CN107065463B - 静电荷图像显影用调色剂、静电荷图像显影剂和调色剂盒 - Google Patents

静电荷图像显影用调色剂、静电荷图像显影剂和调色剂盒 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种静电荷图像显影用调色剂,包含:调色剂;以及压缩聚集度为60%至95%且颗粒压缩比为0.20至0.40的二氧化硅颗粒。本发明还提供了一种包含静电荷图像显影用调色剂的静电荷图像显影剂以及一种容纳有静电荷图像显影用调色剂并且能够从成像装置上拆卸下来的调色剂盒。本发明的静电荷图像显影用调色剂在带电保持性方面是优异的并且当重复形成图像时,抑制感光体表面上产生成膜现象。

Description

静电荷图像显影用调色剂、静电荷图像显影剂和调色剂盒
技术领域
本发明涉及电子照相法和静电记录法中用于静电荷图像显影的静电荷图像显影用调色剂、静电荷图像显影剂和调色剂盒。
背景技术
经静电荷图像使图像信息可视化的方法(例如电子照相术)目前被用在各种领域中。电子照相术为这样一种方法:通过充电和曝光步骤在图像保持部件(感光体)的表面上将图像信息形成为静电荷图像并且随后经显影步骤(其中利用含有调色剂的显影剂在图像保持部件的表面上将图像显影为调色剂图像)、转印步骤(其中将调色剂图像转印至诸如纸之类的记录介质上);以及定影步骤(其中将调色剂图像定影至记录介质表面上)使图像可视化。在此情况下,由于在完成转印步骤后,调色剂颗粒、添加剂和放电产物残留在图像保持部件的表面上,所以通常包括在下一次成像之前的除去它们的清洁步骤。
作为除去转印残留的调色剂等的清洁单元,可以提到的方法有:单独用毛刷、磁刷等除去它们的方法,使用通过将弹性材料形成刀片状而获得的部件(清洁刮板)的方法等等。由于方便且价格低廉,通常使用后者,其中将刮板的边缘部与图像保持部件(像汽车的雨刮器)的表面接触并且用图像保持部件的旋转运动收集并刮掉残留的调色剂等。
例如,专利文献1公开了“一种成像方法,该方法使用了含有粘结剂树脂和着色剂的调色剂,并且该调色剂是通过将体均粒径为60nm至300nm的经硅油表面改性的二氧化硅颗粒和体均粒径为5nm至25nm的二氧化硅颗粒外部添加至平均圆度为0.95至1.0的着色颗粒而获得的,所述方法包括在静电潜像载体的表面上形成潜像的潜像形成步骤;利用含有调色剂的显影剂使静电潜像载体的表面上已形成的潜像显影,以形成调色剂图像的显影步骤;将静电潜像载体的表面上已形成的调色剂图像转印至转印接收部件的转印步骤;以及将已转印至转印接收部件上的调色剂图像定影的定影步骤,该方法还包括用4g/mm至6.5g/mm的按压压力将由弹性材料组成的清洁刮板按压至潜像载体的表面(该表面为将调色剂图像转印至转印接收部件的表面上之后的表面),以从静电潜像载体的表面上除去残留的调色剂的清洁步骤。”
例如,专利文献2公开了“一种调色剂,包含含有粘结剂树脂的调色剂颗粒、二氧化碳颗粒和作为外部添加剂而从外部添加至调色剂颗粒的二氧化硅颗粒,其中该二氧化钛颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为10.0nm至30.0nm,并且该二氧化碳颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为4.0nm至15.0nm。”
此外,专利文献3公开了“一种可带负电的调色剂,包含通过湿式制粒法制备的调色剂颗粒、第一疏水二氧化硅、第二疏水二氧化硅和作为外部添加剂而从外部添加至调色剂颗粒的疏水二氧化钛,其中第一疏水二氧化硅的平均一次粒径为5nm至18nm,第二疏水二氧化硅的平均一次粒径为18nm至50nm,并且具有比第一疏水二氧化硅的平均一次粒径大的平均一次粒径,疏水二氧化钛的平均一次粒径为10nm至40nm。”
[专利文献]
[专利文献1]JP-A-2007-279607
[专利文献2]JP-A-2015-125258
[专利文献3]JP-A-2003-202702
发明内容
迄今为止,当使用其中将二氧化硅颗粒添加至调色剂颗粒的表面的静电荷图像显影用调色剂(下文也称为“调色剂”)时,降低了带电保持性,并且当重复形成图像时,可能产生调色剂组分被附着至感光体的表面,从而形成膜(下文称为“成膜”)的现象。
因此,本发明提供了一种静电荷图像显影用调色剂,当与仅具有压缩聚集度(compressive agglomeration degree)小于60%或大于95%或颗粒压缩比(particlecompression ratio)小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒(其作为外部添加剂被添加至调色剂颗粒表面)的调色剂相比时,该静电荷图像显影用调色剂在带电保持性方面是优异的并且当重复形成图像时,抑制感光体表面上产生成膜现象。
此外,如上所述,现有技术已知一种静电荷图像显影用调色剂(下文也称为“调色剂”),其中将由二氧化钛颗粒等所示的体积电阻率为1.0×108Ωcm至1.0×1015Ωcm的无机氧化物颗粒和二氧化硅颗粒外部添加至调色剂颗粒。其原因是,在保持高湿度下的电荷赋予能力,同时通过使用具有中等电阻(medium resistance)的无机氧化物颗粒能够抑制低湿度下的高带电。即使在相同的高温和高湿环境下,当重复形成具有低图像密度的图像时,也降低了显影装置中的相对湿度并且还减少了新调色剂的供给,使得调色剂的高带电变得显著,因此在使用高电阻颗粒的情况下导致密度的降低。另一方面,在包含调色剂和载体的静电荷图像显影中,当从调色剂颗粒中剥离中阻颗粒并转印(附着)至载体的表面时,可以降低载体的带电能力。当通过降低载体的带电能力来降低调色剂的带电量时,可能产生成雾现象(调色剂附着至非图像区域的现象)。特别地,当在高温和高湿环境下重复形成具有高图像密度的图像时,增加了转印至载体的中阻颗粒的量并容易产生成雾现象。
