CN107065460B - 色调剂、静电荷图像显影剂、色调剂盒、处理盒、图像形成设备和图像形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及色调剂、静电荷图像显影剂、色调剂盒、处理盒、图像形成设备和图像形成方法,具体涉及一种静电荷图像显影用色调剂,其包含:包含粘合剂树脂的色调剂颗粒和包含二氧化硅颗粒和树脂颗粒的外添剂,所述二氧化硅颗粒的压缩凝集度为60%至95%并且颗粒压缩比为0.20至0.40,所述树脂颗粒包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及静电荷图像显影用色调剂、静电荷图像显影剂、色调剂盒、处理盒、图像形成设备和图像形成方法。
背景技术
二氧化硅颗粒用作化妆品、橡胶或研磨剂等的添加剂成分或主要成分,并起到例如改善树脂强度、改善粉末流动性或抑制其中近似最密集填充的现象(填紧)等作用。二氧化硅颗粒的特征显示出容易取决于二氧化硅颗粒的形状和表面性质,并提出对二氧化硅颗粒进行变形或对二氧化硅颗粒进行表面处理。
例如专利文件1提出了溶胶-凝胶二氧化硅颗粒,其中体均粒径为80nm至300nm,平均圆形度为0.5至0.85,并以油进行表面处理。
专利文件2提出了二氧化硅颗粒的制造方法,所述方法包括在超临界二氧化碳中以油对所述二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的步骤。
专利文件3提出了静电荷图像显影用色调剂外添剂,其由球形聚二有机硅氧烷化二氧化硅细颗粒制成,所述颗粒的一次颗粒的平均粒径为0.01μm至5μm,并通过以下方式获得:特定四烷氧基硅烷等的共水解缩合反应获得的球形亲水性二氧化硅细颗粒与具有可水解甲硅烷基但不具有亲水性基团的特定聚二有机硅氧烷混合,通过使球形亲水性二氧化硅细颗粒与特定聚二有机硅氧烷反应,然后使反应之后的二氧化硅细颗粒与特定硅氮烷化合物等反应。
专利文件4提出了经表面处理的二氧化硅细颗粒,其中,接受硅油处理的一次颗粒的平均直径为50nm至200nm,,其中经表面处理的二氧化硅细颗粒通过甲醇滴定法测定的疏水度为65容量%以上,并且其中甲醇浓度为60容量%的甲醇水溶液中的漂浮率为90%以上。
专利文件5提出了疏水性二氧化硅粉末的制备方法,所述方法包括以相对于100重量份原始二氧化硅粉末为A/20重量份至A/5重量份(此处,A是原始二氧化硅粉末的比表面积(m2/g))比例使特定聚硅氧烷附着在原始二氧化硅粉末上,在低于聚硅氧烷分解温度的温度下进行热处理,从而使利用氯仿为溶剂通过索氏提取法提取8小时后聚硅氧烷的残余量相对于100重量份原始二氧化硅粉末为A/25重量份以上,然后以由六甲基二硅氮烷制成的三甲基硅烷化试剂进行处理。
专利文件6提出电子照相色调剂用外添剂,其由包含硅油的无机细颗粒制成,并且其中硅油的分离率为10%至65%。
专利文件7提出了表面改性的无机氧化物粉末,其为经反应性改性硅油进行表面处理的无机氧化物粉末,并通过以下方式获得:将反应性改性的硅油添加至无机氧化物粉末中,并在一次处理之后进行二次处理,其中一次处理的温度为150℃至280℃且处理时间为5分钟至120分钟,二次处理的温度为280℃至330℃且处理时间为5分钟至180分钟,其中反应性改性的硅油是二甲基氢聚硅酮和/或两端为硅醇的二甲基硅油,并且其中碳固定率为90%以上,疏水度为95%以上。
[专利文件1]JP-A-2014-162678
[专利文件2]JP-A-2014-185069
[专利文件3]日本专利第4347201号
[专利文件4]日本专利第4758655号
[专利文件5]日本专利第4828032号
[专利文件6]JP-A-2009-098700
[专利文件7]JP-A-2009-292915
发明内容
现有技术中,已知通过以下方式获得的静电荷图像显影用色调剂(下文中,也称为“色调剂”):在色调剂颗粒中外部添加二氧化硅树脂和树脂颗粒(下文中,也称为“包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒”),所述树脂颗粒包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物。通常,包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒外部添加到色调剂颗粒中,目的是防止清洁刮片和图像保持构件(下文中,也称为“感光体”)的接触部(下文中,也称为“清洁部”)的清洁刮片磨损。
然而,由于包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒具有容易从清洁部通过的性质,当树脂颗粒过度地从清洁部通过时,对感光体充电的充电部件中容易产生色调剂弥散。充电部件的色调剂弥散变成引起图像缺陷(例如,产生色条)的因素。
此处,本发明的目的是提供静电荷图像显影用色调剂,与包含压缩凝集度小于60%或大于95%或颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒和通过仅聚合(甲基)丙烯酸酯单体而获得的聚合物的树脂颗粒作为外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的情况相比,防止了由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
上述目的通过以下构造实现。
根据本发明的第一方面,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,其包含:
包含粘合剂树脂的色调剂颗粒;和
包含二氧化硅颗粒和树脂颗粒的外添剂,所述二氧化硅颗粒的压缩凝集度为60%至95%并且颗粒压缩比为0.20至0.40,所述树脂颗粒包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物。
根据本发明的第二方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述树脂颗粒的平均当量圆直径为200nm至2,000nm。
根据本发明的第三方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,其中,所述二氧化硅颗粒的平均当量圆直径(D(si))和所述树脂颗粒的平均当量圆直径(D(r))的粒径比(D(si)/D(r))为0.048至0.650。
根据本发明的第四方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述树脂颗粒包含(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸环己酯。
根据本发明的第五方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述二氧化硅颗粒的平均当量圆直径为40nm至200nm。
根据本发明的第六方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,
所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%至100%。
根据本发明的第七方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述二氧化硅颗粒的平均圆形度为0.85至0.98。
根据本发明的第八方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述二氧化硅颗粒为溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
根据本发明的第九方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述色调剂颗粒的平均圆形度为0.94至1.00。
根据本发明的第十方面,在第一方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,其中,所述二氧化硅颗粒为以粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒,并且所述硅氧烷化合物的表面附着量为0.01重量%至5重量%。
根据本发明的第十一方面,在第十方面所述的静电荷图像显影用色调剂中,所述硅氧烷化合物是硅油。
根据本发明的第十二方面,提供了一种静电荷图像显影剂,其包含:
第一至第十一方面中任一项所述的静电荷图像显影用色调剂。
根据本发明的第十三方面,提供了一种色调剂盒其包含:
包含第一至第十一方面中任一项所述的静电荷图像显影用色调剂的容器,
其中,所述色调剂盒能从图像形成设备上拆卸。
根据本发明的第十四方面,提供了一种能从图像形成设备上拆卸的处理盒,其包含:
显影单元,该显影单元收纳第十二方面所述的静电荷图像显影剂,并利用所述静电荷图像显影剂使在图像保持构件的表面上形成的静电荷图像显影从而形成色调剂图像。
根据本发明的第十五方面,提供了一种图像形成设备其包含:
图像保持构件;
充电单元,其对所述图像保持构件的表面充电;
静电荷图像形成单元,其在所述图像保持构件的经充电表面上形成静电荷图像;
显影单元,其收纳第十二方面所述的静电荷图像显影剂,并利用所述静电荷图像显影剂使在所述图像保持构件的表面上形成的静电荷图像显影从而形成色调剂图像;
转印单元,其将在所述图像保持构件的表面上形成的色调剂图像转印至记录介质的表面上;
清洁单元,其具有清洁所述图像保持构件表面的清洁刮片;和
定影单元,其将转印到所述记录介质表面上的所述色调剂图像定影。
根据本发明的第十六方面,提供了一种图像形成方法,所述方法包括:
对所述图像保持构件的表面充电;
在所述图像保持构件的经充电表面上形成静电荷图像;
利用第十二方面所述的静电荷图像显影剂使在所述图像保持构件的表面上形成的所述静电荷图像显影从而形成色调剂图像;
将在所述图像保持构件的表面上形成的色调剂图像转印至记录介质的表面上;
通过清洁刮片清洁所述图像保持构件的表面;和
将转印至所述记录介质的表面上的所述色调剂图像定影。
根据本发明第一方面、第三方面、第四方面、和第七至第九方面中任一项,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,与其中采用压缩凝集度小于60%或大于95%或颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒和包含通过仅聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒作为外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的情况相比,本发明的静电荷图像显影用色调剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第二方面,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,与树脂颗粒的平均当量圆直径小于200nm或大于2,000nm的情况相比,本发明的静电荷图像显影用色调剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第五方面,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,与二氧化硅颗粒的平均当量圆直径小于40nm或大于200nm的情况相比,本发明的静电荷图像显影用色调剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第六方面,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,与二氧化硅颗粒的颗粒分散度小于90%的情况相比,本发明的静电荷图像显影用色调剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第十或第十一方面,提供了一种静电荷图像显影用色调剂,与用粘度小于1000cSt或大于50,000cSt的硅氧烷化合物表面处理的二氧化硅颗粒或硅氧烷化合物的表面附着量小于0.01重量%或大于5重量%的二氧化硅颗粒和包含通过仅聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒用作外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的情况相比,本发明的静电荷图像显影用色调剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第十二方面,提供了一种静电荷图像显影剂,与色调剂包含采用压缩凝集度小于60%或大于95%或颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒和包含通过仅聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒作为外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的情况相比,本发明的静电荷图像显影剂防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
根据本发明的第十三至十六方面中任一项,提供了色调剂盒、处理盒、图像形成设备或图像形成方法,与色调剂包含采用压缩凝集度小于60%或大于95%或颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒和包含通过仅聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒作为外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的情况相比,本发明的色调剂盒、处理盒、图像形成设备或图像形成方法防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。
附图说明
将基于以下附图详细描述本发明的本示例性实施方式,其中:
图1是图示根据本示例性实施方式的图像形成设备的实例的示意性构造图;和
图2是图示根据本示例性实施方式的处理盒的实例的示意性构造图。
具体实施方式
下文中,将详细描述作为本发明的一个实例的示例性实施方式。
静电荷图像显影用色调剂
根据本示例性实施方式的静电荷图像显影用色调剂(下文中,称为“色调剂”)是包含粘合剂树脂的色调剂颗粒和外添剂的色调剂。
外添剂包含:其中压缩凝集度为60%至95%且颗粒压缩比为0.20至0.40的二氧化硅颗粒(下文中,称为“特定二氧化硅颗粒”),和包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒(包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒)。
