JP2010217919A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナーの製造方法として、着色樹脂粒子、及び小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、体積平均粒径が0.1〜1.0μmであり、球形度が1〜1.3であるシリカ微粒子(A)と、体積平均粒径が7〜30nmであるシリカ微粒子(B)とを含む外添剤を、高速攪拌機を用いて混合する際、上記シリカ微粒子(A)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.3〜5重量部であり、上記シリカ微粒子(B)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.1〜3重量部であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
この問題を解決するため、通常、外添剤と呼ばれる添加剤を着色樹脂粒子表面に外添することが行われており、上記外添剤としては、一般的には無機微粒子が使用されている。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、着色樹脂粒子と外添剤とを含有するトナーであって、該外添剤が、小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、体積平均粒径が0.1〜1.0μmであり、球形度が1〜1.3であるシリカ微粒子(A)を含有することを特徴とするトナーを提供するものである。
上記トナーを用いることにより、カブリの発生を少なくし、クリーニング性を向上させることができる。
また、本発明は、着色樹脂粒子、及び小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、体積平均粒径が0.1〜1.0μmであり、球形度が1〜1.3であるシリカ微粒子(A)と、体積平均粒径が7〜30nmであるシリカ微粒子(B)とを含む外添剤を、高速攪拌機を用いて混合する際、上記シリカ微粒子(A)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.3〜5重量部であり、上記シリカ微粒子(B)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.1〜3重量部であることを特徴とするトナーの製造方法を提供する。
本発明のトナーは、着色樹脂粒子と外添剤とを含有する。本発明では、通常、外添剤は着色樹脂粒子に付着しているか、部分的に埋め込まれている。また、外添剤は、その一部が着色樹脂粒子から脱落していても構わない。
本発明のトナーを構成する外添剤に含有されるシリカ微粒子(A)は、小粒径側から起算した体積粒径が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50とDv10との比(Dv50/Dv10)は1.8以上であり、好ましくは2以上であるシリカ微粒子(A)を含む。Dv50/Dv10が1.8より小さいとトナーがブロッキングを起こしたり、感光体にフィルミングが発生する。
シリカ微粒子(A)の粒径及び粒径分布の測定方法としては特に制限はないが、例えばシリカ微粒子(A)を水に分散させ、そのシリカ微粒子(A)の分散液をレーザー式粒度分布測定装置(日機装(株)製:商品名「マイクロトラックUPA150)等を用いて測定することができる。
シリカ微粒子(A)は、その球形度が1〜1.3であることが好ましく、1〜1.2であることが更に好ましい。球形度が1.3を超えると、カブリが発生しクリーニング性が低下する。
また、シリカ微粒子(A)の嵩密度は50〜250g/lであることが好ましく、80〜200g/lであることが更に好ましい。嵩密度が50g/l未満であると、感光体にフィルミングが発生する場合があり、一方、250g/lより大きいと、クリーニング性が低下したり、カブリが発生し易くなったりする場合がある。
シリカ微粒子(B)は、上記シリカ微粒子(A)と同様に、疎水化処理したものを用いることが好ましく、その場合、疎水化度は、好ましくは40〜95%である。疎水化度が40%より小さいと、環境による影響が大きくなり、特に高温高湿下で帯電低下が起こり、カブリが発生し易くなる場合があり、一方、95%より大きいと低温低湿下で帯電上昇が起こり、印字濃度の低下が生じる場合がある。
導電性無機微粒子(C)はシランカップリング剤や高級脂肪酸金属塩等で疎水化処理されていることが好ましい。導電性無機微粒子(C)のメタノール法で測定される疎水化度は、通常5〜90%であり、好ましくは10〜80%であり、更に好ましくは20〜70%である。