因此,当与仅具有压缩聚集度小于60%或大于95%和颗粒压缩比小于0.20或大于0.40的二氧化硅颗粒(其作为外部添加剂被添加至调色剂颗粒和中阻颗粒)的调色剂相比时,本发明的优选方面提供了一种抑制产生成雾现象的静电荷图像显影用调色剂,该成雾现象是当在高温和高湿环境下重复形成具有高图像密度的图像时所产生的。
本发明具有如下构成。
[1]一种静电荷图像显影用调色剂,包含:调色剂颗粒;以及具有压缩聚集度为60%至95%的压缩聚集度和且颗粒压缩比为0.20至0.40的颗粒压缩比的二氧化硅颗粒。
[2]根据[1]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒的体均粒径为3.0μm至8.0μm。
[3]根[1]或[2]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒的平均圆当量直径为40nm至200nm。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%以上100%以下。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒为利用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行了表面处理的二氧化硅颗粒,并且该二氧化硅颗粒所具有的硅氧烷化合物的表面附着量为0.01质量%至5质量%。
[6]根据[5]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述硅氧烷化合物为硅油。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其包含体积电阻率为1.0×108Ωcm至1.0×1015Ωcm的无机氧化物颗粒。
[8]根据[7]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒的平均圆当量直径大于所述无机氧化物颗粒的平均圆当量直径。
[9]根据[7]或[8]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述无机氧化物颗粒为二氧化钛颗粒。
[10]根据[7]至[9]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述无机氧化物颗粒的平均圆当量直径为7nm至50nm。
[11]根据[1]至[10]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒包含聚酯树脂。
[12]根据[11]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)为50℃至80℃。
[13]根据[11]或[12]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的重均分子量(Mw)为5,000至1,000,000。
[14]根据[11]至[13]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的数均分子量(Mn)为2,000至100,000。
[15]根据[11]至[14]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的分子量分布Mw/Mn为1.5至100。
[16]根据[1]至[15]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒包含熔融温度为50℃至110℃的防粘剂。
[17]根据[16]所述的静电荷图像显影用调色剂,其中基于全部调色剂颗粒,所述防粘剂的含量为1质量%至20质量%。
[18]一种静电荷图像显影剂,其包含根据[1]至[17]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂。
[19]一种调色剂盒,其容纳根据[1]至[17]中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂并且可从成像装置上拆卸下来。
根据本发明,提供了一种静电荷图像显影用调色剂,当与仅具有压缩聚集度小于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(其作为外部添加剂被添加至调色剂颗粒表面)的调色剂相比时,该静电荷图像显影用调色剂在带电保持性方面是优异的,并且抑制图像保持部件(感光体)表面上产生成膜现象,当重复形成图像时可能产生该现象。
附图说明
图1为示出了根据本发明示例性实施方案的成像装置的一个例子的示意性结构图。
图2为示出了根据本发明示例性实施方案的处理盒的一个例子的示意性结构图。
具体实施方式
下文中,将对本发明的实例的示例性实施方案进行描述。