本示例性实施方式的外添剂(即,特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒)可包含在色调剂颗粒的外侧,并可以附着至色调剂颗粒的表面或可以被释放。
已知外部添加到色调剂颗粒中作为确保色调剂流动性的外添剂的二氧化硅颗粒。当二氧化硅颗粒到达清洁部时,颗粒被阻塞在清洁部的尖端颗粒(清洁刮片和感光体的接触部分中旋转方向上下游侧上的部分),并形成因来自清洁刮片的压力而凝集的凝集体(下文中,称为“外部添加的障碍物”)。外部添加的障碍物有助于改善清洁性。
同时,当图像反复输出时,由于感光体和清洁刮片之间的摩擦力而加速清洁刮片的磨损,由于清洁刮片磨损引起的清洁缺陷,容易形成图像缺陷如色条。另外,出于降低感光体和清洁刮片之间的摩擦的目的,已知的是将包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒以及二氧化硅颗粒作为外添剂外部添加至色调剂颗粒。
然而,包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒具有容易从清洁部通过的性质。由于树脂颗粒从清洁部通过,降低了感光体和清洁刮片之间的摩擦,但在过度通过的情况下,由通过的树脂颗粒在充电部件中容易形成色调剂弥散。充电部件的色调剂弥散成为引起图像缺陷(例如,形成色条)的因素。
同时,在根据本示例性实施方式的色调剂中,特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒同时用作外部添加到色调剂颗粒中的外添剂。因此,防止了包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部的过度通过,并防止了由通过引起的充电部件的色调剂弥散。
其原因未知,不过考虑了以下原因。
压缩凝集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅颗粒是具有流动性高且凝集性也高的性质的的二氧化硅颗粒。
此处,二氧化硅颗粒通常具有优异流动性,但虽然流动性优异不过堆积密度低,因此二氧化硅颗粒具有凝集困难的性质。
同时,为了改善二氧化硅颗粒的流动性,已知的是利用疏水剂对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的技术。根据该技术,改善了二氧化硅颗粒的流动性,但凝集性仍然较低。
另外,还已知利用疏水剂和硅油对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的技术。根据该技术,凝集性得到改善。然而,相反的是,流动性容易劣化。
换言之,在二氧化硅颗粒中,流动性和凝集性具有相反的关系。
同时,在特定二氧化硅颗粒中,如上所述,通过将压缩凝集度和颗粒压缩比设定在上述范围内,两种相反的性质如流动性和凝集性变得优异。
接下来,将按顺序描述特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度和颗粒压缩比在上述范围内的含义。
首先,描述将特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度设定为60%至95%的含义。
压缩凝集度是指示二氧化硅颗粒的凝集性的指标。该指标指示了通过压缩二氧化硅颗粒获得二氧化硅颗粒成型体后,在使该二氧化硅颗粒成型体掉落时使成型体松散的困难程度。
因此,当压缩凝集度增大时,在二氧化硅颗粒中,堆积密度容易变大并且附着力(分子间力)倾向于变强。另外,计算压缩凝集度的方法将在下文中具体描述。
因此,其中压缩凝集度控制得较高(即,60%至95%)的特定二氧化硅颗粒的凝集性变得优异。然而,当保持凝集性优异时,从确保流动性的角度而言,压缩凝集度的上限值变为95%。
接下来,描述特定二氧化硅颗粒的颗粒压缩比设定为0.20至0.40的含义。
颗粒压缩比是指示二氧化硅颗粒流动性的指标。具体而言,颗粒压缩比由二氧化硅颗粒的密堆表观比重和松散表观比重之间的差与密堆表观比重的比((密堆表观比重-松散表观比重)/密堆表观比重)指示。
因此,当颗粒压缩比降低时,二氧化硅颗粒的流动性提高。另外,计算颗粒压缩比的方法将在下文中具体描述。
因此,颗粒压缩比控制较低(为0.20至0.40)的特定二氧化硅颗粒具有优异流动性。然而,在保持优异流动性的同时,从改善凝集性角度而言,颗粒压缩比的下限为0.20。
以上,特定二氧化硅颗粒具有颗粒容易流动的独特性质,进而附着力大。因此,压缩凝集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅是具有流动性和凝集性高的性质的二氧化硅颗粒。
接下来,将描述特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒用作外部添加到色调剂颗粒中的外添剂的推定作用。
首先,由于流动性高,当特定二氧化硅颗粒到达清洁部时,在特定二氧化硅颗粒到达清洁部的尖端之前,其变得容易在感光体的整个轴方向上移动。因此,特定二氧化硅颗粒容易达到在清洁部的整个尖端上近似均匀的状态。换言之,外部添加的障碍物容易形成为在清洁部的整个尖端上近似均匀的状态。
同时,由于特定二氧化硅颗粒的凝集性也高,容易强固地形成沿清洁部的尖端形成的外部添加的障碍物。
换言之,通过利用特定二氧化硅颗粒作为外添剂,根据特定二氧化硅颗粒的“流动性”,容易在清洁部的整个尖端形成近似均匀的状态的外部添加的障碍物,进而根据特定二氧化硅颗粒的“凝集性”,容易强固地形成外部添加的障碍物。
因此,清洁部的清洁性得到改善,并防止了包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部的过度通过。
以上,根据本示例性实施方式的色调剂,防止了由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散。另外,防止了由充电部件的色调剂弥散引起的图像缺陷(例如形成色条)。
然而,如上所述,由于特定二氧化硅颗粒具有高流动性,当外部添加到色调剂颗粒中时相对于色调剂颗粒的分散性也提高。此外,在特定二氧化硅颗粒中,由于凝集性高,对色调剂颗粒的附着性也提高。
换言之,当特定二氧化硅颗粒外部添加到色调剂颗粒中时,提高流动性和相对于色调剂颗粒的分散性高的性质,特定二氧化硅颗粒容易以近似均匀的状态附着在色调剂颗粒的表面上。另外,提高凝集性和对色调剂颗粒的附着性高的性质,附着至色调剂颗粒的特定二氧化硅颗粒不容易在色调剂颗粒上移动并由于显影单元中搅拌等引起的机械负荷从色调剂颗粒上释放。换言之,不容易发生外部添加结构的变化。因此,色调剂颗粒本身的流动性提高,并且容易保持高流动性。结果,容易保持充电性。
以上,在根据本示例性实施方式的色调剂中,通过包含特定二氧化硅颗粒作为外添剂,充电保持性变得优异。
在根据本示例性实施方式的色调剂中,优选的是,特定二氧化硅颗粒具有90%至100%的颗粒分散度。
此处,将描述特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度设置为90%至100%的意义。
颗粒分散度是指示二氧化硅颗粒分散性的指标。该指标由二氧化硅颗粒相对于一次颗粒状态下色调剂颗粒分散的容易程度指示。具体而言,当二氧化硅颗粒对色调剂颗粒的表面的计算覆盖率设定为C0并且实际测定覆盖率为C时,颗粒分散度由与附着目标的实际测定覆盖率C与计算覆盖率C0之比(实际测定覆盖率C/计算覆盖率C0)指示。
因此,当颗粒分散度提高时,二氧化硅颗粒不容易凝集并二氧化硅颗粒容易相对于处于一次颗粒状态的色调剂颗粒分散。另外,下文将详细描述计算颗粒分散度的方法。
通过将颗粒分散度控制为较高(为90%至100%),同时将压缩凝集度和颗粒压缩比控制在上述范围内,特定二氧化硅颗粒具有更优异的相对于色调剂颗粒的分散性。因此,进一步提高了色调剂颗粒本身的流动性,并容易保持高流动性。结果,进一步地,特定二氧化硅颗粒容易以近似均匀的状态附着在色调剂颗粒的表面上并难以从色调剂颗粒上剥落,并且充电保持性变得优异。
在根据本示例性实施方式的色调剂中,如上所述,作为具有流动性和凝集性高的性质的特定二氧化硅颗粒,适当采用了硅氧烷化合物在表面上附着的具有较大重均分子量的二氧化硅颗粒。具体而言,适当采用了其中粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物在表面上附着(优选,表面附着量为0.01重量%至5重量%的附着)的二氧化硅颗粒。在特定二氧化硅颗粒中,例如可采用利用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物对所述二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的方法,从而使表面附着量为0.01重量%至5重量%。
此处,表面附着量是基于对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理之前的二氧化硅颗粒(未处理的二氧化硅颗粒)的比例。下文中,表面处理之前的二氧化硅颗粒(换言之,未处理的二氧化硅颗粒)简称为“二氧化硅颗粒”。
二氧化硅颗粒的表面利用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行处理从而使表面附着量为0.01重量%至5重量%的特定二氧化硅颗粒具有高流动性和凝集性,并且压缩凝集度和颗粒压缩比容易满足上述要求。其原因未知,但可考虑以下原因。
当少量粘度在上述范围内的具有较高粘度的硅氧烷化合物以上述范围附着在所述二氧化硅颗粒的表面上时,实现了由所述二氧化硅颗粒表面的硅氧烷化合物的特征导致的功能。其机理不明。然而,当二氧化硅颗粒流动时,容易实现由硅氧烷化合物导致的防粘性,因为少量的具有较高粘度的硅氧烷化合物以上述范围附着在所述二氧化硅颗粒的表面,或随着分子间力由于硅氧烷化合物的空间位阻而降低,二氧化硅颗粒之间的附着性降低。因此,二氧化硅颗粒的流动性进一步提高。
同时,当二氧化硅颗粒受压时,二氧化硅颗粒表面的硅氧烷化合物的长分子链开始缠结,二氧化硅颗粒的最密填充性提高,并且二氧化硅颗粒之间的凝集变强。另外,据认为由于硅氧烷化合物的长分子链纠缠引起的二氧化硅颗粒附着力在二氧化硅颗粒流动时释放。此外,色调剂颗粒的附着力也因为二氧化硅颗粒表面的硅氧烷化合物的长分子链而提高。
以上,在少量粘度处于上述范围的硅氧烷化合物以上述范围附着在二氧化硅颗粒的表面上的特定二氧化硅颗粒中,压缩凝集度和颗粒压缩比容易满足上述要求,并且颗粒分散度也容易满足上述要求。
下文中,详细描述色调剂的构造。
色调剂颗粒
色调剂颗粒包含例如粘合剂树脂。色调剂颗粒可包含着色剂、防粘剂和必要时的其他添加剂。
粘合剂树脂
粘合剂树脂的实例包括诸如由以下单体的均聚物等乙烯基树脂,例如:苯乙烯(例如,苯乙烯、对氯苯乙烯和α-甲基苯乙烯等),(甲基)丙烯酸酯(例如,丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯等),烯属不饱和腈型(例如,丙烯腈和甲基丙烯腈等),乙烯基醚(例如,乙烯基甲基醚和乙烯基异丁基醚等),乙烯基酮(例如,乙烯基甲基酮、乙烯基乙基酮和乙烯基异丙烯基酮等),和烯烃(例如,乙烯、丙烯和丁二烯等);或者通过组合这些单体中的2种以上获得的共聚物。
粘合剂树脂的实例包括非乙烯基树脂(例如,环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、纤维素树脂、聚醚树脂、和改性的松香)、这些树脂与上述乙烯基树脂的混合物、和通过在这些树脂共存下聚合乙烯基单体获得的接枝聚合物。
这些粘合剂树脂可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
作为粘合剂树脂,聚酯树脂是合适的。
聚酯树脂的实例包含已知的聚酯树脂。
聚酯树脂的实例包含包含多元羧酸和多元醇的缩聚物。另外,可以使用商售产品或合成树脂作为聚酯树脂。
多元羧酸的实例包括脂族二羧酸(例如,草酸、丙二酸、马来酸、富马酸、柠康酸、衣康酸、戊烯二酸、琥珀酸、烯基琥珀酸、己二酸和癸二酸等),脂环族二羧酸(例如,环己烷二羧酸等),芳香族二羧酸(例如,对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和萘二羧酸等),它们的酸酐,或其低级烷基(具有例如1至5个碳原子)酯。其中,作为多元羧酸,例如优选使用芳香族二羧酸。
作为多元羧酸,可以将具有交联结构或支链结构的三元以上的羧酸与二元羧酸组合使用。三元以上的羧酸的实例包含偏苯三酸、均苯四酸,其酸酐,其酸酐、或其低级烷基酯(具有例如1至5个碳原子)。
多元羧酸可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
多元醇的实例包含脂族二醇(例如,乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇或新戊二醇等),脂环族二醇(例如,环己烷二醇、环己烷二甲醇或氢化双酚A等)或芳香族二醇(例如,双酚A的环氧乙烷加合物或双酚A的环氧丙烷加合物等)。其中,作为多元醇,例如,优选芳香族二醇和脂环族二醇,更优选芳香族二醇。
作为多元醇,采用交联结构或支链结构的三元以上的羟基醇可以与二元醇组合使用。三元以上的羟基醇的实例包含甘油、三羟甲基丙烷或季戊四醇。
多元醇可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选50℃至80℃,更优选50℃至65℃。
玻璃化转变温度通过由差示扫描量热法(DSC)得到的DSC曲线确定。更具体地,玻璃化转变温度通过JIS K 7121-1987“塑料的玻璃化转变温度测试方法”中用于确定玻璃化转变温度的方法中记载的“外推玻璃化转变起始温度”获得。
聚酯树脂的重均分子量(Mw)优选5,000至1,000,000,更优选7,000至500,000。
聚酯树脂的数均分子量(Mn)优选2,000至100,000。
聚酯树脂的分子量分布Mw/Mn优选1.5至100,更优选2至60。
通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定重均分子量和数均分子量。通过使用THF溶剂,使用Tosoh Corporation制备的GPC-HLC-8120为测定装置和Tosoh Corporation制备的柱TSKGEL SUPER HM-M(15cm),进行GPC分子量测定。通过该测定结果,利用由单分散聚苯乙烯标准样品绘制的分子量校准曲线可以计算出重均分子量和数均分子量。
聚酯树脂可通过已知的制备方法获得。具体而言,例如通过下述反应方法获得聚酯树脂:聚合温度设定为180℃至230℃,并且如果必要降低反应体系中的压力,同时除去缩合时形成的水或醇。