結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の従来からトナーに広く用いられている樹脂を挙げることができる。
イエロー着色剤としては、例えば、アゾ系着色剤、縮合多環系着色剤等の化合物が用いられる。具体的にはC.I.ピグメントイエロー3、12、13、14、15、17、62、65、73、74、83、90、93、97、120、138、155、180、181、185および186等が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、例えば、アゾ系着色剤、縮合多環系着色剤等の化合物が用いられる。具体的にはC.I.ピグメントレッド31、48、57、58、60、63、64、68、81、83、87、88、89、90、112、114、122、123、144、146、149、150、163、170、184、185、187、202、206、207、209、251、C.I.ピグメントバイオレット19等が挙げられる。
シアン着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン化合物およびその誘導体、アントラキノン化合物等が利用できる。具体的にはC.I.ピグメントブルー2、3、6、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、17、および60等が挙げられる。
着色剤の量は、結着樹脂100重量部に対して、好ましくは1〜10重量部である。
離型剤は1種あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
離型剤の量は、結着樹脂100重量部に対して、通常、3〜20重量部であり、好ましくは5〜15重量部である。
これらの共重合体に含有される4級アンモニウム(塩)基またはスルホン酸(塩)基を有する単量体単位量は、好ましくは0.5〜15質量%であり、更に好ましくは1〜10質量%である。含有量がこの範囲にあると、トナーの帯電量を制御し易く、カブリの発生を少なくすることができる。
帯電制御樹脂のガラス転移温度は、好ましくは40〜80℃であり、更に好ましくは45〜75℃であり、最も好ましくは45〜70℃である。ガラス転移温度が40℃未満であるとトナーの保存性が悪くなり、80℃を超えると定着性が低下する場合がある。
上述した帯電制御剤の量は、結着樹脂100重量部に対して、通常0.01〜20重量部であり、好ましくは0.3〜10重量部である。
通常、このコアシェル型粒子のコア層は前記結着樹脂及び着色剤で構成され、必要に応じて帯電制御剤、離型剤が含有され、シェル層は結着樹脂のみで構成される。
シェル層の割合を上記割合にすることにより、トナーの保存性と低温での定着性を兼備することができる。
コアシェル型粒子のコア粒子径およびシェル層の厚みは、電子顕微鏡により観察できる場合は、その観察写真から無作為に選択した粒子の大きさおよびシェル厚みを直接測ることにより得ることができ、電子顕微鏡でコアとシェルとを観察することが困難な場合は、コア粒子の粒径およびトナー製造時に用いたシェルを形成する単量体の量から算定することができる。
着色樹脂粒子の体積平均粒径及び個数平均粒径は、例えば、マルチサイザー(ベックマン・コールター社製)等を用いて測定することができる。
なお、本明細書において、球形度とは、粒子の絶対最大長を直径とした円の面積(Sc)を粒子の実質投影面積(Sr)で割った値(Sc/Sr)のことを意味し、以下のようにして測定することができる。
シリカ微粒子及び着色樹脂粒子の球形度は、シリカ微粒子又は着色樹脂粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、その写真を画像処理解析装置ルーゼックスIID(ニレコ社製)により、フレーム面積に対する粒子の面積率を最大2%、トータル処理数を100個の条件で測定し、得られた100個の着色樹脂粒子の球形度を平均して求められる。
次に、懸濁重合法により着色樹脂粒子を製造する方法について詳細に説明する。本発明のトナーを構成する着色樹脂粒子は、結着樹脂の原料である重合性単量体、着色剤、帯電制御剤及びその他の添加剤を溶解あるいは分散させることで得られる重合性単量体組成物を、分散安定化剤を含有する水系分散媒中で重合開始剤の存在下に重合し、濾過、洗浄、脱水及び乾燥することにより製造することができる。
帯電制御樹脂組成物の製造には、有機溶剤を用いることが好ましい。有機溶剤を用いることで、帯電制御樹脂が柔らかくなり、顔料と混合し易くなる。
混合は、ロール、ニーダー、一軸押出機、二軸押出機、バンバリー、ブス・コニーダー等を用いて行うことができる。有機溶剤を用いる場合は、有機溶剤が外部に漏れない密閉系の混合機が好ましい。
また、混合機にはトルクメーターが設置されていることが、トルクのレベルで分散性を管理することができるので好ましい。