作为用于给图像保持部件充电的装置,迄今为止使用的是非接触电晕放电器,但是近年来,由于设备的小型化、节能、降低成本以及不希望的产生臭氧等原因,已经经常采用接触型(或接近型)充电机构。由BCR(偏置充电辊)所代表的接触型充电器为以下形式:金属轴覆盖有层状的半导电性弹性材料。在这种情况下,由于在辊表面与图形保持部件表面接触的地方的局部放电,从而影响充电,所以对于各个表面经常保持洁净的良好潜像形成是重要的。当在清洁能力差且在“异物”(如调色剂和外部添加剂)残留在图像保持部件的状态下进行充电步骤时,不仅抑制了均匀放电而且还容易产生来自放电的化合物(放电产物)。据认为,化合物侵入图像保持部件的表面来使之降解并变成促进异物附着的粘结剂组分。在这方面,鉴于使图像质量随着时间的推移而保持的观点,在使用接触型充电装置(例如BCR)的电子照相法中,清洁步骤的作用变得更加重要。
另一方面,在使用刮板的清洁步骤中,由于由弹性材料(弹性刮板)制成的刮板和图像保持部件表面之间的接触面的摩擦阻力大,所以难以仅在图像保持部件表面上滑动弹性刮板。因此,由于润滑成分是必需的,所以有时候通过各种方法来制备被称为润滑剂的材料。可替代地,存在这样的情况:进行功能设计使得,在当调色剂颗粒表面上给予的添加剂(外部添加剂)等在显影和转印步骤期间从调色剂颗粒的表面上分离以迁移到图像保持部件表面上,并且在弹性刮板的前端处积聚的时候(该状态被称为坝(dam)层形成),通过在弹性刮板和图像保持部件之间的接触部中夹住一部分添加剂等,以使其通过接触部,从而弹性刮板保持合适的接触状态而不会啮合。
然而,外部添加剂组分向弹性刮板接触部的供给容易随着显影和转印条件而变化。在供给不足的情况下,易于在高温和高湿条件下发生弹性刮板的“震颤”和“卷起”,其中摩擦力容易增加并且反之,易于在刮板容易硬化的低温和低湿条件下发生诸如刮板边缘的“崩裂”和“磨损”之类的损坏,使得前述坝层被破坏,由此除去残留在图像保持部件上的调色剂、外部添加剂、放电产物等的性能容易降低。
此外,不能均匀地与图像保持部件表面接触的弹性刮板可能会摩擦并将调色剂、外部添加剂、放电产物等附着至图像保持部件上,以及通过它们的积聚,易于产生“成膜”现象,使得在图像保持部件表面上形成由调色剂等的组合物构成的膜。当成膜现象发生时,涂布部件的充电和显影能力显着降低,从而在输出图像上产生条纹状或点状的图像质量缺陷。
如上所述,从设计调色剂的外部添加结构的观点来看,除了通过将添加到调色剂颗粒的功能颗粒保留在调色剂颗粒的表面上来维持固有的充电性能和存储性能之外,为了通过分离一部分功能颗粒并且在清洁部将其积聚来保证刮板的刮削性能,如何进行控制变成了一个问题。然而,作为外部添加剂,从调色剂表面适当分离的性质(流动性/附着性)和形成坝层而不从刮板前端逸出的性质(聚集性)是矛盾的性质,因此至今尚未找到满足两种性能的材料。
<静电荷图像显影用调色剂>
根据本示例性实施方案的静电荷图像显影用调色剂(下文中可称为“调色剂”)包含调色剂颗粒和外部添加剂。
外部添加剂包含压缩聚集度为60%至95%或颗粒压缩比为0.20至0.40的二氧化硅颗粒(下文中也称为“特定二氧化硅颗粒”)。
根据本发明示例性实施方案的调色剂在带电保持性方面是优异的,并且抑制了感光体表面上的成膜现象的产生,当重复形成图像时可能产生该现象。其原因据推测如下。
为了改善储存性能和流动性,期望的是作为外部添加剂的二氧化硅颗粒在调色剂颗粒之间展示出间隔物功能(缓冲功能),但是一般而言,从球形形状的观点出发,通过在显影单元中的搅动,或者在显影步骤和转印步骤等中赋予的力,二氧化硅颗粒易于聚集或埋在调色剂颗粒表面上的凹陷中,或进一步从调色剂颗粒表面上分离,以附着和扩散到感光体的表面上。
此外,存在这样的情况:通过显影从显影单元迁移到感光体的表面上的调色剂的一部分残留在感光体的表面上,而没有被转印到记录介质等。当该残留的调色剂和分离的外部添加剂组分到达清洁步骤时,它们在清洁部的前端处(在清洁刮板和感光体之间的旋转方向中,下游侧处的接触部的位置)被阻塞,以形成被按压的聚集体(下文中也称为“外部添加坝”)并用来自清洁刮板的压力来定影。外部添加坝有助于改善清洁性能,该清洁性能用于刮削和收集残余的调色剂颗粒,但是由于从调色剂颗粒中分离的二氧化硅颗粒的粒径比调色剂颗粒的粒径小,易于发生所谓的穿过,如穿过清洁刮板的前端部。据认为,当通过用清洁刮板和BCR的压力将穿过其的二氧化硅颗粒附着并定影至感光体的表面时,它们变成核并且二氧化硅颗粒和调色剂组分进一步附着至于其上,以变为成膜状态。
另一方面,在外部添加二氧化硅颗粒的调色剂中,当改变二氧化硅颗粒的外部添加结构(二氧化硅颗粒附着至调色剂颗粒的状态)时,在某些情况下降低了调色剂的流动性并降低了带电保持性。在显影单元中,通过机械搅拌应力导致的二氧化硅颗粒的嵌入,通过在调色剂颗粒上的迁移而定位,从调色剂颗粒分离等导致发生了外部添加结构的变化。
此外,在显影剂包含载体的情况下,通过由调色剂颗粒分离的外部添加剂向载体的迁移,从而抑制了载体和调色剂之间的接触带电,增加载体的表面电阻,因而改变了带电量,使得带电保持性易于降低。
由于二氧化硅颗粒通常在表面具有低附着性,所以颗粒难以彼此聚集,使得堆密度趋于降低。基于该性质,已知的是,颗粒的流动性良好,因此将二氧化硅颗粒用作调色剂的流动性改进剂。
另一方面,为了提高二氧化硅颗粒在调色剂颗粒表面的分散性和流动性,使用疏水化处理剂来改性二氧化硅颗粒的表面是已知的技术。根据该技术,提高了二氧化硅颗粒的流动性和在调色剂颗粒表面上的分散性,但是聚集性仍较低。