在原料单体在反应温度下不溶或不相容的情况下,可加入高沸点溶剂作为助溶剂进行溶解。在此情况下,在蒸馏掉增溶剂的同时进行缩聚反应。在存在相容性低的单体的情况下,可以先将相容性低的单体与要与该单体缩聚的酸或醇缩合,然后将所得物与主要成分缩聚。
相对于全部色调剂颗粒,粘合剂树脂的含量为例如优选40重量%至95重量%,更优选50重量%至90重量%,并进而更优选60重量%至85重量%。
着色剂
着色剂的实施例包含各种颜料,例如炭黑、铬黄、汉撒黄、联苯胺黄、士林黄、喹啉黄、颜料黄、永久橙GTR、吡唑啉橙、火神橙、色淀红、永久红、亮胭脂红3B、亮胭脂红6B、DuPont油红、吡唑啉酮红、立索尔红、罗丹明B色淀、淀红C、颜料红、玫瑰红、苯胺蓝、群青、Calco油蓝、氯化亚甲基蓝、酞菁蓝、颜料蓝、酞菁绿和孔雀绿草酸盐;和各种染料,如吖啶染料、呫吨染料、偶氮染料、苯醌染料、吖嗪染料、蒽醌染料、硫靛染料、二噁嗪染料、噻嗪染料、偶氮甲碱染料、靛染料、酞菁染料、苯胺黑染料、聚甲炔染料、三苯基甲烷染料、二苯基甲烷染料和噻唑染料。
着色剂可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
作为着色剂,必要时可以使用表面处理的着色剂,或着色剂可以与分散剂共同使用。此外,多种着色剂可一同使用。
相对于总的色调剂颗粒,着色剂的含量例如优选1重量%至30重量%,更优选3重量%至15重量%。
防粘剂
防粘剂的实例包括:烃蜡;天然蜡,如巴西棕榈蜡,米糠蜡和小烛树蜡;合成或矿物石油蜡如褐煤蜡;和酯蜡,如脂肪酸酯和褐煤酸酯等。所述防粘剂不限于此。
防粘剂熔融温度优选50℃至110℃,更优选60℃至100℃。
根据示差扫描量热计(DSC)测定的DSC曲线,通过JIS K 7121-1987“塑料的玻璃化转变温度测试方法”中用于确定熔融温度的方法所述的“熔融峰温度”获得所述熔融温度。
相对于总的色调剂颗粒,防粘剂的含量例如优选1重量%至20重量%,更优选5重量%至15重量%。
其他添加剂
其他添加剂的实例包括已知添加剂,如磁性材料、电荷控制剂和无机粉末。色调剂颗粒包含这些添加剂作为内部添加剂。
色调剂颗粒的特性
色调剂颗粒可以是具有单层结构的色调剂颗粒,或者可以是具有由芯(芯颗粒)和涂覆所述芯的涂覆层(壳层)构成的所谓芯/壳结构的色调剂颗粒。
此处,例如具有芯/壳结构的色调剂颗粒可由包含粘合剂树脂和必要时的其他添加剂如着色剂和防粘剂的芯和包含粘合剂树脂的涂覆层构成。
色调剂颗粒的体均粒径(D50v)优选为2μm至10μm,并更优选4μm至8μm。
色调剂颗粒的各种平均粒径和各种粒径分布指数使用COULTER MULTISIZER-II(由Beckman Coulter,Inc.制备)来测量,使用ISOTON-II(由Beckman Coulter,Inc.制备)作为电解液。
测量时,将0.5mg~50mg测量样品添加至作为分散剂的2ml 5%的表面活性剂(优选烷基苯磺酸钠)水溶液中。将所得物添加至100ml~150ml电解液中。
通过超声均化器对悬浮有样品的电解液进行1分钟的分散处理。通过COULTERMULTISIZER-II,利用孔径为100μm的孔测量粒径为2μm~60μm的颗粒的粒径分布。取样的颗粒数量为50,000。
相对于基于所测量的粒径分布划分出的粒径范围(区段),从小直径侧分别绘制数量和体积的累积分布。将累积为16%的粒径定义为体积粒径D16v和数量粒径D16p,将累积为50%的粒径定义为体积粒径D50v和数量粒径D50p,并且将累积为84%的粒径定义为体积粒径D84v和数量粒径D84p。
利用这些值,通过(D84v/D16v)1/2计算体均粒径分布指数(GSDv),通过(D84p/D16p)1/2计算数均粒径分布指数(GSDp)。
所述色调剂颗粒的平均圆形度优选0.94至1.00,并更优选0.94至0.98。
所述色调剂颗粒的平均圆形度通过(当量圆周长)/(周长)((投影面积与颗粒图像相同的圆的周长)/(颗粒投影面积的周长))。具体而言,所述色调剂颗粒的平均圆形度是通过以下方法测定的值。
首先,获得这样的色调剂颗粒,其中在将作为测定目标的色调剂(显影剂)分散在包含表面活性剂的水中后通过进行超声处理去除外添剂。通过抽吸收集所获得的色调剂颗粒,形成扁平流并瞬时发出闪光来获取作为静止图像的颗粒图像,并通过分析颗粒图像的流动式颗粒图像分析装置(Sysmex Corporation制造的FPIA-2100)确定平均圆形度。另外,确定平均圆形度时的样品数量为3500。
外添剂
外添剂包含特定二氧化硅颗粒和含有通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒(包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒)。外添剂可包括除特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒之外的其他外添剂。换言之,特定二氧化硅颗粒、包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒和其他外添剂可外部添加到色调剂颗粒中。
特定二氧化硅颗粒
压缩凝集度
特定二氧化硅颗粒的压缩凝集度为60%至95%,但在特定二氧化硅颗粒中,从确保特定二氧化硅颗粒的凝集性和流动性的角度而言,即,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,压缩凝集度优选70%至95%,并更优选80%至95%。
压缩凝集度通过以下方法计算。
在直径为6cm的盘状模具中填充6.0g特定二氧化硅颗粒。接下来,利用压缩成型机(由Maekawa Testing Machine MFG.Co.,Ltd.制造)以5.0t/cm2的压力压制该模具60秒,从而获得压制盘状特定二氧化硅颗粒的成型体(下文中,称为“掉落前的成型体”)。之后,测定掉落前的成型体的重量。
接下来,将掉落前的成型体放置在孔径为600μm的筛上,通过振动筛分机(由Tsutsui Scientific Instruments Co.,Ltd.制造:产品编号VIBRATING MVB-1)以1mm的振幅和1分钟的振动时间使掉落前的成型体掉落。通过这样做,特定二氧化硅颗粒从掉落前的成型体上经由筛网而掉落,而特定二氧化硅颗粒的成型体保持在筛网上。之后,测定剩余的特定二氧化硅颗粒成型体(下文中,称为“掉落之后的成型体”)的重量。
另外,利用以下等式(1)由掉落之后的成型体的重量与掉落前的成型体的重量之比计算压缩凝集度。
等式(1):压缩凝集度=(掉落之后的成型体的重量/掉落前的成型体的重量)/100
颗粒压缩比
特定二氧化硅颗粒的颗粒压缩比为0.20至0.40,并且从确保特定二氧化硅颗粒中的凝集性和流动性的角度而言,即,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,颗粒压缩比优选0.24至0.38,并更优选0.28至0.36。
颗粒压缩比通过以下方法计算。
特定二氧化硅颗粒的松散表观比重和密堆表观比重利用粉末测定仪(HosokawMicro Group.制备,产品编号PT-S)。然后,利用以下等式(2)由二氧化硅颗粒的密堆表观比重和松散表观比重之差与密堆表观比重之比来计算颗粒压缩比。
等式(2):颗粒压缩比=(密堆表观比重-松散表观比重)/密堆表观比重
另外,“松散表观比重”是通过以特定二氧化硅颗粒填充容量为100cm3的容器并将容器称重而获得的测量值,并且是指使特定二氧化硅颗粒自然落入容器中的状态下的填充比重。“密堆表观比重”是指如下的表观比重:在松散表观比重状态下以18mm的滑块行程和50次/分钟的敲击速度通过对容器底部反复施加冲击(敲击)180次并进行脱气,使特定二氧化硅颗粒重排并更致密地填充容器。
颗粒分散度
从相对于色调剂颗粒的更优异分散性角度而言(即,从优异充电保持性角度而言),特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度优选90%至100%,更优选为95%至100%,并且进而更优选100%。
颗粒分散度是对色调剂颗粒的实际测定覆盖率C与计算覆盖率C0的比例,并通过以下等式(3)计算。
等式(3):颗粒分散度=实际测定覆盖率C/计算覆盖率C0
此处,当色调剂颗粒的体均粒径设为dt(m),特定二氧化硅颗粒的平均当量圆直径设为da(m),色调剂颗粒的比重设为ρt,特定二氧化硅颗粒的比重设为ρa,色调剂颗粒的重量设为Wt(kg),并且特定二氧化硅颗粒的添加量设为Wa(kg)时,可通过以下等式(3-1)计算利用特定二氧化硅颗粒对色调剂颗粒的表面的计算覆盖率C0。
等式(3-1):计算覆盖率C0=√3/(2π)×(ρt/ρa)×(dt/da)×(Wa/Wt)×100(%)
通过利用XPS(X-射线光电子能谱)(“JPS-9000MX”:JOEL Ltd.制造)测定分别仅相对于色调剂颗粒、仅相对于特定二氧化硅颗粒、和相对于来自涂覆(附着)有特定二氧化硅颗粒的色调剂颗粒的由特定二氧化硅颗粒产生的硅原子信号强度,并通过使用以下等式(3-2)可以计算具有特定二氧化硅颗粒的色调剂颗粒的表面的实际测定覆盖率C。
等式(3-2):实际测定覆盖率C=(z-x)/(y-x)×100(%)
在等式(3-2)中,x代表由仅色调剂颗粒的特定二氧化硅颗粒产生的硅原子信号强度。y代表由仅特定二氧化硅颗粒的特定二氧化硅颗粒产生的硅原子信号强度。z代表由涂覆(附着)有特定二氧化硅颗粒的色调剂颗粒的特定二氧化硅颗粒产生的硅原子信号强度。
平均当量圆直径
特定二氧化硅颗粒中,从确保特定二氧化硅颗粒的凝集性和流动性的角度而言,即,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,特定二氧化硅颗粒的平均当量圆直径优选40nm至200nm,更优选为50nm至180nm,并且进而更优选60nm至160nm。
通过SEM(扫描电子显微镜)(Hitachi,Ltd.制备:S-4100)观察特定二氧化硅颗粒添加到色调剂颗粒中后的一次颗粒从而捕获图像;在图像分析仪(Mitani Corporation制造的WinROOF)中输入图像;通过对一次颗粒的图像分析测定各颗粒的面积;根据该面积值计算当量圆直径。将体积标准的所得的当量圆直径的累积频率中50%的直径(D50)为特定二氧化硅颗粒的平均当量圆直径D50。另外,调整电子显微镜的放大倍数,从而在一个视野中捕捉到约10至50个特定二氧化硅颗粒,并通过合并多个视野的观察结果获得一次颗粒的当量圆直径。
平均圆形度
特定二氧化硅颗粒的形状可以为球形或不规则形。然而,从确保特定二氧化硅颗粒的凝集性和流动性的角度而言,特定二氧化硅颗粒的平均圆形度优选0.85至0.98,更优选为0.90至0.98,并且进而更优选0.93至0.98。
特定二氧化硅颗粒的平均圆形度通过以下方法测定。
首先,利用SEM观察特定二氧化硅颗粒添加到色调剂颗粒中之后的一次颗粒观察,根据以下等式分析对一次颗粒的获得的平面图像,从而获得特定二氧化硅颗粒的圆形度。
等式:圆形度=4π×(A/I2)
该等式中,I代表图像上的一次颗粒的周长,A代表一次颗粒的投影面积。
另外,将从上述图像平面分析获得的100个一次颗粒的圆形度的累积频率中50%的圆形度作为特定二氧化硅颗粒的平均圆形度。
此处,将详细描述特定二氧化硅颗粒的各特性(压缩凝集度、颗粒压缩比、颗粒分散度、和平均圆形度)的测定方法。
首先,按以下方式将外添剂与色调剂分离。将色调剂投入甲醇中并分散,搅拌后,通过在超声浴中进行处理,可以将作为外添剂的特定二氧化硅颗粒或包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒与色调剂分离。外添剂的粒径和比重决定了分离的容易程度。例如,在粒径大于特定二氧化硅颗粒的包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的情况中,包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒容易从色调剂(色调剂颗粒)上剥离。因此,通过弱离心分离可以将包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从色调剂的表面上剥离,其中,设置较弱超声处理条件(例如输出和时间),并且色调剂不沉积,之后通过弱离心分离仅收集沉积的包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的量,其中色调剂不通过离心分离沉积。接下来,通过从所收集的甲醇溶液中蒸发甲醇从而取出包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒。
接下来,通过将超声处理条件(例如输出和时间)改变为强条件,特定二氧化硅颗粒从色调剂的表面上剥离,并且之后通过色调剂不因离心分离而沉积的弱离心分离仅收集沉积的特定二氧化硅颗粒的量。接下来,通过从所收集的甲醇溶液中蒸发甲醇从而取出特定二氧化硅颗粒。超声处理条件需要根据特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒而调整。另外,只要可以分离,也可以进行其他方法。
另外,利用分离的特定二氧化硅颗粒和包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒来测定各特性。
下文中,将详细描述特定二氧化硅颗粒的构造。
特定二氧化硅颗粒是以二氧化硅(即,SiO2)为主要成分的颗粒,并且可以为晶体或无定型。特定二氧化硅颗粒可以是利用如水玻璃和烷氧基硅烷等硅化合物为原料制备的颗粒,或者可以是通过粉碎石英而获得的颗粒。
特定二氧化硅颗粒的具体实例包括溶胶凝胶法制备的二氧化硅颗粒(下文中,称为“溶胶-凝胶二氧化硅颗粒”)、水性胶体二氧化硅颗粒、醇性二氧化硅颗粒、通过气相法获得的气相二氧化硅颗粒以及熔融二氧化硅颗粒。其中,优选溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
表面处理
在特定二氧化硅颗粒中,为了使压缩凝集度和颗粒压缩比设定在上述特定范围内,优选以硅氧烷化合物进行表面处理。
作为表面处理方法,优选利用超临界二氧化碳对二氧化硅颗粒的表面在超临界二氧化碳中进行表面处理。另外,下文将描述表面处理方法。
硅氧烷化合物
硅氧烷化合物没有特别限制,只要硅氧烷化合物在分子结构中具有硅氧烷骨架即可。
硅氧烷化合物的实例包括硅油和硅树脂。其中,从以近似均匀的状态对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的角度而言,优选硅油。
硅油的实例包括二甲基硅油、甲基氢硅油、甲基苯基硅油、氨基改性硅油、环氧基改性硅油、羧基改性硅油、甲醇改性硅油、甲基丙烯酸改性硅油、巯基改性硅油、苯酚修改硅油、聚醚改性硅油、甲基苯乙烯基改性硅油、烷基改性硅油、高级脂肪酸酯改性硅油、高级脂肪酸酰胺改性硅油、和氟改性硅油。其中,优选二甲基硅油、甲基氢硅油和氨基改性硅油。