モノビニル単量体としては、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体;(メタ)アクリル酸;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボニル等の(メタ)アクリル酸エステル単量体;エチレン、プロピレン、ブチレン等のモノオレフィン単量体;等が挙げられる。
モノビニル単量体は、単独で用いても、複数の単量体を組み合わせて用いても良い。これらモノビニル単量体のうち、芳香族ビニル単量体単独、芳香族ビニル単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体との併用などが好適に用いられる。
マクロモノマーは、前記モノビニル単量体を重合して得られる重合体のガラス転移温度よりも、高いガラス転移温度を有する重合体を与えるものが好ましい。
マクロモノマーの量は、モノビニル単量体100重量部に対して、通常、0.01〜10重量部、好ましくは0.03〜5重量部、さらに好ましくは0.05〜1重量部である。
上記難水溶性の金属水酸化物のコロイドは、その個数粒径分布において、小粒径側から起算した個数累計が50%である粒径(Dp50)が0.5μm以下で、上記と同様に小粒径側から起算した個数累計が90%である粒径(Dp90)が1μm以下であることが好ましい。コロイドの粒径が大きくなると重合の安定性が崩れるとともにトナーの安定性が低下する場合がある。
コア粒子が分散している水系分散媒体中に、シェルを形成するための重合性単量体(シェル用重合性単量体)と重合開始剤を添加し、重合することでコアシェル構造を有する着色樹脂粒子を得ることができる。
シェルを形成する具体的な方法としては、コア粒子を得るために行った重合反応の反応系にシェル用重合性単量体を添加して継続的に重合する方法、または別の反応系で得たコア粒子を仕込み、これにシェル用重合性単量体を添加して重合する方法などを挙げることができる。
シェル用重合性単量体は反応系中に一括して添加しても、またはプランジャポンプなどのポンプを使用して連続的もしくは断続的に添加してもよい。
水系分散媒中から着色樹脂粒子を濾過脱水する方法は特に制限されない。例えば、遠心濾過法、真空濾過法、加圧濾過法などを挙げることができる。これらのうち遠心濾過法が好適である。
着色樹脂粒子の体積平均粒径(Dv)及び粒径分布、すなわち体積平均粒径と個数平均粒径(Dp)との比(Dv/Dp)は、マルチサイザー(ベックマン・コールター社製)により測定した。マルチサイザーによる体積平均粒径及び粒径分布の測定は、アパーチャー径:100μm、媒体:イソトンII、濃度:10%、測定粒子個数:100,000個の条件により実施した。
シリカ微粒子0.5gを100ml容量のビーカーに入れ、界面活性剤を数滴滴下し、イオン交換水50mlを加え、超音波ホモジナイザーUS−150Tを用いて5分間分散させた後、マイクロトラックUPA150(日機装社製)を用いて体積平均粒径を測定した。
また、導電性無機微粒子の個数平均粒径は、各粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、その写真を画像処理解析装置ルーゼックスIID((株)ニレコ製)により、フレーム面積に対する粒子の面積率:最大2%、トータル処理粒子数:100個の条件で円相当径を算出し、その平均値を求めた。
着色樹脂粒子及びシリカ微粒子(A)の絶対最大長を長径とした円の面積(Sc)を粒子の実質投影面積(Sr)で割った値の球形度(Sc/Sr)は、各粒子の電子顕微鏡写真を撮影し、その写真を画像処理解析装置ルーゼックスIID((株)ニレコ製)により、フレーム面積に対する粒子の面積率:最大2%、トータル処理粒子数:100個の条件で測定し、計算した100個についての平均値を球形度とした。
シリカ微粒子及び導電性無機微粒子の疎水化度はメタノール法により求めた。
シリカ微粒子又は導電性無機微粒子0.2gを500mlのビーカーに入れ、純水50mlを加え、マグネチックスターラーで撹拌しながら、液面下へメタノールを加えた。液面上に微粒子が認められなくなった点を終点とし、下記式により疎水化度を算出した。
疎水化度(%)=(X/(50+X))×100
上記式において、Xはメタノールの使用量(ml)である。
予め秤量してある100mlのメスシリンダーに、測定するシリカ微粒子を振動を加えないようにして徐々に添加した。100mlに達したときにメスシリンダーごと重量を測定し、シリカ微粒子を加える前と後の重量の差を計算し、その値を10倍してシリカ微粒子(A)の嵩密度(g/l)とした。