此外,联合使用疏水化处理剂和硅油来对二氧化硅颗粒的表面进行改性的技术也是已知。根据该技术,改善了对调色剂颗粒的附着性并且也改善了聚集性。然而,相反的是,调色剂颗粒的流动性和分散性易于降低。
即,在二氧化硅颗粒的改性中,据信,流动性、对调色剂颗粒的分散性与聚集性、对调色剂颗粒的附着性是相互矛盾。
另一方面,在二氧化硅的流动性、对调色剂颗粒的分散性、聚集性和对调色剂颗粒的附着性这四个特性中,压缩聚集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅是令人满意的。
此处,对将特定二氧化硅的压缩聚集度和颗粒压缩比控制至上述范围的重要性进行说明。
首先,描述将压缩聚集度控制在60%至95%的重要性。
压缩聚集度为示出二氧化硅颗粒的聚集性和二氧化硅颗粒对调色剂颗粒的附着性的指标。该指标表示为在压缩二氧化硅颗粒获得二氧化硅颗粒的成形体后,使该成形体下落至筛网时,二氧化硅颗粒的成形体的松散困难程度。
因此,随着压缩聚集度增加,示出了这样的一种趋势:二氧化硅颗粒的堆密度和聚集力(分子间力)易于增加,对调色剂颗粒的附着力也倾向于增加。顺便提及地,以下将描述压缩聚集度的计算方法的细节。
因此,压缩聚集度被控制在高达60%至95%的特定二氧化硅颗粒具有对调色剂颗粒的良好附着性和聚集性。然而,从使二氧化硅颗对调色剂颗粒的附着性和二氧化硅颗的聚集性良好,同时确保二氧化硅颗对调色剂颗粒的流动性和二氧化硅颗的分散性的观点来看,将压缩聚集度的上限值设定在95%。
接下来,将描述将颗粒压缩比控制在0.20至0.40的重要性。
颗粒压缩比为示出二氧化硅颗粒的流动性的指标。具体而言,通过松散表观比重(aerated apparent specific gravity)和压缩表观比重(packed apparent specificgravity)之差与压缩表观比重的比值((压缩表观比重-松散表观比重)/压缩表观比重)来表示颗粒压缩比。
因此,二氧化硅颗粒的颗粒压缩比越低,表明其流动性越高。当流动性高时,对调色剂颗粒的分散性也趋于增加。顺便提及地,以下将描述颗粒压缩比的计算方法的细节。
因此,颗粒压缩比被控制在低至0.20至0.40的特定二氧化硅颗粒具有对调色剂颗粒的良好流动性和分散性。然而,从使二氧化硅颗粒的流动性和对调色剂颗粒的分散性良好,同时改善二氧化硅颗粒对调色剂颗粒的附着性和二氧化硅颗粒的聚集性的观点来看,将颗粒压缩比的下限值设为0.20。
由上述可知,特定二氧化硅颗粒具有特定的性质,即它们容易流动且分散到调色剂颗粒中,并且对调色剂颗粒的内聚力和附着力也很高。因此,压缩聚集度和颗粒压缩比满足上述范围的特定二氧化硅颗粒变成这样的二氧化硅颗粒,该二氧化硅颗粒具有高的流动性、对调色剂的高分散性,并且还具有高聚集性,以及对调色剂颗粒的高附着性。
接下来,将描述当将特定二氧化硅颗粒从外部添加至调色剂颗粒中时的假定作用。
首先,由于特定二氧化硅颗粒具有高流动性,并且对调色剂颗粒具有高分散性,因此当它们外部添加至调色剂颗粒时,它们容易以几乎均匀的状态附着至调色剂颗粒的表面。由于特定二氧化硅颗粒对调色剂的高附着性,因此一旦它们附着至调色剂颗粒上,则即使在显影单元中通过搅拌等施加机械负荷时,它们也难以在调色剂颗粒上移动并从调色剂颗粒上分离。即,难以发生外部添加结构的变化。由此,调色剂颗粒本身的流动性增加,并且容易保持高流动性。此外,即使当在显影单元中搅拌时,防止特定二氧化硅颗粒从调色剂颗粒迁移至载体。作为结果,据认为,抑制了带电保持性的降低。
另一方面,来自清洁刮板中的压力将特定二氧化硅颗粒聚集,从而由于高聚集性,形成强固的外部添加坝,该特定二氧化硅颗粒为通过显影装置中由搅拌、混合等引起的机械负荷以及在显影/转印步骤中的静电负荷,而从调色剂颗粒上分离,并供应到清洁部的前端的特定二氧化硅颗粒。因此,即使当将特定二氧化硅颗粒从调色剂颗粒上分离,由于在清洁部它们易于压缩/聚集,所以它们难以从感光体表面逃逸,因此可以认为抑制了成膜现象的产生。
在根据本发明示例性实施方案的调色剂中,特定二氧化硅颗粒还优选具有90%至100%的颗粒分散度。
此处,描述了特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度在90%至100%的的重要性。
颗粒分散度为示出二氧化硅颗粒的分散性的指标。该指标通过在一次颗粒状态下二氧化硅颗粒对调色剂颗粒的易分散程度来表示。具体而言,当将具有二氧化硅颗粒的调色剂颗粒表面的计算的被覆率取为C0并将实际测量的被覆率取为C时,颗粒分散度通过待附着对象的实际测量的被覆率C与计算的被覆率C0的比值(实际测量的被覆率C/计算的被覆率C0)来表示。
因此,较高的颗粒分散度表示二氧化硅颗粒在一次颗粒状态下难以聚集并且容易分散至调色剂颗粒中。顺便提及地,以下将描述颗粒分散度的计算方法的细节。
当在将压缩聚集度和颗粒压缩比控制在上述范围的同时将颗粒分散度控制在高达90%至100%时,特定二氧化硅颗粒对调色剂颗粒的分散性变得更加令人满意。由此,进一步提高了调色剂颗粒本身的流动性并且容易保持高流动性。作为结果,特定二氧化硅颗粒进一步易于以几乎均匀的状态附着至调色剂颗粒的表面,并且易于抑制带电保持性的降低。