硅氧烷化合物可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
粘度
从特定二氧化硅颗粒的优异流动性和凝集性的角度而言,硅氧烷化合物的粘度(动力学粘度)优选为1,000cSt至50,000cSt,更优选为2,000cSt至30,000cSt,并且进而更优选3,000cSt至10,000cSt。
硅氧烷化合物的粘度按以下顺序获得。将甲苯加入到特定二氧化硅颗粒中并通过超声均化器分散30分钟。之后,收集上清。此时,制得浓度为1g/100ml的硅氧烷化合物的甲苯溶液。通过以下等式(A)获得此时的特定粘度[ηsp](25℃)。
等式(A):ηsp=(η/η0)–1
(η0:甲苯的粘度,η:溶液的粘度)
接下来,将特定粘度[ηsp]代入以下等式(B)所示的Huggins关系表达式中,获得固有粘度[η]。
等式(B):ηsp=[η]+K’[η]2
(K’:Huggins常数,K’=0.3(当代入[η]=1至3时)
接下来,将固有粘度[η]代入以下等式(C)所示的A.Kolorlov等式,以确定分子量M。
等式(C):[η]=0.215×10-4M0.65
分子量M代入以下等式(D)所示的A.J.Barry等式,以确定硅氧烷粘度[η]。
等式(D):logη=1.00+0.0123M0.5
表面附着量
从特定二氧化硅颗粒的优异流动性和凝集性的角度而言,相对于二氧化硅颗粒(表面处理之前的二氧化硅颗粒),所述硅氧烷化合物在特定二氧化硅颗粒表面的附着量至优选0.01重量%至5重量%,更优选为0.05重量%至3重量%,并且进而更优选0.10重量%至2重量%。
表面附着量通过以下方法测定。
将100mg特定二氧化硅颗粒分散在1mL氯仿中,并向其中加入1μL的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)作为内部标准液,使用超声清洗装置进行超声处理30分钟,进行硅氧烷化合物在氯仿溶剂中的提取。然后,利用JNM-AL400型核磁共振光谱仪(JEOL DATUM Ltd.制备)测量氢原子核的光谱,并从硅氧烷化合物所产生的峰面积与DMF所产生的峰面积的比例获得硅氧烷化合物的量。另外,根据硅氧烷化合物的量获得表面附着量。
此处,在特定二氧化硅颗粒中,优选的是,以粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理,其中所述二氧化硅颗粒的表面上所述硅氧烷化合物的表面附着量为0.01重量%至5重量%。
通过满足上述要求,可获得流动性和凝集性改善的特定二氧化硅颗粒。
外部添加量
从确保特定二氧化硅颗粒的凝集性和流动性的角度而言,即,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,特定二氧化硅颗粒的外部添加量(含量)相对于色调剂颗粒优选0.1重量%至5重量%,更优选为0.2重量%至4重量%,并且进而更优选0.5重量%至3重量%。
特定二氧化硅颗粒的制备方法
特定二氧化硅颗粒可通过以下过程制得:用粘度为1,000cSt~50,000cSt的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理,并使表面附着量相对于二氧化硅颗粒为0.01重量%~5重量%。
根据特定二氧化硅颗粒的制备方法,能够获得具有改善的流动性和凝集性的二氧化硅颗粒。
表面处理方法的实例包括:在超临界二氧化碳中用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的方法;和在空气中用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表面处理的方法。
表面处理方法的具体实例包括:通过利用超临界二氧化碳将硅氧烷化合物溶解在超临界二氧化碳中并将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法;通过将包含硅氧烷化合物和溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液在空气中提供(例如喷雾或涂覆)至二氧化硅颗粒表面上,并将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法;和在将包含硅氧烷化合物和溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液在空气中添加并保持至二氧化硅颗粒分散液中之后,使二氧化硅颗粒分散液和该溶液的混合溶液干燥的方法。
其中,作为表面处理方法,优选利用超临界二氧化碳将硅氧烷化合物附着在二氧化硅颗粒表面上的方法。
当在超临界二氧化碳中进行表面处理时,硅氧烷化合物处于溶解在超临界二氧化碳中的状态。由于超临界二氧化碳具有低界面张力的性质,因而可以认为溶解在超临界二氧化碳中状态的硅氧烷化合物容易分散并与超临界二氧化碳容易一起到达二氧化硅颗粒表面的孔洞深部,以硅氧烷化合物不仅对二氧化硅颗粒表面并且对孔洞深部均进行了表面处理。
因此,用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒被认为是表面被硅氧烷化合物几乎均匀的状态处理的二氧化硅颗粒(例如,表面处理层形成为薄膜形状态)。
另外,在特定二氧化硅颗粒的制备方法中,可以通过在超临界二氧化碳中共同使用疏水性处理剂与硅氧烷化合物进行对二氧化硅颗粒表面赋予疏水性的表面处理。
在此情况中,据认为,疏水性处理剂与硅氧烷化合物一起溶解在超临界二氧化碳中,在超临界二氧化碳中溶解状态的疏水性处理剂和硅氧烷化合物容易与超临界二氧化碳一起分散到达二氧化硅颗粒表面的孔洞深部,从而以硅氧烷化合物和疏水性处理剂不仅对二氧化硅颗粒表面而且对孔洞深部进行了表面处理。
结果,在用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物和疏水性处理剂进行表面处理的二氧化硅颗粒被硅氧烷化合物和疏水性处理剂处理至几乎均匀的状态,并容易赋予高疏水性。
另外,在特定二氧化硅颗粒的制备方法中,在二氧化硅颗粒的其他制备步骤(例如,溶剂去除步骤等)中可以使用超临界二氧化碳。
在其他制备步骤中使用超临界二氧化碳制备特定二氧化硅颗粒的方法的实例包括包含以下步骤的二氧化硅颗粒制备方法:通过溶胶凝胶法制备包含二氧化硅颗粒和溶剂(包含醇和水)的二氧化硅颗粒分散液的步骤(下文称为“分散液制备步骤”);使超临界二氧化碳通过从而从二氧化硅分散液中去除溶剂的步骤(下文称为“溶剂去除步骤”);和在超临界二氧化碳中通过硅氧烷化合物在去除溶剂后对二氧化硅的表面进行表面处理的步骤(下文中,称为“表面处理步骤”)。
另外,当使用超临界二氧化碳从二氧化硅颗粒分散液中去除溶剂时,容易抑制粗粉末的形成。
其原因尚不清楚,不过考虑了例如以下原因:1)当去除二氧化硅分散液中的溶剂时,由于超临界二氧化碳的性质(“界面张力不起作用”),由此可以在没有在去除溶剂时的液桥力导致的颗粒之间凝集的情况下去除溶剂;和2)由于超临界二氧化碳的下述性质,即“超临界二氧化碳是在温度和压力超过临界点的条件下的二氧化碳并具有气体的扩散性质和液体的溶解性质”,因而通过使溶剂与超临界二氧化碳在相对较低的温度(如250℃以下)有效地接触而溶解溶剂,去除溶解有溶剂的超临界二氧化碳,因此可去除二氧化硅分散液中的溶剂,而不会形成因硅烷醇基缩合而导致的诸如二次凝集体等粗粉末。
此处,溶剂去除步骤和表面处理步骤可以分开进行,不过优选的是两个步骤连续进行(也就是,各个步骤在对大气压下不开放的状态下进行)。当连续进行各步骤时,在溶剂去除步骤后,二氧化硅颗粒没有机会吸附水,并且表面处理可以在抑制二氧化硅上过量吸附水的状态下进行。因此,不需要使用大量的硅氧烷化合物或通过引起多度加热的高温下进行溶剂去除步骤和表面处理步骤。结果,可以更有效地抑制粗粉末的形成。
下文中,详细描述特定二氧化硅颗粒的制备方法的各个步骤。
另外,特定二氧化硅颗粒的制备方法不限于此,并且例如,该方法可以为:1)仅在表面处理步骤中使用超临界二氧化碳的方面或2)各步骤分开进行的方面。
下文中,详细描述各个步骤。
分散液制备步骤
在分散液制备步骤中,例如制备包含二氧化硅颗粒和溶剂(包含醇和水)的二氧化硅颗粒分散液。
具体而言,在分散液制备步骤中,二氧化硅颗粒分散液通过例如湿式方法(如溶胶-凝胶法等)制备,并制备该分散液。特别地,二氧化硅颗粒分散液可通过作为湿式方法的溶胶-凝胶法制备,具体而言,通过使四烷氧基硅烷在碱催化剂的存在下与诸如醇和水等溶剂反应(水解反应和缩合反应)来制备二氧化硅颗粒。
另外,二氧化硅颗粒的平均当量圆粒径的优选范围和平均圆形度的优选范围与上述相同。
在分散液制备步骤中,例如,当二氧化硅颗粒通过湿法制备时,获得处于二氧化硅颗粒分散在溶剂中的分散液状态(二氧化硅颗粒分散液)的二氧化硅颗粒。
此处,在工序转移至溶剂去除步骤时,在所制备的二氧化硅颗粒分散液中,水与醇的重量比例如可以为0.05至1.0,优选0.07至0.5,并更优选0.1至0.3。
如果二氧化硅颗粒分散液中的水与醇的重量比设定在上述范围内,在表面处理后较少形成二氧化硅颗粒的粗粉末,并且容易获得具有优异电阻的二氧化硅颗粒。
如果水与醇的重量比低于0.05,则在溶剂去除步骤中,去除溶剂时在二氧化硅颗粒表面上有较少硅烷醇基缩合。因此,经历溶剂去除的二氧化硅颗粒表面上吸附的水量将增大,从而二氧化硅颗粒的电阻将在一些情况下在表面处理后过度下降。另外,如果水与醇的重量比超过1.0,则在溶剂去除步骤中,在二氧化硅颗粒分散液中溶剂去除几乎完成的时间点将保留大量的水。因此,二氧化硅颗粒容易由于液桥力而相互凝集,并在一些情况中在表面处理后成为粗粉末。
另外,在工序转移至溶剂去除步骤时,所制备的二氧化硅颗粒分散液中水-二氧化硅颗粒重量比可以为例如0.02~3,优选为0.05~1,更优选为0.1~0.5。
如果二氧化硅颗粒分散液中的水与二氧化硅颗粒的重量比设定在上述范围内,较少出现二氧化硅颗粒的粗粉末,并且容易制得具有优异电阻性的二氧化硅颗粒。
如果水与二氧化硅颗粒的重量比低于0.02,则在溶剂去除步骤中,去除溶剂时二氧化硅颗粒表面上硅烷醇基极少缩合。因此,经历溶剂去除的二氧化硅颗粒表面上吸附的水量增大,从而在一些情况下二氧化硅颗粒的电阻将过度减小。
同时,如果水与二氧化硅颗粒重量比超过3,则在溶剂去除步骤中在从二氧化硅颗粒分散液中去除溶剂几乎完成的时间点将保留大量的水。因此,二氧化硅颗粒容易由于液桥力而相互凝集。
另外,在转移至溶剂去除步骤时,在所制备的二氧化硅颗粒分散液中二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比可以为例如0.05~0.7,优选为0.2~0.65,更优选为0.3~0.6。
如果二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比低于0.05,则在溶剂去除步骤中,所用的超临界二氧化碳的量增大,并且生产率劣化。
另外,如果二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的重量比高于0.7,则二氧化硅颗粒分散液中二氧化硅颗粒之间的距离变近,并且由于二氧化硅颗粒的凝集或凝胶化而容易形成粗粉末。
溶剂去除步骤
溶剂去除步骤是通过例如使超临界二氧化碳来去除二氧化硅颗粒分散液中的溶剂的步骤。
换言之,在溶剂去除步骤中,通过使超临界二氧化碳通过从而使超临界二氧化碳与二氧化硅颗粒分散液接触,由此去除溶剂。
具体而言,在溶剂去除过程中,例如将二氧化硅颗粒分散液置于密闭反应器中。然后,在密闭反应器中添加液化二氧化碳并加热,通过高压泵增大反应器中的内部压力,从而使二氧化碳达到超临界状态。然后,将超临界二氧化碳引入密闭反应器中并从密闭反应器中排出,来使超临界二氧化碳通过密闭反应器内部,也就是,通过二氧化硅颗粒分散液。
以此方式,在超临界二氧化碳溶解溶剂(水和醇)的同时,其也随夹带的溶剂排出到二氧化硅颗粒分散液的外部(密闭反应器的外部),由此去除溶剂。
此处,超临界二氧化碳是处于临界点以上的温度和压力下并具有气体的扩散性质和液体的溶解性质的二氧化碳。
去除溶剂的温度,即超临界二氧化碳的温度条件例如可以为31℃~350℃,优选为60℃~300℃,更优选为80℃~250℃。
如果温度低于上述范围,则溶剂难以溶于超临界二氧化碳中,这使得难以去除溶剂。另外,据认为,由于溶剂或超临界二氧化碳的液桥力可能容易形成粗粉末。另一方面,如果温度超过上述范围,据认为,由于二氧化硅颗粒表面上硅烷醇基缩合而容易形成如二次凝集体等粗粉末。
溶剂去除的压力,即超临界二氧化碳的压力条件例如可以为7.38MPa~40MPa,优选为10MPa~35MPa,更优选为15MPa~25MPa。
如果压力低于上述范围,则溶剂趋于难溶于超临界二氧化碳中。同时,如果压力超过上述范围,则装置成本趋于增加。
超临界二氧化碳引入和排出密闭反应器的量可以例如为15.4L/min/m3至1,540L/min/m3,优选77L/min/m3至770L/min/m3。
如果引入和排出量小于15.4L/min/m3,由于需要时间来去除溶剂,因而生产率趋于容易降低。
另一方面,如果引入和排出量超过1540L/min/m3时,超临界二氧化碳通过时间短,因而与二氧化硅颗粒分散液接触的时间缩短。由此,趋于难以有效去除溶剂。
表面处理步骤
表面处理例如是在溶剂去除步骤后连续地在超临界二氧化碳中以硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒表面进行表理的步骤。
换言之,在表面处理步骤中,例如,在工序从溶剂去除步骤继续之前,反应器在不向大气环境开放的同时,使用超临界二氧化碳中的硅氧烷化合物处理二氧化硅颗粒的表面。
具体而言,在表面处理步骤中,例如,停止引入和排出密闭反应器的超临界二氧化碳的引入和排出,然后调整密闭反应器中的温度和压力。并且,在超临界二氧化碳存在于密闭反应器中的状态下,将硅氧烷化合物以相对于二氧化硅颗粒的一定比例添加到容器中。然后,在保持上述状态的条件(即,在超临界二氧化碳中)下,使硅氧烷化合物反应,从而处理二氧化硅颗粒的表面。
此处,在表面处理步骤中,硅氧烷化合物需要在超临界二氧化碳中(也就是在超临界二氧化碳气氛中)反应,并且可以在使超临界二氧化碳通过(也就是将超临界二氧化碳引入和排出密闭反应器)的同时进行表面处理;或可以在不使超临界二氧化碳部通过的同时进行表面处理。
在表面处理步骤中,二氧化硅颗粒相对于反应器体积的量(投入量)例如为30g/L至600g/L,优选50g/L至500g/L,并更优选80g/L至400g/L。
如果该量小于上述范围,则硅氧烷化合物相对于超临界二氧化碳的浓度降低,并因此硅氧烷化合物与二氧化硅颗粒表面接触的可能性降低,由此导致反应难以不进行。另一方面,如果该量超过上述范围,则硅氧烷化合物相对于超临界二氧化碳的浓度增大,因而硅氧烷化合物不完全溶解于超临界二氧化碳中,并且导致分散变差,由此容易形成粗凝集体。
超临界二氧化碳的密度例如为0.10g/ml至0.80g/ml,优选0.10g/ml至0.60g/ml,并更优选0.2g/ml至0.50g/ml。