市販の非磁性一成分現像方式のプリンター(600dpi、20枚機)にコピー用紙をセットし、現像装置にトナーを入れ、温度23℃及び湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置後、5%印字濃度で連続印字を行い、印字初期(100枚印字時)と20,000枚印字時に、白ベタ印字を行い、その印字を途中で停止させ、現像後の感光体上にある非画像部のトナーを粘着テープ(住友スリーエム社製、スコッチメンディングテープ810−3−18)に付着させた。それを新しい印字用紙に貼り付け、その白色度(B)を白色度計(日本電色社製)で測定した。同様にレファレンスとして、未使用の粘着テープを印字用紙に貼り付け、その白色度(A)を測定した。この白色度の差(A−B)をカブリ値(%)とした。この値が小さい方が、カブリが少ないことを示す。表中に数値の記載のないものは、カブリが酷く評価できなかった。
(6)で使用したプリンターを用い、温度23℃及び湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置後、5%濃度で連続印字を行い、20,000枚印字時に、1ドットのラインと1ドットのホワイトライン、2ドットのラインと2ドットのホワイトラインを印字し、印字した画像を光学顕微鏡で観察し、それらの画質が再現できているか、以下の基準で評価した。表中に評価結果の記載のないものはカブリが酷く、評価できなかった。
○:1ドットのライン及び1ドットのホワイトラインを再現している。
△:1ドットのライン及び1ドットのホワイトラインを再現できなく、2ドットのライン及び2ドットのホワイトラインは再現できている。
×:2ドットのライン及び2ドットのホワイトラインは再現できていない。
(6)で使用したプリンターの現像装置にトナーを入れ、温度23℃及び湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置後、5%濃度で初期から20,000枚まで連続印字を行った。クリーニング性については、1,000枚毎に感光体及び帯電ロールを観察して、クリーニング不良が発生する枚数をカウントした。なお、表中に20,000枚以上とあるのは、20,000枚でクリーニング不良が発生しなかったことを示す。
(6)で使用したプリンターにコピー用紙をセットして、このプリンター装置に静電荷像現像用トナーを入れ、温度23℃、湿度50%の(N/N)環境下で一昼夜放置した後、プリンターの印字濃度を5%に設定してハーフトーン印字を行い、500枚毎に印字状態を評価し、ハーフトーン印字に白くぼけたフィルミングを発生しないで印字できた最大枚数を調べた。なお、表中に20,000枚以上とあるのは、20,000枚でフィルミングが発生しなかったことを示す。
帯電制御樹脂組成物の製造
スチレン82%、n−ブチルアクリレート11%及びN,N−ジエチル−N−メチル−(2−メタクリロイルオキシ)エチルアンモニウム−P−トルエンスルホナート7%を重合してなる帯電制御樹脂(重量平均分子量:12,000、ガラス転移温度:67℃)100部を、メチルエチルケトン24部及びメタノール6部に分散させ、冷却しながらロールにて混合した。帯電制御樹脂がロールに巻き付いたところで、マゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド122;クラリアント社製)100部を徐々に添加して、1時間混合を行い、帯電制御樹脂組成物を製造した。この時、ロール間隔は、初期1mmであり、その後、徐々に間隔を広げ、最後は3mmまで広げ、有機溶剤(メチルエチルケトン/メタノール=4/1混合溶剤)を、帯電制御樹脂組成物の混合状態を見ながら何度かに分けて追加した。混合終了後、使用した有機溶剤を減圧下で除去した。
スチレン87部、n−ブチルアクリレート13部、ジビニルベンゼン0.5部、ポリメタクリル酸エステルマクロモノマー(東亜合成化学工業社製、商品名「AA6」、Tg:94℃)0.25部、製造例1で得られた帯電制御樹脂組成物10部、ペンタエリスリトールテトラステアレート10部、及びt−ドデシルメルカプタン1.5部を室温下、ビーズミルで分散させ、均一混合液を得た。この混合液を撹拌しながら、重合開始剤「パーブチルO」(商品名;日本油脂社製)5部を添加し、均一になるまで撹拌を継続し、重合性単量体組成物を得た。
得られたトナーの特性及び画質について、上述した評価を行った。評価結果を表1に示す。
小粒径無機微粒子:環状シラザンで疎水化処理された、一次粒径:7nm、疎水化度:74%のシリカ微粒子(キャボット社製、商品名:TG820F)
シリカ微粒子A
シリカ粉末(平均粒子径:2μm、最大粒子径:60μm)のSiO2分1.0モルに対して、金属シリコン粉末(平均粒子径:10μm、最大粒子径:100μm)0.8モルからなる混合粉末100重量部と純水50重量部とを混合し、薄型容器内に入れ、2000℃の電気炉へバッチ連続供給をした。また、混合原料の送入と同じ方向から水素ガスを導入し、水素ガス及び発生したガスを反対方向上部に設けた排気ブロワーで吸引し、更に空気400Nm3/hrと接触させ、冷却しながらバグフィルターでシリカ微粒子を捕集した。捕集したシリカ微粒子の粒径は0.1μmであった。