在根据本示例性实施方案的调色剂中,由于如上所述特定二氧化硅颗粒具有这样的性质,即,具有高的流动性和对于调色剂颗粒的高分散性,而且还有高聚集性和对于调色剂颗粒的高附着性,所以适合提及表面附着有重均分子量相对高的硅氧烷化合物的二氧化硅颗粒。具体而言,适合提及这样的二氧化硅颗粒,其中粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物附着于表面上(优选以0.01质量%(重量%)至5质量%(重量%)的表面附着量附着)。特定二氧化硅颗粒为(例如)通过这一方法获得的,使用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物处理二氧化硅颗粒的表面,使得表面附着量为0.01质量%至5质量%。
此处,表面附着量为相对于二氧化硅颗粒的表面进行表面处理前的二氧化硅颗粒(未经处理的二氧化硅颗粒)的比例。下文中,表面处理前的二氧化硅颗粒(即,未经处理的二氧化硅颗粒)也被简称为“二氧化硅颗粒”。
在通过利用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物进行处理二氧化硅颗粒的表面,以使表面附着量为0.01质量%至5质量%的特定二氧化硅颗粒中,增强了流动性和对调色剂颗粒的分散性并且也增强了聚集性和对调色剂颗粒的附着性,因此容易满足压缩聚集度和颗粒压缩比的上述要求。同样,容易抑制带电保持性的降低和感光体表面上的成膜现象的产生。其原因并不清楚,但认为是以下原因。
当具有相对高粘度(粘度在上述范围内)的硅氧烷化合物以上述范围内的较少的量附着至二氧化硅颗粒表面时,展示出来自二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的性质的功能。虽然其机理尚未明确,但是当二氧化硅颗粒流动时,由于具有相对高粘度的硅氧烷化合物以上述范围内的较少的量附着这一事实,易于展示出来自硅氧烷化合物的防粘特性,或者通过降低由于硅氧烷化合物的空间位阻所产生的颗粒间力,从而使二氧化硅颗粒相互之间的附着性降低。由此,进一步增强了二氧化硅颗粒的流动性和对调色剂颗粒的分散性。
另一方面,当对二氧化硅颗粒加压时,二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的长分子链缠结,从而增强了二氧化硅颗粒的紧密填充能力,并且增强了二氧化硅颗粒的聚集。据认为,当二氧化硅颗粒流化时,由硅氧烷化合物的长分子链的缠绕引起的二氧化硅颗粒的凝集力解除。除此之外,通过二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的长分子链也提高了对调色剂颗粒的附着力。
由上可知,在特定二氧化硅颗粒(其中粘度在上述范围内的硅氧烷化合物以上述范围内的少量附着至二氧化硅颗粒表面)中,易于满足压缩聚集度和颗粒压缩比的上述要求并且也易于满足颗粒分散度的上述要求。
下文中,将详细描述调色剂的构成。
(调色剂颗粒)
调色剂颗粒至少包含粘结剂树脂。根据需要,调色剂颗粒可以包含着色剂、防粘剂和其他添加剂等。
粘结剂树脂的例子包括由各个聚合性单体的均聚物构成的乙烯树脂,这些单体包括:苯乙烯基聚合性单体(例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯等)、(甲基)丙烯酸聚合性单体(例如,(甲基)丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂基酯、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、甲基丙烯酸月桂基酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯等)、烯键式不饱和腈基聚合性单体(例如,丙烯腈、甲基丙烯腈等)、乙烯基醚类聚合性单体(例如,乙烯基甲基醚、乙烯基异丁基醚等)、乙烯基酮类聚合性单体(例如,乙烯基甲基酮、乙烯基乙基酮、乙烯基异丙烯基酮等)、烯烃类聚合性单体(例如,乙烯、丙烯、丁二烯等)、或通过将上述两种或多种的聚合性单体组合而获得的各个共聚物构成的乙烯树脂。
此外,粘结剂树脂的例子还包括非乙烯树脂(如环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、纤维素树脂、聚醚树脂和改性松香)、这些非乙烯基树脂和上述乙烯树脂的混合物、或通过在上述树脂或混合物的存在下聚合乙烯单体而获得的接枝聚合物。
可以单独使用粘结剂树脂,或者可以将两种以上组合使用。
当然,聚酯树脂是合适的。
作为聚酯树脂,例如,可以举出公知的聚酯树脂。
聚酯树脂的例子包括多元羧酸与多元醇的缩聚物。可以将市售产品或合成产品用作该聚酯树脂。
多元羧酸的例子包括:脂肪族二羧酸(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)、脂环族二羧酸(例如环己烷二羧酸)、芳香族二羧酸(例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸和萘二甲酸)、它们的酸酐、或者它们的低级烷基酯(例如具有1至5个碳原子)。其中,例如,优选将芳香族二元羧酸用作多元羧酸。
作为多元羧酸,可将提供了交联结构或分支结构的三元或更多元的羧酸与二元羧酸一起组合使用。三元或更多元的羧酸的例子包括偏苯三酸、均苯四酸、它们的酸酐、或者它们的低级烷基酯(例如具有1至5个碳原子)。
多元羧酸可以单独使用,或者可以将两种或更多种组合使用。