如果密度小于上述范围,则硅氧烷化合物在超临界二氧化碳中的溶解度降低,因而趋向于出现凝集体。另一方面,如果密度高于上述范围,则超临界二氧化碳向硅氧烷化合物细孔中的扩散劣化,因而表面处理可能进行得不充分。特别是,对于包含大量硅烷醇基的溶胶-凝胶二氧化碳颗粒,优选在上述范围内进行表面处理。
超临界二氧化碳的密度通过温度和压力等调节。
硅氧烷化合物的具体实例与上述相同。并且,硅氧烷化合物粘度的优选范围也与上述相同。
在硅氧烷化合物中,在采用硅油时,硅油容易以近似均匀的状态附着在二氧化硅颗粒的表面,并且容易改善二氧化硅颗粒的流动性和凝集性。
从易于将二氧化硅颗粒的表面附着量控制在0.01重量%~5重量%的角度来看,相对于二氧化硅颗粒,硅氧烷化合物的用量例如可以为0.05重量%~3重量%,优选为0.1重量%~2重量%,更优选为0.15重量%~1.5重量%。
另外,硅氧烷化合物可以单独使用,也可以作为与容易溶解二氧化硅颗粒的溶剂混合的液体使用。溶剂的实例包括甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等。
在表面处理步骤中,二氧化硅颗粒的表面处理可以用硅氧烷化合物和疏水剂的混合物进行。
疏水剂的实例包括硅烷类疏水剂。硅烷类疏水剂的实例包括具有烷基(如甲基、乙基、丙基和丁基)的已知硅化合物。其具体实例包括硅氮烷化合物(例如硅烷化合物,诸如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基甲氧基硅烷等硅烷化合物、六甲基二硅氮烷、和四甲基二硅氮烷等)等。疏水剂可以单独使用或将其中多种组合使用。
在硅烷类疏水剂中,优选的是具有三甲基的硅化合物,如三甲基甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷(HMDS)等,特别优选的是六甲基二硅氮烷(HMDS)。
硅烷类疏水剂的用量没有特别限制,相对于二氧化硅颗粒,其可以例如为1重量%~100重量%,优选为3重量%~80重量%,更优选为5重量%~50重量%。
另外,硅烷类疏水剂可以单独使用,也可以作为与容易溶解硅烷类疏水剂的溶剂混合的溶液使用。溶剂的实例包括甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等。
表面处理的温度条件,即超临界二氧化碳的温度例如为80℃~300℃,优选为100℃~250℃,更优选为120℃~200℃。
在温度低于上述范围时,存在硅氧烷化合物的表面处理性能变差的情况。另一方面,在温度超过上述范围时,存在二氧化硅颗粒的硅烷醇基之间将进行缩合反应的情况,由此出现颗粒凝集。特别是,可以对含有大量硅烷醇基的溶胶-凝胶二氧化硅颗粒在上述温度范围内进行表面处理。
同时,表面处理的压力条件,即超临界二氧化碳的压力条件可以是满足上述密度的条件,并且可以例如为8MPa~30MPa,优选为10MPa~25MPa,更优选为15MPa~20MPa。
通过以上各步骤,获得了特定二氧化硅颗粒。
包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒
包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒是包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的树脂颗粒。(甲基)丙烯酸表示包括丙烯酸和甲基丙烯酸的任一种。
通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物的具体实施例包括:(甲基)丙烯酸酯单体的均聚物;结合两种以上(甲基)丙烯酸酯单体的共聚物;结合(甲基)丙烯酸酯单体和其他类型单体的共聚物;将乙烯基单体(包括(甲基)丙烯酸酯单体)在这些成分共存下聚合获得的接枝聚合物;和这些成分的混合物。
下文中,通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物(均聚物、共聚物或接枝聚合物)可称为“特定(甲基)丙烯酸酯聚合物”。
包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒中所含的特定(甲基)丙烯酸酯聚合物的比例为例如50重量%以上,优选80重量%以上,更优选90重量%以上,并且进而更优选100重量%。
(甲基)丙烯酸酯单体的实施例包括(甲基)丙烯酸烷基酯(例如(甲基)丙烯酸的直链或支化烷基酯,例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸正庚酯、(甲基)丙烯正辛酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸正十二烷基酯、(甲基)丙烯酸正月桂基酯、基(甲基)丙烯酸正十四烷酯、(甲基)丙烯酸正十六烷基酯、(甲基)丙烯酸正十八烷基酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸新戊酯、(甲基)丙烯酸异己酯、(甲基)丙烯酸异庚酯、(甲基)丙烯酸异辛酯,或(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯;或(甲基)丙烯酸环烷基酯,如(甲基)丙烯酸环丁酯、(甲基)丙烯酸环戊酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸环庚酯、(甲基)丙烯酸环辛酯、(甲基)丙烯酸环癸酯、(甲基)丙烯酸环十二烷基酯、或叔丁基(甲基)丙烯酸环己酯,(甲基)丙烯酸芳基酯(例如(甲基)丙烯酸苯基酯,(甲基)丙烯酸联苯基酯,(甲基)丙烯酸二苯基乙基酯,(甲基)丙烯酸叔丁基苯基酯,或(甲基)丙烯酸三联苯基酯),(甲基)丙烯酸甲氧基乙基酯,(甲基)丙烯酸2-羟乙基酯,或(甲基)丙烯酸β-羧基乙基酯。
这些(甲基)丙烯酸酯单体可以单独使用,或将其中两种以上组合使用。
其中,作为(甲基)丙烯酸酯单体,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,优选(甲基)丙烯酸烷基酯。(甲基)丙烯酸烷基酯中的烷基可以为直链、支化或环状,但优选直链。另外,烷基还包含具有取代基的烷基,其取代有烷氧基、羟基、氰基或卤原子。
(甲基)丙烯酸烷基酯单体中烷基的碳原子数优选1至12,更优选为1至10,进而更优选为1至8,特别优选1至5。
特定(甲基)丙烯酸酯聚合物可具有交联结构。具有交联结构的特定(甲基)丙烯酸酯聚合物的实例包括通过至少共聚(甲基)丙烯酸酯单体和可交联单体获得的交联产物。
特定(甲基)丙烯酸酯聚合物的重均分子量优选,例如为5,000至150,000,更优选为8,000至120,000,并且进而更优选10,000至100,000。
另外,通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定重均分子量。通过使用THF溶剂,使用TosohCorporation制备的GPC-HLC-8120GPC为测定装置和Tosoh Corporation制备的柱TSK GELSUPER HM-M(15cm),进行GPC分子量测定。通过该测定结果,利用由单分散聚苯乙烯标准样品绘制的分子量校准曲线可以计算出重均分子量。
在特定(甲基)丙烯酸酯聚合物是通过组合(甲基)丙烯酸酯单体和其他单体获得的共聚物的情况中,聚合共聚物中使用的其他单体没有特别限制,但其实例包括:(甲基)丙烯酸;芳香族乙烯基单体;可交联单体(例如二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二酯);腈单体(例如乙腈);或不饱和烃单体(例如1,3-丁二烯)。另外,芳香族乙烯基单体是分子中具有一个以上乙烯基的芳香族化合物。
另外,在特定(甲基)丙烯酸酯聚合物是通过合并(甲基)丙烯酸酯单体和其他单体获得的共聚物的情况中,特定(甲基)丙烯酸酯聚合物中包含的(甲基)丙烯酸酯单体的比例为例如50重量%以上,优选80重量%以上,更优选90重量%以上。
在(甲基)丙烯酸酯聚合物中,从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,优选(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸环己酯。
包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒可通过各种聚合方法合成,例如溶液聚合法、沉淀聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法和乳液聚合法。另外,聚合反应可通过已知操作进行,例如批量式操作、半连续式操作和连续式操作。
另外,包含(甲基)丙烯酸酯和特定(甲基)丙烯酸酯聚合物的树脂颗粒可以是所获得的那些。
从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的平均当量圆直径优选200nm至2,000nm,更优选为200nm至1,000nm,并且进而更优选200nm至800nm。
包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的平均当量圆直径是通过以下方法测定的值。
通过以扫描电子显微镜(SEM)装置(Hitachi,Ltd.制造:S-4100)观察包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒外部添加至色调剂颗粒中后的一次颗粒来获取图像,将图像输入到图像分析装置(Mitani Corporation制造的WinROOF)中,通过分析一次颗粒的图像测定每个颗粒的面积,并根据该面积值计算当量圆直径。所得的当量圆直径的累积频率中50%的直径(D50)为包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的平均当量圆直径D50。另外,调整电子显微镜的放大倍数,从而在一个视野中捕捉到约10至50个包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒,并通过将多个视野的观察结果合并获得一次颗粒的当量圆直径。
二氧化硅颗粒的平均当量圆直径(D(si))与树脂颗粒的平均当量圆直径(D(r))的粒径比(D(si)/D(r))优选0.048至0.650。
从防止由包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒从清洁部通过引起的充电部件的色调剂弥散的角度而言,相对于整个色调剂颗粒,包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒的外部添加量例如优选0.1重量%至2重量%,并更优选0.1重量%至1.5重量%。
其他添加剂
其他添加剂的实例包括例如无机颗粒。无机颗粒的实例包括SiO2(除特定二氧化硅颗粒之外)、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·(TiO2)n、Al2O3·2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4或MgSO4。
用作其他外添剂的无机颗粒的表面可以疏水化。疏水性处理例如通过将无机颗粒浸入疏水剂中来进行。疏水剂没有特别限制,但其实例包括硅烷偶联剂、硅油、钛酸盐偶联剂或铝酸盐偶联剂。这些疏水剂可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
通常,疏水剂的量例如相对于100重量份无机颗粒为1重量份至10重量份。
其他外添剂的实例还包括树脂颗粒(树脂颗粒,例如聚苯乙烯或三聚氰胺树脂,不包括包含(甲基)丙烯酸酯的树脂颗粒),或清洁助剂(例如以硬脂酸锌为代表的高级脂肪酸的金属盐颗粒,和含氟高分子聚合物)。
其他外添剂的外部添加量相对于色调剂颗粒例如优选为0重量%至5重量%,并更优选0重量%至4重量%。
色调剂的制备方法
接下来,将描述本示例性实施方式的色调剂的制备方法。
制备色调剂颗粒后,通过将外添剂外部添加至色调剂颗粒中后,获得本示例性实施方式的色调剂。
色调剂颗粒可以通过干式制备法(例如,捏合粉碎法等)或湿式制备法(例如,凝集聚结法、悬浮聚合法或溶解悬浮法等)来制备。色调剂颗粒的制备方法不限于这些制备方法,并且可以采用已知的方法。
其中,色调剂颗粒可通过凝集聚结法获得。
具体而言,例如,在通过凝集聚结法制备色调剂颗粒的情况下,色调剂颗粒通过以下步骤制备:制备其中分散有作为粘合剂树脂的树脂颗粒的树脂颗粒分散液的步骤(树脂颗粒分散液制备步骤);通过使树脂颗粒分散液(必要时,混合其他颗粒分散液之后的分散液)中的树脂颗粒(必要时的其他颗粒)凝集而形成凝集颗粒的步骤(凝集颗粒形成步骤);和通过加热其中分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液并使凝集颗粒融合聚结而形成色调剂颗粒(聚结步骤)。
下文中,将详细描述各步骤。
在以下描述中,将描述获得含有着色剂和防粘剂的色调剂颗粒的方法,但是根据需要使用着色剂和防粘剂。当然可以使用着色剂和防粘剂以外的添加剂。
树脂颗粒分散液制备步骤
首先,其中分散有着色剂颗粒的着色剂颗粒分散液和其中分散有防粘剂颗粒的防粘剂颗粒分散液以及其中分散有作为粘合剂树脂的树脂颗粒的树脂颗粒分散液一同制备。
此处,树脂颗粒分散液例如通过使用表面活性剂将树脂颗粒分散在分散介质中而制备。
用于树脂颗粒分散液的分散介质的实例包括水性介质。
水性介质的实例包括水(如蒸馏水和离子交换水)和醇。这些水性介质可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
表面活性剂的实例包括:阴离子表面活性剂,如硫酸酯盐、磺酸酯盐、磷酸酯和皂类表面活性剂等;阳离子表面活性剂,如胺盐和季铵盐表面活性剂等;和非离子表面活性剂,如聚乙二醇、烷基酚氧化乙烯加合物类和多元醇非离子表面活性剂等。其中,特别使用阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂。非离子表面活性剂可以与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂组合使用。
表面活性剂可以单独使用或将其中两种以上组合使用。
在树脂颗粒分散液中,用于将树脂颗粒分散在分散介质中的方法的实例包括常规分散方法,其使用具有旋转剪切型均化器或者介质的球磨机、砂磨机或戴诺磨等。此外,取决于树脂颗粒的种类,例如可以利用转相乳化法将树脂颗粒分散在树脂颗粒分散液中。
另外,转相乳化法是这样的方法:将拟分散的树脂溶解在能够溶解该树脂的疏水性有机溶剂中,并在有机连续相(O相)中添加碱进行中和之后,向其中添加水性介质(W相),从而进行由W/O交换至O/W的树脂转移(所谓的转相),由此形成非连续相,并将树脂以颗粒形状分散在水性介质中。