このシリカ微粒を風力分級機で分級した。得られたシリカ微粒子は、Dv50/Dv10が2.54であり、平均粒子径が0.2μmであり、球形度が1.12であった。
このシリカ微粒子に、アルコールで希釈したアミノ変性シリコーンオイル(東レ・シリコーン社製、「BY16−872」)をシリカ微粒子に対して8重量%となるように滴下し、強く撹拌しながら70℃、30分間加熱し、次いで、140℃で溶剤を除去し、更に210℃で4時間、強く撹拌しながら加熱処理を行い、疎水化処理されたシリカ微粒子Aを得た。得られたシリカ微粒子Aの疎水化度は80%であり、嵩密度は110g/lであった。
蒸留精製したテトラメトキシシランを加熱し、ここに窒素ガスバブリングし、テトラメチルシランを窒素ガス気流伴流して酸水素火炎バーナーに導入し、この酸水素火炎中で燃焼分解させた。このときのテトラメトキシシランの供給量は1268g/hrであり、酸素ガスの供給量は2.8Nm3/hrであり、水素ガスの供給量は2.0Nm3/hrであり、窒素ガスの供給量は0.59Nm3/hrである。生成した球状シリカはバグフィルターで捕集した。球形シリカの粒子径は0.12μmであった。微粒子が多いので、風力分級機で微粒子を除去し、Dv50/Dv10が1.65、平均粒子径が0.15μm、球形度が1.10のシリカ微粒子Bを得た。次いで、シリカ微粒子Aと同様の操作で、シリカ微粒子Bの疎水化処理を行った。得られたシリカ微粒子Bの疎水化度は70%であり、嵩密度は300g/Lであった。
エタノールにアンモニア水を加え、20℃で撹拌し、得られた溶液にテトラメトキシシランを60分間滴下して反応させた。滴下終了後、20℃で5時間撹拌をつづけ、シリカのゾル懸濁液を得た。次いで、得られたゾル懸濁液を加熱してエタノールを除去し、更に、120℃に加熱して水分を除去した。得られたシリカ微粒子の平均粒径は0.12μmであった。微粒子が多いので、風力分級機で微粒子を除去し、Dv50/Dv10が1.69、平均粒子径が0.16μm、球形度が1.07のシリカ微粒子Cを得た。次いで、シリカ微粒子Aと同様の操作で、シリカ微粒子Cの疎水化処理を行った。得られたシリカ微粒子Cの疎水化度は80%であり、嵩密度は510g/Lであった。
シリカ微粒子Cの製造において、反応温度を20℃から10℃に下げ、得られたシリカ微粒子の疎水化処理をシリカ微粒子Aと同様に行い、Dv50/Dv10が1.27、平均粒子径が0.19μm、球形度が1.08のシリカ微粒子Dを得た。得られたシリカ微粒子Dの疎水化度は60%であり、嵩密度は640g/Lであった。
日本アエロジル社製、アエロジル50を用い、シリカ微粒子Aと同様に疎水化処理を行い、Dv50/Dv10が1.32、平均粒子径が0.19μm、球形度が1.24のシリカ微粒子Eを得た。得られたシリカ微粒子Eの疎水化度は75%であり、嵩密度は50g/Lであった。
導電性無機微粒子:疎水化度:0%、個数平均粒径:0.08μmの錫・アンチモンドープされた導電性酸化チタン(チタン工業社製、商品名:EC300)
外添剤として用いたシリカ微粒子のDv50/Dv10が、本発明で規定する範囲外である、比較例1〜4のトナーは、カブリが発生し、解像度が良好でなく、クリーニング性が悪いかフィルミングが発生するものである。
これに対し、本発明の実施例1のトナーは、カブリの発生が少なく、解像度が良好で、クリーニング性が良好であり、かつフィルミングの発生が少ないものである。
Claims (4)
- 着色樹脂粒子、及び
小粒径側から起算した体積累計が10%に該当する粒径をDv10とし、同じく50%に該当する粒径をDv50とした場合、Dv50/Dv10が1.8以上であり、体積平均粒径が0.1〜1.0μmであり、球形度が1〜1.3であるシリカ微粒子(A)と、体積平均粒径が7〜30nmであるシリカ微粒子(B)とを含む外添剤を、高速攪拌機を用いて混合する際、上記シリカ微粒子(A)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.3〜5重量部であり、上記シリカ微粒子(B)の量が上記着色樹脂粒子100重量部に対し0.1〜3重量部であることを特徴とするトナーの製造方法。 - シリカ微粒子(A)の嵩密度が50〜250g/lである、請求項1に記載のトナーの製造方法。
- シリカ微粒子(A)が溶融法により製造されたものである、請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 外添剤が、個数平均粒径が0.01〜2μmの導電性無機微粒子(C)を更に含有する、請求項1に記載のトナーの製造方法。
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