多元醇的例子包括脂肪族二醇(例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇和新戊二醇)、脂环族二醇(例如环己二醇、环己烷二甲醇和氢化双酚A)、以及芳香族二醇(例如双酚A的环氧乙烷加合物和双酚A的环氧丙烷加合物)。其中,作为多元醇,优选为(例如)芳香族二醇和脂环族二醇,并且更优选为芳香族二醇。
作为多元醇,可将提供了交联结构或分支结构的三元或更多元的醇与二元醇一起组合使用。三元或更多元的醇的例子包括甘油、三羟甲基丙烷和季戊四醇。
多元醇可以单独使用、或者可以将两种或更多种组合使用。
聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为50℃至80℃,更优选为50℃至65℃。
顺带提及,玻璃化转变温度是由通过差示扫描量热法(DSC)得到的DSC曲线确定的,并且更具体而言,玻璃化转变温度是由JIS K7121-1987的“塑料的转变温度测量方法”中的确定玻璃化转变温度的方法中所公开的“外推玻璃化转变的起始温度”确定的。
聚酯树脂的重均分子量(Mw)优选为5,000至1,000,000,更优选为7,000至500,000。
非晶形聚酯树脂的数均分子量(Mn)优选为2,000至100,000。
非晶形聚酯树脂的分子量分布Mw/Mn优选为1.5至100,并且更优选为2至60。
顺带提及,通过凝胶渗透色谱法(GPC)来测定重均分子量和数均分子量。利用GPC的分子量测量是使用由Tosoh株式会社制造的GPC·HLC-8120GPC作为测量装置并且使用由Tosoh株式会社制造的柱子TSKgel Super HM-M(15cm),使用THF溶剂进行的。利用由单分散聚苯乙烯标样绘制的分子量校正曲线,由上述测量结果计算重均分子量和数均分子量。
通过公知的制备方法来获得聚酯树脂。具体而言,通过如下方法获得聚酯树脂,其中将聚合温度设定为(例如)180℃至230℃,如果需要的话在减压的反应体系中,在除去缩合过程中产生的水或醇的同时进行反应的方法。
顺带提及,在原料单体在反应温度下不溶解或不相容的情况下,可以添加高沸点溶剂作为增溶剂使单体溶解。在这种情况下,在蒸发掉增溶剂的同时进行缩聚反应。当共聚反应中存在相容性较差的单体时,可以预先使相溶性差的单体和将与该单体缩聚的酸或醇进行缩聚,然后再与主成分缩聚。
此外,作为粘结剂树脂,苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂也是优选的。
苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂为通过至少使苯乙烯基聚合性单体(具有苯乙烯骨架的聚合性单体)和(甲基)丙烯酸聚合性单体(具有(甲基)丙烯酸骨架的聚合性单体)共聚而获得的共聚物。
顺带提及,“(甲基)丙烯酸”为包括“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”这两者的表述。
苯乙烯基聚合性单体的例子包括:苯乙烯、烷基取代的苯乙烯(例如,α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、2-乙基苯乙烯、3-乙基苯乙烯、4-乙基苯乙烯等)、卤素取代的苯乙烯(例如、2-氯苯乙烯、3-氯苯乙烯、4-氯苯乙烯等)、乙烯基萘、等等。这些苯乙烯基单体可单独使用,或者可以将两种或更多种组合使用。
其中,从易于反应、易于控制反应和易获得性的角度来看,优选将苯乙烯作为苯乙烯基单体。
(甲基)丙烯酸聚合性单体的例子包括(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯。(甲基)丙烯酸酯的例子包括(甲基)丙烯酸烷基酯(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)丙烯酸正辛酯、(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、(甲基)丙烯酸正十四烷基酯、(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、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、或(甲基)丙烯酸叔丁基环己酯)、(甲基)丙烯酸芳基酯(例如,(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸联苯酯、(甲基)丙烯酸二苯基乙酯、(甲基)丙烯酸叔丁基苯酯和(甲基)丙烯酸三联苯酯)、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸β-羧基乙酯和(甲基)丙烯酰胺。(甲基)丙烯酸聚合性单体可单独使用、或者可以将两种或多种组合使用。
苯乙烯基聚合性单体和(甲基)丙烯酸聚合性单体的共聚比(苯乙烯基聚合性单体/(甲基)丙烯酸聚合性单体,以重量计)可以根据想要的热性能(例如,玻璃化转变温度)来控制并且优选(例如)为85/15至70/30。
苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂可以具有交联结构。作为具有交联结构的苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂,例如,可使用通过至少使苯乙烯基聚合性单体、(甲基)丙烯酸聚合性单体以及交联单体共聚,随后通过部分交联而获得的交联材料。
