外添剤粒子
3a 第1外添剤粒子
3b フッ素含有粒子
3c シリカ粒子
4 酸化アルミニウム粒子
5 導電層
6 多層の保護層
6a 内層
6b 外層
7 単層の保護層
8 フッ素樹脂粒子
9 基体
10 フッ素成分層
Claims (6)
- トナー粒子を含むトナーであって、
前記トナー粒子は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着する外添剤とを備え、
前記外添剤は、第1外添剤粒子と、フッ素含有粒子とを含み、
前記第1外添剤粒子は、酸化アルミニウム粒子と、前記酸化アルミニウム粒子を被覆する導電層と、前記導電層を被覆する単層又は多層の保護層とを備え、
前記導電層は、アンチモンドープ酸化スズを含有し、
前記保護層は、
チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を有するか、又は
メチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層とを有し、
前記第1外添剤粒子の粉体比抵抗は、50Ω・cm以下であり、
前記第1外添剤粒子の個数平均1次粒子径は、60nm以上600nm以下である、トナー。 - 前記保護層は、
チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する層を含む単層構造、
チタネートカップリング剤に由来する成分を含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分又はシリコーンオイルを含有する外層とを含む2層構造、及び
メチロールメラミン、ウレタン樹脂又は水酸化アルミニウムを含有する内層と、シランカップリング剤に由来する成分を含有する外層とを含む2層構造のうち何れか1つを有する、請求項1に記載のトナー。 - 前記フッ素含有粒子の個数平均1次粒子径は、50nm以上300nm以下である、請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記フッ素含有粒子は、フッ素樹脂粒子、又は第2外添剤粒子を含み、
前記第2外添剤粒子は、基体と、前記基体を被覆するフッ素成分層とを含み、
前記フッ素成分層は、フッ素含有シランカップリング剤に由来する成分又はフッ素変性シリコーンオイルを含有する、請求項1~3の何れか一項に記載のトナー。 - 前記フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン、又はパーフルオロアルコキシフッ素樹脂を含有する、請求項4の何れか一項に記載のトナー。
- 前記基体は、シリカ粒子である、請求項4又は5に記載のトナー。
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