分散在树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的体均粒径优选例如为0.01μm~1μm,更优选为0.08μm~0.8μm,进而更优选为0.1μm~0.6μm。
另外,在树脂颗粒的体均粒径中,使用通过激光衍射粒径分布分析仪(例如,由Horiba,Ltd.制备,LA-700)测量获得的粒径分布,基于划分的粒径范围(区段)由小直径侧形成基于体积的累积分布,并将全部颗粒的累积分布为50%处的粒径测定为体均粒径D50v。其他分散液中颗粒的体均粒径将以同样的方式测量。
包含于树脂颗粒分散液中的树脂颗粒的含量例如优选为5重量%~50重量%,且更优选为10重量%~40重量%。
按照与树脂颗粒分散液制备相同的方式,制备着色剂分散液和防粘剂颗粒分散液。换言之,颗粒的体均粒径、分散介质、分散方法和树脂颗粒分散液中的颗粒含量的具体细节也适用于分散在着色剂分散液中的着色剂颗粒和分散在防粘剂颗粒分散液中的防粘剂颗粒。
凝集颗粒形成步骤
接下来,将着色剂颗粒分散液和防粘剂颗粒分散液与树脂颗粒分散液混合。
另外,在混合分散液中形成直径与用于使树脂颗粒异质凝集的色调剂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒的直径相近且含有树脂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒的凝集颗粒。
具体而言,例如,将凝集剂添加至混合分散液,并将混合分散液pH调整为酸性(例如,pH为2~5),必要时向其中添加分散稳定剂,随后加热所得物至与树脂颗粒的玻璃化转变温度相近的温度(具体而言,例如为(树脂颗粒玻璃化转变温度-30℃)至(树脂颗粒玻璃化转变温度-10℃)),并使分散于混合分散液中的颗粒凝集,由此形成凝集颗粒。
在凝集颗粒形成步骤中,例如,在通过旋转剪切型均化器搅拌混合分散液的同时,于室温(例如,25℃)添加凝集剂,并将混合分散液的pH调节至酸性(例如,pH为2~5),必要时向其中添加分散稳定剂,随后可进行加热。
凝集剂的实例包括极性与用作分散剂而添加至混合分散液中的表面活性剂相反的表面活性剂、无机金属盐和二价以上金属络合物。特别是,当使用金属络合物作为凝集剂时,表面活性剂的使用量降低,充电性质得到改善。
必要时可以使用形成金属离子与凝集剂的络合物或类似键的添加剂。适当的是使用螯合剂作为该添加剂。
无机金属盐的实例包括:金属盐,如氯化钙、硝酸钙、氯化钡、氯化镁、氯化锌、氯化铝和硫酸铝等;和无机金属盐聚合物,如聚氯化铝、聚氢氧化铝和多硫化钙等。
作为螯合剂,可以使用水溶性螯合剂。螯合剂的实例包括:羟基羧酸,如酒石酸、柠檬酸和葡糖酸等;亚氨基二乙酸(IDA);次氮基三乙酸(NTA);和乙二胺四乙酸(EDTA)等。
相对于100重量份树脂颗粒,螯合剂的添加量优选为0.01重量份~5.0重量份,且更优选为0.1重量份以上且小于3.0重量份。
聚结步骤
接下来,通过加热分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液使凝集颗粒融合聚结,例如在树脂颗粒的玻璃化转变温度以上(例如,大于或等于比树脂颗粒的玻璃化转变温度高10℃~30℃的温度)加热。
在以上步骤中,获得色调剂颗粒。
在获得其中分散有凝集颗粒的凝集颗粒分散液后,可以通过以下步骤制备色调剂颗粒:进一步将凝集颗粒分散液和其中分散有树脂颗粒的树脂颗粒分散液混合,从而使树脂颗粒进一步附着在凝集颗粒表面上,从而形成二次凝集颗粒的步骤;和通过加热其中分散有二次凝集颗粒的二次凝集颗粒分散液并使二次凝集颗粒融合聚结以形成具有芯-壳结构的色调剂颗粒的步骤。
此处,在聚结步骤完成之后,对于在溶剂中形成的色调剂颗粒进行已知的洗涤步骤、固液分离步骤和干燥步骤,并获得干燥的色调剂颗粒。
从静电性质的角度而言,可在洗涤步骤中充分进行以离子交换水进行的置换洗涤。另外,固液分离步骤没有特别限制,但从生产率的角度而言,可进行抽滤或压滤。另外,干燥步骤也没有特别限制,不过从生产率的角度而言,可进行冷冻干燥、闪喷干燥、流化干燥或振动式流化干燥等。
另外,本示例性实施方式的色调剂通过例如向所获得的干燥状态的色调剂颗粒中添加并混合外添剂而制备。可以通过例如V型混合器、亨舍尔混合器和罗迪格混合器等进行混合。此外,必要时,使用振动筛或风力分级器可除去色调剂的粗颗粒。
静电荷图像显影剂
本示例性实施方式的静电荷图像显影剂至少包含本示例性实施方式的色调剂。
本示例性实施方式的静电荷图像显影剂可以为仅包含本示例性实施方式的色调剂的单组分显影剂,或可以为通过使色调剂和载体相互混合获得的双组分显影剂。
载体没有特别限制,并且使用已知载体。载体的实例包括:涂层载体,其中由磁性颗粒形成的芯的表面被覆有涂层树脂;磁性颗粒分散型载体,其中磁性颗粒分散并混合在基质树脂中;或树脂浸渍型载体,其中多孔磁性颗粒浸渍有树脂。
另外,磁性颗粒分散型载体和树脂浸渍型载体可以是下述载体:其中载体的构造颗粒为芯,并且芯被覆有涂层树脂。
磁性颗粒的实例包括:磁性金属,如铁、镍和钴;磁性氧化物,如铁氧体和磁铁矿。
涂层树脂和基质树脂的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚乙烯醚、聚乙烯酮、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、具有有机硅氧烷键的直链硅树脂或其改性产物、氟树脂、聚酯、聚碳酸酯、酚树脂或环氧树脂等。
另外,涂层树脂和基质树脂包括其他添加剂,比如导电性颗粒。
导电性颗粒的实例包括金属(例如金、银和铜)、炭黑、二氧化钛、氧化锌、氧化锡、硫酸钡、硼酸铝或钛酸钾等的颗粒。
此处,以涂层树脂涂覆芯表面的方法的实例包括利用其中涂层树脂和必要时的各种添加剂溶解在适当溶剂中的涂层形成溶液的涂覆方法。所述溶剂没有特别限制,但可以根据所要使用的涂层树脂和涂布适当性等来进行选择。
树脂涂覆方法的具体实例包括:将芯浸渍在涂层形成用溶液中的浸渍法;将涂层形成用溶液喷射在芯表面上的喷射法;在通过流动空气使芯漂浮的状态下喷射涂层形成用溶液的流化床法;将载体的芯和涂层形成用溶液在捏合机和涂布机中混合并除去溶剂的捏合机和涂布机法。
在双组分显影剂中,色调剂与载体之间(色调剂:载体)的混合比(重量比)优选为色调剂:载体=1:100至30:100,并更优选3:100至20:100。
图像形成设备/图像形成方法
将描述本示例性实施方式的图像形成设备和图像形成方法。
本示例性实施方式的图像形成设备设置有:图像保持构件;充电单元,其对该图像保持构件的表面充电;静电荷图像形成单元,其在经充电的图像保持构件表面上形成静电荷图像;显影单元,其收纳静电荷图像显影剂,并使用该静电荷图像显影剂使形成于该图像保持构件表面上的静电荷图像显影为色调剂图像;转印单元,其将形成于该图像保持构件表面上的色调剂图像转印至记录介质的表面上;清洁单元,其具有用于清洁图像保持构件表面的清洁刮片;和定影单元,其将转印至记录介质的表面上的色调剂图像定影。另外,使用本示例性实施方式的静电荷图像显影剂作为静电荷图像显影剂。
在本示例性实施方式的图像形成设备中,进行下述图像形成方法(本示例性实施方式的图像形成方法),所述方法包括:对图像保持构件的表面进行充电的充电步骤;在该图像保持构件的已充电表面上形成静电荷图像的静电荷图像形成步骤;使用本示例性实施方式的静电荷图像显影剂使该图像保持构件表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像的显影步骤;将该图像保持构件表面上形成的色调剂图像转印至记录介质表面上的转印步骤;通过清洁刮片清洁图像保持构件的表面的清洁步骤;和使转印至该记录介质表面上的色调剂图像定影的定影步骤。
作为本示例性实施方式的图像形成设备,采用已知的图像形成设备如:直接转印型设备,其中将形成于图像保持构件表面上和记录介质上的色调剂图像直接转印;中间转印型设备,其中将形成于图像保持构件表面上的色调剂图像一次转印至中间转印体表面上,并将转印至中间转印体表面上的色调剂图像二次转印至记录介质的表面上;包括擦除单元的设备,所述擦除单元在色调剂图像转印后通过使用擦除光在充电前照射图像保持构件表面而擦除电荷。
在本示例性实施方式图像形成设备是中间转印型设备的情形中,转印单元例如包括:中间转印体,其中色调剂图像被转印至其表面上;一次转印单元,其将形成于图像保持构件表面上的色调剂图像一次转印至中间转印体的表面上;和二次转印单元,其将转印至中间转印体表面上的色调剂图像二次转印至记录介质的表面上。
在本示例性实施方式的图像形成设备中,例如包含显影单元的部分可具有能够从所述图像形成设备上拆卸的盒结构(处理盒)。作为处理盒,适当的是使用例如设置有收纳本示例性实施方式的静电荷图像显影剂的显影单元的处理盒。
下文中,将描述本示例性实施方式的图像形成设备的一个实例,但是,本示例性实施方式并不限于此。在以下描述中,将描述附图中所示的主要组件,而省略对其他组件的描述。
图1是示出了本示例性实施方式的图像形成设备的示意性构造图。
图1显示的图像形成设备设置有基于色分解图像数据输出诸如黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)等各种颜色的图像的电子照相方式的第一至第四电子照相型图像形成单元10Y、10M、10C和10K(图像形成单元)。这些图像形成单元(下文中,在一些情况下简称为“单元”)10Y、10M、10C和10K在水平方向上相互以预定间隔平行排列。这些单元10Y、10M、10C和10K可以是能够在图像形成设备主体上安装和拆卸的处理盒。
在各单元10Y、10M、10C和10K的图1的上部,中间转印带20作为中间转印体穿过各个单元并延伸。中间转印带20设置为缠绕在图中从左到右相互分离布置的驱动辊22和与中间转印带20的内表面相接触的支撑辊24上,并沿从第一单元10Y到第四单元10K的方向运转。另外,使用弹簧等(未示出)对支撑辊24在与驱动辊22分开的方向上施加力,并对驱动辊22和支撑辊24缠绕的中间转印带20上施加张力。另外,在中间转印带20的图像保持构件的侧表面,布置与驱动辊22相对的中间转印体清洁单元30。
收纳在色调剂盒8Y、8M、8C和8K中包含如黄色、品红色、青色和黑色等四种颜色的色调剂的色调剂被供给至各单元10Y、10M、10C和10K的显影装置(显影单元)4Y、4M、4C和4K。
由于第一至第四单元10Y、10M、10C和10K具有彼此相似的构造,因此此处只代表性描述布置在中间转印带运转方向的上游侧并形成黄色图像的第一单元10Y。另外,通过将用品红色(M)、青色(C)和黑色(K)来代替黄色(Y)的附图标记分配给第一单元10Y中的等同部分,可以省略对第二至第四单元10M、10C和10K的描述。
第一单元10Y具有起图像保持构件作用的感光体1Y。在感光体1Y周围,依次布置有以预定电势使感光体1Y表面充电的充电辊(充电单元的实例)2Y、基于色分解图像信号利用激光束3Y使充电表面曝光以形成静电荷图像的曝光装置(静电荷图像形成单元的实例)3、向静电荷图像供给充电的色调剂并使静电荷图像显影的显影装置(显影单元的实例)4Y、将所显影的色调剂图像转印到中间转印带20上的一次转印辊5Y(一次转印单元的实例)、以及包含在一次转印之后将感光体1Y表面上残存的色调剂除掉的清洁刮片6Y-1的感光体清洁装置(清洁单元的实例)6Y。
一次转印辊5Y设置在中间转印带20的内侧,并且布置在与感光体1Y相对的位置上。施加一次转印偏压的各偏压电源(未示出)连接在各个一次转印辊5Y、5M、5C和5K上。通过对控制器(未示出)的控制,各偏压电源改变施加到各个一次转印辊上的转印偏压。
下文中,将描述在第一单元10Y中形成黄色图像的操作。
首先,在操作之前,使用充电辊2Y将感光体1Y的表面充电至约-600V~-800V的电势。
感光体1Y通过在具有导电性(20℃的体积电阻率:小于或等于1×10-6Ωcm)的基体上层压感光层而形成。该感光层通常具有很大的电阻(普通树脂的电阻),但在以激光束3Y照射感光层时,被激光束照射部分的比电阻发生变化。此处,根据由控制部(未示出)发出的用于黄色的图像数据,将激光束3Y经由曝光装置3输出到充电的感光体1Y的表面上。使用激光束3Y照射感光体1Y表面上的感光层,由此在感光体1Y表面上形成具有黄色图像图案的静电荷图像。
静电荷图像是指在感光体1Y表面上由充电形成的图像,并且是通过下述方式形成的所谓负潜像:感光层被激光束3Y照射的部分的比电阻降低,感光体1Y表面的充电电荷发生流动,而同时未被激光束3Y照射的部分的电荷得以保留。
根据感光体1Y的运转,使感光体1Y上形成的静电荷图像旋转到预定显影位置。在此显影位置,利用显影单元4Y使感光体1Y上的静电荷图像可视化(显影)为色调剂图像。
在显影装置4Y中,例如包含含有至少黄色色调剂和载体的静电荷图像显影剂。黄色色调剂保持在通过在显影单元4Y内部搅拌而进行摩擦起电的显影剂辊(显影剂保持部件的一个实例)上,并具有与感光体1Y上所充的电荷具有相同的极性(负极性)的电荷。随着感光体1Y的表面通过显影装置4Y,黄色色调剂静电附着在感光体1Y表面上被放电的潜像部分,由此通过黄色色调剂使潜像显影。以连续的预定速度传送其上形成了黄色色调剂图像的感光体1Y,并将在感光体1Y上显影的色调剂图像发送到预定的一次转印位置。
当感光体1Y上的黄色色调剂图像到达一次转印辊位置时,对一次转印辊5Y施加一次转印偏压,从感光体1Y到一次转印辊5Y的静电力将对色调剂图像产生作用,并将感光体1Y上的色调剂图像转印到中间转印带20上。此时所施加的转印偏压具有与色调剂极性(-)相反的极性(+),例如,可以通过控制部(未示出)在第一单元10Y中将转印偏压调整为+10μA。
同时,通过感光体清洁装置6Y除掉并收集感光体1Y上残存的色调剂。
施加到第二单元10M后的第一转印辊5M、5C和5K上的第一转印偏压也以与第一单元相同的方式进行控制。
以此方式,将其中通过第一单元10Y转印黄色色调剂图像的中间转印带20转动,从而通过第二至第四单元10M、10C和10K,将各颜色的色调剂图像堆叠和多重转印。
通过第一至第四单元并多重转印了具有四种颜色的色调剂图像的中间转印带20到达二次转印部,所述二次转印部由中间转印带20、与中间转印带20的内表面相接触的支撑辊24,和布置在中间转印带20的图像保持表面一侧的二次转印辊(二次转印单元的实例)26构成。同时,以预定时机通过供给机构将记录纸(记录介质的实例)P供给到二次转印辊26和中间转印带20彼此接触的间隙中,并对支撑辊24施加预定的二次转印偏压。此时所施加的转印偏压具有与色调剂的极性(-)相同的极性(-),从中间转印带20到记录纸P的静电力对色调剂图像发挥作用,将中间转印带20上的色调剂图像转印到记录纸P上。另外,根据用于检测二次转印部分电阻的电阻检测单元(未示出)所检测的电阻来确定此时的二次转印偏压,并进行电压控制。
之后,将记录纸P输送到定影装置(定影单元的实例)28中定影辊对的缝隙处,色调剂图像在记录纸P上定影,并形成定影图像。