交联单体的例子包括双官能或更高官能的交联剂。双官能交联剂的例子包括二乙烯基苯、二乙烯基萘、二(甲基)丙烯酸酯化合物(例如,二(甲基)丙烯酸二乙二醇酯、亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、二丙烯酸癸二醇酯、或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯)、聚酯型二(甲基)丙烯酸酯、以及2-([1'-甲基丙烯基氨基]羧氨基)乙基甲基丙烯酸酯。
多官能交联剂的例子包括三(甲基)丙烯酸酯化合物(例如,季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯等)、四(甲基)丙烯酸酯化合物(例如,四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、低聚酯(甲基)丙烯酸酯等)、2,2-双(4-甲基丙烯酰氧基,聚乙氧基苯基)丙烷、邻苯二甲酸二烯丙基酯、氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯(triallyl asocyanurate)、异氰脲酸三烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯和二芳基氯菌酸酯。
交联单体相对于全部单体的共聚比(交联单体/全部单体,以质量计)适合为(例如)2/1000至30/1000。
考虑到定影性,例如,苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂的玻璃化转变温度(Tg)适合为(例如)50℃至75℃、优选为55℃至65℃、更优选为57℃至60℃。
考虑到储存稳定性,例如,苯乙烯-(甲基)丙烯酸树脂的的重均分子量(例如)适合为30,000至200,000,优选为40,000至100,000,更优选为50,000至80,000。
考虑到功能显示,相对于全部调色剂颗粒,粘结剂树脂的含量优选为(例如)40质量%至95质量%,更优选为50质量%至90质量%,甚至更优选为60质量%至85质量%。顺带提及,在不使用着色剂形成所谓的透明调色剂的情况中,含量优选为70质量%至90质量%。
-着色剂-
着色剂的例子包括各种颜料,如炭黑、铬黄、汉撒黄(Hansa yellow)、联苯胺黄、还原黄(threne yellow)、喹啉黄、颜料黄、永固橙GTR、吡唑啉酮橙、伏尔甘橙(vulcanorange)、万赤洋红色(watchung red)、永固红、亮胭脂红3B(brilliant carmine 3B)、亮胭脂红6B(brilliant carmine 6B)、杜邦油红(DuPont oil red)、吡唑啉酮红、立索红、若丹明B色淀、色淀红C、颜料红、玫瑰红、苯胺蓝、群青蓝、铜油蓝(calco oil blue)、氯化亚甲基蓝(methylene blue chloride)、酞菁蓝、颜料蓝、酞菁绿和孔雀绿草酸盐;以及各种染料,例如吖啶染料、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、靛青染料、酞菁染料、苯胺黑染料、聚甲川染料、三苯甲烷染料、二苯甲烷染料以及噻唑染料。
这些着色剂可以单独使用、或者可以将两种或多种组合使用。此外,着色剂可以不必使用并且根据用途可以不使用。
如果需要的话,可以对着色剂进行表面处理,或者与分散剂组合使用。可以将多种着色剂组合使用。
相对于全部调色剂颗粒,着色剂的含量优选为(例如)0质量%至30质量%,并且更优选为3质量%至15质量%。
-防粘剂-
防粘剂的例子包括:烃基蜡;天然蜡如巴西棕榈蜡、米糠蜡和小烛树蜡;合成蜡或矿物/石油基蜡如费托(Fischer Tropsch)蜡、褐煤蜡;以及酯蜡,如脂肪酸酯蜡和褐煤酸酯蜡。防粘剂并不局限于此。
防粘剂的熔融温度优选为50℃至110℃,更优选为60℃至100℃。
顺带提及,通过差式扫描量热法(DSC)得到的DSC曲线,由在JIS K-7121-1987“塑料的转变温度测量方法”中获得熔融温度的方法中所描述的“熔融峰值温度”来获得熔融温度。
相对于全部调色剂颗粒,防粘剂的含量优选为(例如)优选为1质量%至20质量%,更优选为5质量%至15质量%。
-其他添加剂-
其他添加剂的例子包括公知的添加剂,例如磁性材料、电荷控制剂和无机粉末。调色剂颗粒包含这些添加剂作为内部添加剂。
-调色剂颗粒的特性等-
调色剂颗粒可以为具有单层结构的调色剂颗粒,或者具有所谓的核/壳结构的调色剂颗粒,该核/壳结构由核(核颗粒)和被覆所述核的覆层(壳层)构成。
此处,具有核/壳结构的调色剂颗粒优选由这样的核和覆层形成:例如,所述核包含粘结剂树脂、以及根据需要的其他添加剂(如着色剂和防粘剂);所述覆层包含粘结剂树脂。
调色剂颗粒的体均粒径(D50v)优选为2μm至10μm,更优选为3μm至8μm。
使用Coulter Multisizer II(由Beckman Coulter公司制造)并且使用ISOTON-II(由Beckman Coulter.公司制造)作为电解液,来测量调色剂颗粒的各种平均粒径和各种粒度分布指数。
在测量中,将0.5mg至50mg的测量用样品添加到作为分散剂的2ml 5%的表面活性剂(优选烷基苯磺酸钠)的水溶液中。将所获得的材料添加到100ml至150ml的电解液中。