转印有色调剂图像的记录纸P的实例包括用于电子照相型复印机或打印机的普通纸。除记录纸P之外,记录介质的实例包括OHP纸等。
为了进一步改善进行定影后图像表面的光滑性,优选的是,记录纸P的表面光滑,并且适合使用例如在普通纸的表面上涂覆树脂的涂覆纸或印刷用艺术纸等。
将完成彩色图像定影的记录纸P排出至排出部,一系列彩色图像形成操作结束。
处理盒/色调剂盒
将描述本示例性实施方式的处理盒。
本示例性实施方式的处理盒包含收纳本示例性实施方式的静电荷图像显影剂的显影单元,并通过利用静电荷图像显影剂使在图像保持构件的表面上形成的静电荷图像显影为色调剂图像。处理盒能够从所述图像形成设备上拆卸。
本示例性实施方式的处理盒不限于上述的构造,并且可以构造为包含显影装置和必要时的例如选自由诸如图像保持构件、充电单元、静电荷图像形成单元和转印单元等其他单元中的至少一种。
此处,描述本示例性实施方式的处理盒的实例,不过本示例性实施方式不限于此。在以下描述中,将描述附图中示出的主要部分,而省略了其他部分的描述。
图2是示出了本示例性实施方式的处理盒的构造的示意图。
图2所示的处理盒200形成为具有下述构造的盒,其中,感光体107(图像保持构件的实例)以及设置在感光体107周围的充电辊108(充电单元的实例)、显影装置111(显影单元的实例)和包含清洁刮片113-1的感光体清洁装置113(清洁单元的实例)通过利用设置有安装轨116和曝光用开口118的外壳117一体化保持。
在图2中,附图标记109指代曝光装置(静电荷图像形成单元的实例),附图标记112指代转印装置(转印单元的实例),附图标记115指代定影装置(定影单元的实例),且附图标记300指代记录纸(记录介质的实例)。
接下来,将描述本示例性实施方式的色调剂盒。
本示例性实施方式的色调剂盒包含本示例性实施方式的色调剂并可从图像形成设备上拆卸下来。色调剂盒收纳色调剂,用于通过对显影单元进行供应而补充在图像形成设备中设置的显影单元。本示例性实施方式的色调剂盒可具有包含本示例性实施方式的色调剂的容器。
图1所示的图像形成设备可以是具有以下构造的图像形成设备:其中色调剂盒8Y、8M、8C和8K可拆卸并且显影装置4Y、4M、4C和4K通过未示出的色调剂供应管连接至对各显影装置(颜色)对应的色调剂盒。另外,在收纳在色调剂盒中的色调剂量下降时,更换色调剂盒。
实施例
下文中,利用实施例来描述本示例性实施方式,但本示例性实施方式不限于这些实施例。另外,在以下描述中,除非特别指出,否则“份”和“%”分别表示“重量份”和“重量%”。
色调剂颗粒的制备
色调剂颗粒(1)的制备
聚酯树脂颗粒分散液(1)的制备
·乙二醇(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):37份
·新戊二醇(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):65份
·1,9-壬二醇(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):32份
·对苯二甲酸(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):96份
在确认反应体系内部搅拌之后,单体投入烧瓶中,通过1小时将温度提升至200℃,向其中加入1.2份***。此外,通过6小时使温度从上述温度提升至240℃并同时蒸除所产生的水,进而在240℃继续脱水缩合反应4小时,并因此获得酸值为9.4mgKOH/g、重均分子量为13,000并且玻璃化转变温度为62℃的聚酯树脂A。
接下来,在聚酯树脂A保持熔融态的同时,以100份/分钟的速度将聚酯树脂A转移至CAVITRON CD1010(由Eurotec Limited制造)。在水性介质槽中投入通过以离子交换水稀释氨水溶液试剂而制备的0.37%氨水稀溶液,同时以热交换器加热至120℃,以0.1升/分钟的速度与聚酯树脂熔融件一同转移至CAVITRON。在转子的转速为60Hz并且压力为5Kg/cm2的条件下,驱动CAVITRON,并通过分散体均粒径为160nm、固体含量为30%、玻璃化转变温度为62℃且重均分子量Mw为13,000的树脂颗粒而制备的聚酯树脂分散液(1)。
着色剂颗粒分散液的制备
·青色颜料(颜料蓝15:3,由Dainichiseika Color&Chemicals Mfg.Co.,Ltd.制造):10份
·阴离子表面活性剂(NEOGEN SC,由Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.制造):2份
·离子交换水:80份
通过将上述材料相互混合并利用高压冲击型分散器Ultimizer(HJP30006,由Sugino Machine Limited制造)将材料分散1小时,获得体均粒径为180nm并且固体含量为20%的着色剂颗粒分散液。
防粘剂颗粒分散液的制备
·巴西棕榈蜡(RC-160,熔融温度为84℃,由Toakasei Co.,Ltd.制造):50份
·阴离子表面活性剂(NEOGEN SC,由Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.制造):2份
·离子交换水:200份
将上述材料在120℃加热,利用由IKA制造的Ultra-turrax T50将材料混合分散,利用压力喷出型均化器进行分散处理,从而获得体均粒径为200nm并且固体含量为20%的防粘剂颗粒分散液。
色调剂颗粒(1)的制备
·聚酯树脂颗粒分散液(1):200份
·着色剂颗粒分散液:25份
·防粘剂颗粒分散液:30份
·聚氯化铝:0.4份
·离子交换水:100份
在将上述材料投入不锈钢制圆底烧瓶中并利用由IKA制造的ULTRA-TURRAX将材料混合分散之后,在搅拌的同时利用加热油车进行加热直至烧瓶温度达到48℃。在将材料在48℃保持30分钟后,向其中加入70份的聚酯树脂颗粒分散液(1)。
之后,在利用0.5mol/L氢氧化钠使溶液将体系pH调节为8.0后,将不锈钢烧瓶紧密封闭,将搅拌轴的密封件磁力密封,并加热至烧瓶温度达到90℃,使烧瓶保持3小时。完成反应后,以2℃/分钟的降温速度进行冷却,进行过滤并进行离子交换水洗涤,然后,通过Nutsche型吸滤进行固液分离。利用3L离子交换水对其在30℃进一步再分散,并以300rpm搅拌洗涤15分钟。该洗涤操作再重复6次时,滤液pH变为7.54并且电导率变为6.5μS/cm,利用5A号滤纸通过Nutsche型吸滤进行固液分离。然后,继续真空干燥12小时,由此获得色调剂颗粒(1)。色调剂颗粒(1)的体均粒径为5.8μm,平均圆形度为0.96。
色调剂颗粒(2)的制备
·苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(共聚比(重量比)=80:20,重均分子量Mw=130,000,玻璃化转变温度Tg=59℃):88份
·青色颜料(C.I.颜料蓝15:3):6份
·低分子量聚丙烯(软化温度:148℃):6份
通过亨舍尔混合器将上述材料相互混合,并以挤出机加热捏合。将材料冷却后,通过将捏合材料粗/细粉碎,并对粉碎材料分级,从而获得色调剂颗粒(2),其中体均粒径为6.5μm,平均圆形度为0.96。
外添剂的制备
二氧化硅颗粒分散液(1)的制备
300份甲醇和70份10%氨水溶液加入到容积为1.5L并配备有搅拌器、滴液嘴和温度计的玻璃反应器中,由此获得碱性催化剂溶液。
在将碱性催化剂溶液调整为30℃后,在搅拌时,将185份四甲氧基硅烷和50份8.0%氨水溶液同时滴加,由此获得亲水性二氧化硅颗粒分散液(固体成分浓度为12.0重量%)。此处,滴加时间为30分钟。
之后,通过旋转过滤器R-Fine(由Kotobuki Industries Co.,Ltd.制造)将所得二氧化硅颗粒分散液浓缩至40重量%的固体成分浓度。将该浓缩分散液称为二氧化硅颗粒分散液(1)。
二氧化硅颗粒分散液(2)至(8)的制备
二氧化硅颗粒分散液(2)至(8)按照与二氧化硅颗粒分散液(1)制备相同的方式制备,不同之处在于如表1所示改变二氧化硅颗粒分散液(1)制备中的碱性催化剂溶液(甲醇量和10%氨水溶液的量)以及二氧化硅颗粒的形成条件(四甲氧基硅烷(称为TMOS)和8%氨水溶液在碱性催化剂溶液中的总滴加量,以及滴加时间)。
下文中,表1中总体详细说明了二氧化硅颗粒分散液(1)至(8)。
表1
经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备
利用二氧化硅颗粒分散液(1),如上所述,对二氧化硅颗粒在超临界二氧化碳气氛中以硅氧烷化合物进行表面处理。另外,在表面处理中,使用配备有二氧化碳汽缸、二氧化碳泵、共沸剂泵、带搅拌器的高压釜(体积为500ml)和压力阀的装置。
首先,将250份二氧化硅颗粒分散液(1)投入带搅拌器的高压釜(体积为500ml)中,搅拌器以100rpm旋转。之后,将液化二氧化碳注如高压釜中,在加热器升温的同时通过二氧化碳泵加压,并使高压釜内部处于150℃和15MPa的超临界态。通过二氧化碳泵使超临界二氧化碳通过,同时通过压力阀保持高压釜内部压力为15MPa,甲醇和水从二氧化硅颗粒分散液(1)中去除(溶剂去除步骤),由此获得二氧化硅颗粒(未经处理的二氧化硅颗粒)。
接下来,在通过的超临界二氧化碳的通过量(总体量:测定为参考状态下二氧化碳的通过量)为900份的时间点,停止超临界二氧化碳通过。
之后,在通过加热器保持150℃的温度并通过二氧化碳泵保持15MPa压力并且高压釜内保持二氧化碳的超临界态的情况下,通过共沸剂泵注入处理剂溶液,在该溶液中,相对于100份的上述二氧化硅颗粒(未处理的二氧化硅颗粒),将0.3份的粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO:产品名“KF-96(由Shin-Etsu Chemical Co,Ltd.制造)”)作为硅氧烷化合物预先溶于20份作为疏水剂的六甲基二硅氮烷(HMDS:由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)中。然后,在搅拌的同时,使溶液在180℃反应20分钟。之后,超临界二氧化碳再次通过,去除过量的处理剂溶液。之后,停止搅拌,通过打开压力阀使高压釜内压力释放达到大气压,温度降低至室温(25℃)。
以此方式,通过顺序进行溶剂去除步骤和以硅氧烷化合物的表面处理,获得了经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S2)至(S5)、(S7)至(S9)和(S12)至(S17)的制备
经表面处理的二氧化硅颗粒(S2)至(S5)、(S7)至(S9)和(S12)至(S17)按照与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相似的方式制备,不同之处在于经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备中的二氧化硅颗粒分散液和表面处理条件(处理气氛、硅氧烷化合物(种类、粘度和添加量)、疏水剂和疏水剂添加量)如下表2所示变化。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)的制备
如下所述,利用制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)时使用的二氧化硅颗粒分散液(1)相同的分散液,在大气压下对二氧化硅颗粒以硅氧烷化合物进行表面处理。
将酯适配器和冷凝管连接在二氧化硅颗粒分散液(1)中使用的反应器上,在二氧化硅颗粒分散液(1)加热至60℃至70℃的时候加入水,并蒸馏去除甲醇,进而加热至70℃至90℃并蒸馏去除甲醇,获得二氧化硅颗粒的水分散液。将3份甲基三甲氧基硅烷(MTMS:由Shin-Etsu Chemical Co,Ltd.制造)于室温加入到水分散液中的100份二氧化硅固形物中,并反应2小时,进行二氧化硅颗粒的表面处理。在表面处理分散液中加入甲基异丁基酮后,温度加热至80℃至110℃,蒸馏去除甲醇水,80份六甲基二硅氮烷(HMDS:由Yuki GoseiKogyo Co.,Ltd.制造)和1.0份二甲基硅油(DSO:产品名“KF-96(由Shin-Etsu ChemicalCo,Ltd.制造)”)(粘度为10,000cSt,作为硅氧烷化合物)室温加入到所得分散液中的100份二氧化硅固形物中,分散液在120℃反应3小时,并冷却。之后,通过喷射干燥使分散液干燥,获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S10)的制备
按照经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备方法制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S10),不同之处在于使用气相二氧化硅OX50(AEROSIL OX50由Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)替代二氧化硅颗粒分散液(1)。换言之,100份的OX50投入到与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备中相同的带有搅拌器的高压釜中,搅拌器以100rpm转动。之后,液态二氧化碳注入高压釜中,通过二氧化碳泵升压同时通过加热器升温,从而使高压釜内部处于180℃和15MPa的超临界态。在以压力阀保持高压釜内15MPa的情况下,处理剂溶液通过共沸剂泵注入高压釜中,处理剂溶液中作为硅氧烷化合物的0.3份粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO:产品名“KF-96(由Shin-Etsu Chemical Co,Ltd.制造)”)预先溶于作为疏水剂的20份六甲基二硅氮烷(HMDS:由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)中。然后,在搅拌的同时,使分散液在180℃反应20分钟。之后,通过超临界二氧化碳,去除过量的处理剂溶液,获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S10)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(S11)的制备
按照经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备方法制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S11),不同之处在于利用气相二氧化硅A50(AEROSIL A50由Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)替代二氧化硅颗粒分散液(1)改变HMDS的量和DSO的量。换言之,100份A50投入到与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备中相同的带有搅拌器的高压釜中,搅拌器以100rpm转动。之后,液态二氧化碳注入高压釜中,通过二氧化碳泵升压同时通过加热器升温,从而使高压釜内部处于180℃和15MPa的超临界态。在以压力阀保持高压釜内15MPa的情况下,处理剂溶液通过共沸剂泵注入高压釜中,处理剂溶液中作为硅氧烷化合物的1.0份粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO:产品名“KF-96(由Shin-Etsu Chemical Co,Ltd.制造)”)预先溶于作为疏水剂的40份六甲基二硅氮烷(HMDS:由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)中。然后,在搅拌的同时,使分散液在180℃反应20分钟。之后,通过超临界二氧化碳,去除过量的处理剂溶液,由此获得经表面处理的二氧化硅颗粒(S11)。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC1)的制备
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC1)按照与经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)制备相似的方式制备,不同之处在于在制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)时不加入硅氧烷化合物。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)至(SC4)的制备
按照经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备方法制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)至(SC4),不同之处在于在制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)时,二氧化硅颗粒分散液和表面处理条件(处理气氛、硅氧烷化合物(种类、粘度和添加量)、疏水剂和疏水剂添加量)如表3所示改变。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5)的制备
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5)按照与经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)相同的方式制备,不同之处在于在制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)时不加入硅氧烷化合物。
经表面处理的二氧化硅颗粒(SC6)的制备
在过滤二氧化硅颗粒分散液(8)并在120℃进行干燥后,将分散液放入电炉中,于400℃煅烧6小时,然后将相对于100份二氧化硅颗粒为10份的HMDS通过喷射干燥器喷射干燥,制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC6)。
经表面处理的二氧化硅颗粒的表征
对于所获得的经表面处理的二氧化硅颗粒,通过上述方法测定平均当量圆直径、平均圆形度、硅氧烷化合物相对于未经处理的二氧化硅颗粒的附着量(表中记为“表面附着量”)、压缩凝集度、颗粒压缩比和颗粒分散度。
下文中,表2和3中,阐释了经表面处理的二氧化硅颗粒的详情。另外,表2和3中的缩写如下。
·DSO:二甲基硅油
·HMDS:六甲基二硅氮烷
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)的制备
通过使100份作为单体的甲基丙烯酸甲酯、1份作为聚合引发剂的过硫酸铵、0.5份作为悬浮剂的十二烷基苯磺酸钠和200份离子交换水相互混合,获得单体分散液溶液。通过将单体分散液溶液在70℃搅拌7小时,获得其中聚甲基丙烯酸甲酯颗粒分散在水中的悬浮液。通过干燥悬浮液,获得作为聚甲基丙烯酸甲酯颗粒的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)。
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R2)至(R4)和(R6)的制备
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R2)至(R4)和(R6)按照与聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)相同的方式制备,不同之处在于改变聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)制备中的离子交换水的量。
聚甲基丙烯酸环己酯颗粒(R5)的制备
聚甲基丙烯酸环己酯颗粒(R5)按照与聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)相同的方式制备,不同之处在于使用甲基丙烯酸环己酯作为聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1)制备中的单体。
聚酯甲基丙烯酸酯树脂颗粒的性质
所获得的聚酯甲基丙烯酸酯树脂颗粒的平均当量圆直径通过已知方法测定。
下文中,表4中示出了聚酯甲基丙烯酸酯颗粒(R1)至(R6)的具体细节。
表4
聚酯甲基丙烯酸酯树脂颗粒的类型 | 平均当量圆直径(nm) |
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R1) | 400 |
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R2) | 1800 |
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R3) | 2500 |
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R4) | 200 |
聚甲基丙烯酸环己酯颗粒(R5) | 450 |
聚甲基丙烯酸甲酯颗粒(R6) | 160 |
实施例1至19和比较例1至8
对于表5所示的色调剂颗粒、二氧化硅颗粒和聚酯甲基丙烯酸酯颗粒的各组合,将2份二氧化硅颗粒和0.5份聚酯甲基丙烯酸酯颗粒加入到100份色调剂颗粒中,并通过亨舍尔混合器在2,000rpm混合3分钟,由此获得各实施例的色调剂。
另外,将所获得的各色调剂和载体以色调剂:载体=5:95(重量比)的比例投入V型共混机中,并搅拌20分钟,由此获得各显影剂。
另外,使用如下制备的载体。
·铁氧体颗粒(体均粒径:50μm):100份
·甲苯:14份
·苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物:2份
(成分比:90/10,Mw=80,000)
·炭黑(R330:由Cabot Corporation制造):0.2份
首先,通过将除铁氧体颗粒之外的上述成分利用搅拌器搅拌10分钟,制备分散涂覆液,然后将涂覆液和铁氧体颗粒投入真空除气型捏合机中,并在60℃搅拌30分钟。之后,在升温的同时降低压力,从而进行除气和干燥,由此获得载体。
评价
在由富士施乐株式会社制造的图像形成设备“DOCUCENTRE-III C7600”的显影装置中装填各实施例获得的显影剂。利用图像形成设备进行以下评价。另外,在以下评价中,使用充电辊作为充电部件。
色条的评价
在A3纸上输出第5,000张带状图像(10mm×410mm,与处理方向垂直,下同)后,在A3纸上输出一个实心图像。
相对于所输出的实心图像,视觉确认是否产生了由充电辊的色调剂弥散(下文中,也称为BCR色调剂弥散)引起的色条(随时间推移的评价1-1)。
接下来,进一步,在A3纸上输出第3,000张带状图像后,在A3纸上输出一个实心图像。之后,通过与随时间推移的评价1-1中相同的方法,视觉确认在所输出的实心图像中是否形成了由BCR色调剂弥散引起的色条(随时间推移的评价1-2)。
接下来,进一步,在A3纸上输出第2,000张带状图像后,在A3纸上输出一个实心图像。之后,通过与随时间推移的评价1-1中相同的方法,视觉确认在所输出的实心图像中是否形成了由BCR色调剂弥散引起的色条(随时间推移的评价1-3)。
另外,由于作为色调剂颗粒的外添剂的聚酯甲基丙烯酸酯树脂颗粒从清洁部通过,引起BCR色调剂弥散。因此,评价中的色条形成表明,形成了聚酯甲基丙烯酸酯树脂颗粒从清洁部通过引起的通过色条,即,BCR色调剂弥散。
评价标准如下,G3以上的水平是允许的。结果如表5所示。
色条评价标准
G1:未形成色条
G2:形成极微小的色条
G3:形成轻微的色条
G4:存在色条
清洁刮片的磨损评价
如下进行清洁刮片的磨损评价。
首先,在色条评价之前,通过激光显微镜观察清洁刮片与感光体接触的部分(下文中,称为初始磨损截面积),并测试初始磨损截面积。
接下来,在色条评价之后,通过激光显微镜观察清洁刮片与感光体接触的部分(下文中,称为评价后磨损截面积),并测定评价后磨损截面积。
接下来,通过从评价后磨损截面积中减去初始磨损截面积获得的面积,获得了清洁刮片的磨损截面积。
如下所述,在评价标准中,G2以上的水平是允许的。结果如表5所示。
清洁刮片的评价标准
G1:磨损截面积小于5μm2
G2:磨损截面积为5μm2以上且小于10μm2
G3:磨损截面积为10μm2以上且小于20μm2
G4:磨损截面积为20μm2以上
根据以上结果,在实施例中,与比较例相比,可以确定防止了由BCR色调剂弥散引起的色条形成。换言之,在实施例中,与比较例相比,可以确定防止了由聚酯甲基丙烯酸酯颗粒从清洁部通过引起的BCR色调剂弥散。
特别是,在采用压缩凝集度为80%至95%且颗粒压缩比为0.28至0.36的二氧化硅颗粒作为的外添剂的实施例1、2、3、4、5和14中,与其他实施例相比,可以确定防止了由BCR色调剂弥散引起的色条形成,并同时防止了清洁刮片的磨损。
另外,在比较例1中,其中仅采用聚酯甲基丙烯酸酯颗粒作为外添剂,确证了在防止清洁刮片磨损的同时形成了由BCR色调剂弥散引起的色条。
提供对本发明的本示例性实施方式的以上描述是为了说明和描述的目的。它的意图不在于穷举本发明所披露的精确形式或将本发明限制于所披露的精确形式。显然,许多改进和变化对于本领域技术人员是显而易见的。选择并描述这些本示例性实施方式是为了能够最大限度地解释本发明的原理及其实际用途,由此使得本领域的其他技术人员能够理解适用于所期望的特定用途的本发明的各种实施方式和各种改进方案。本发明的范围由所附权利要求及其等同物所限定。
Claims (16)
1.一种静电荷图像显影用色调剂,其包含:
包含粘合剂树脂的色调剂颗粒;和
包含二氧化硅颗粒和树脂颗粒的外添剂,所述二氧化硅颗粒的压缩凝集度为60%至95%并且颗粒压缩比为0.20至0.40,所述树脂颗粒包含通过聚合(甲基)丙烯酸酯单体获得的聚合物,
其中,所述二氧化硅颗粒是以粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒,并且其中所述硅氧烷化合物的表面附着量为0.01重量%至5重量%。
2.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,其中,所述表面处理在超临界二氧化碳中进行。
3.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述树脂颗粒的平均当量圆直径为200nm至2,000nm。
4.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的平均当量圆直径D(si)和所述树脂颗粒的平均当量圆直径D(r)的粒径比D(si)/D(r)为0.048至0.650。
5.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述树脂颗粒包含(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸环己酯。
6.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的平均当量圆直径为40nm至200nm。
7.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%至100%。
8.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述二氧化硅颗粒的平均圆形度为0.85至0.98。
9.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述二氧化硅颗粒是溶胶-凝胶二氧化硅颗粒。
10.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述色调剂颗粒的平均圆形度为0.94至1.00。
11.如权利要求1所述的静电荷图像显影用色调剂,
其中,所述硅氧烷化合物是硅油。
12.一种静电荷图像显影剂,其包含:
权利要求1至11中任一项所述的静电荷图像显影用色调剂。
13.一种色调剂盒,其包含:
包含权利要求1至11中任一项所述的静电荷图像显影用色调剂的容器,
其中,所述色调剂盒能从图像形成设备上拆卸。
14.一种能从图像形成设备上拆卸的处理盒,其包含:
显影单元,该显影单元收纳权利要求12所述的静电荷图像显影剂,并利用所述静电荷图像显影剂使在图像保持构件的表面上形成的静电荷图像显影从而形成色调剂图像。
15.一种图像形成设备,其包含:
图像保持构件;
充电单元,其对所述图像保持构件的表面充电;
静电荷图像形成单元,其在所述图像保持构件的经充电表面上形成静电荷图像;
显影单元,其收纳权利要求12所述的静电荷图像显影剂,并利用所述静电荷图像显影剂使在所述图像保持构件的表面上形成的静电荷图像显影从而形成色调剂图像;
转印单元,其将在所述图像保持构件的表面上形成的色调剂图像转印至记录介质的表面上;
清洁单元,其具有清洁所述图像保持构件表面的清洁刮片;和
定影单元,其将转印到所述记录介质表面上的所述色调剂图像定影。
16.一种图像形成方法,所述方法包括:
对所述图像保持构件的表面充电;
在所述图像保持构件的经充电表面上形成静电荷图像;
利用权利要求12所述的静电荷图像显影剂使在所述图像保持构件的表面上形成的所述静电荷图像显影从而形成色调剂图像;
将在所述图像保持构件的表面上形成的色调剂图像转印至记录介质的表面上;
通过清洁刮片清洁所述图像保持构件的表面;和
将转印至所述记录介质的表面上的所述色调剂图像定影。
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