使用超声波分散器对悬浮有样品的电解液进行分散处理1分钟,并且利用孔径为100μm的孔,通过Coulter Multisizer II对粒径为2μm至60μm的颗粒的粒度分布进行测量。顺带提及,取样的颗粒数量为50,000。
在基于所测得的粒度分布而划分的粒径范围(通道)中,从最小直径一侧开始绘制体积和数量的累积分布。将累积百分数为16%的粒径定义为对应的体均粒径D16v和数均粒径D16p,然而将累积百分数为50%的粒径定义为对应的体均粒径D50v和数均粒径D50p。此外,将累积百分数为84%的粒径定义为对应的体均粒径D84v和数均粒径D84p。
使用这些定义,体均粒度分布指数(GSDv)计算为(D84v/D16v)1/2,而将数均粒度分布指数(GSDp)计算为(D84p/D16p)1/2
调色剂颗粒的平均圆度优选为0.94至1.00,并且更优选为0.95至0.98。
通过(当量圆周长)/(周长)[(具有与颗粒图像相同投影面积的圆的周长)/(颗粒投影图像的周长)]来确定调色剂颗粒的平均圆度。具体而言,其是通过以下方法测定的值。
首先,在将成为测定对象的调色剂(显影剂)分散在含有表面活性剂的水中之后,进行超声处理以获得除去外部添加剂的调色剂颗粒。在吸滤下收集得到的调色剂颗粒以形成扁平的流,通过瞬时频闪发光来捕获颗粒图像作为静态图像,并在图像分析颗粒图像的流式颗粒图像分析仪(由Sysmex Corporation制造FPIA-2100)上确定平均圆度。在确定平均圆度时的取样数为3500。
(外部添加剂)
外部添加剂包含特定二氧化硅颗粒。该外部添加剂可包含除了特定二氧化硅颗粒之外的其他外部添加剂。即,调色剂颗粒可以仅外部添加有特定二氧化硅颗粒或可以外部添加有特定二氧化硅颗粒和其他外部添加剂。
[特定二氧化硅颗粒]
-压缩聚集度-
特定二氧化硅颗粒的压缩聚集度为60%至95%,但是从使特定二氧化硅颗粒的聚集性和对调色剂颗粒的附着性良好,同时确保特定二氧化硅颗粒的流动性和相对于调色剂颗粒的分散性的观点来看(即,从带电保持性和抑制感光体上产生成膜现象的观点来看),优选为65%至95%,更优选为70%至95%。
通过以下方法计算压缩聚集度。
将6.0g的特定二氧化硅颗粒装入到直径为6cm的盘形模具中。接着,使用压缩成型机(由Maekawa Testing Machine MFG.Co.,Ltd.制造),在5.0t/cm2的压力下将模具压缩60秒,从而获得盘形特定二氧化硅颗粒的压缩盘状成型体(以下,称为“下落前成型体”)。然后,测量下落前成型体的质量。
接着,将下落前成型体放置在网孔为600μm的筛网上,并利用振动筛分机(由Tsutsui Scientific Instruments Co.制造,产品编号:VIBRATING MVB-1),在1mm振幅和1分钟的振动时间的条件下使下落前的成型体下落。由此,使特定二氧化硅颗粒通过筛网从下落前成型体中下落,并且特定二氧化硅颗粒的成型体保留在筛网上。此后,对剩余的特定二氧化硅颗粒成型体(以下,称为“下落后成型体”)的质量进行测量。
利用以下式(1),由下落后成型体的质量与下落前成型体的质量之比计算压缩聚集度。
-式(1):压缩聚集度=(下落后成型体的质量/下落前成型体的质量)×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,但是从使特定二氧化硅颗粒的聚集性和对调色剂颗粒的附着性良好,同时确保特定二氧化硅颗粒的流动性和相对于调色剂颗粒的分散性的观点来看(即,从带电保持性和抑制感光体上产生成膜现象的观点来看),优选为0.24至0.38,并且更优选为0.28至0.36。
通过以下方法计算颗粒压缩比。
使用粉末测试仪(由Hosokawa Micron公司制造,产品编号:PT-S型)测定树脂颗粒的松散表观比重和压缩表观比重。然后,使用以下式(2),通过二氧化硅颗粒的压缩表观比重和松散表观比重之差与压缩表观比重之比,计算颗粒压缩比。
-式(2):颗粒压缩比=((压缩表观比重)-(松散表观比重))/(压缩表观比重)
顺带提及,“松散表观比重”是通过将二氧化硅颗粒填充容积为100cm3的容器,并将其称重而推导的测量值,并且“松散表观比重”是指特定二氧化硅颗粒自然下落到容器中的状态下的填充比重。“压缩表观比重”是这样的表观比重,即从松散表观比重的状态下,在18mm的冲击长度和50次/分钟的敲击速度下,反复向容积的底部施加冲击(敲击)180次,从而使特定二氧化硅颗粒重排且更致密填充于容器以进行脱气而获得的表观比重。
-颗粒分散度-
从进一步提高特定二氧化硅颗粒对于调色剂颗粒的分散性(即,从带电保持性的观点来看)的观点来看,特定二氧化硅颗粒的颗粒分散度优选为90%至100%,更优选为95%至100%,并且进一步优选为100%。
颗粒分散度是调色剂颗粒上的实际测量的被覆率C与计算的被覆率Co之间的比值,并且该值通过利用以下式(3)来计算。
-式(3):颗粒分散度=实际测量的被覆率C/计算的被覆率Co
在此,当采用dt(m)表示调色剂颗粒的体均粒径,由da(m)表示特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径,由ρt表示调色剂颗粒的比重,由ρa表示特定二氧化硅颗粒的比重,由Wt(kg)表示调色剂颗粒的重量,并由Wa(kg)表示特定二氧化硅颗粒的添加量时,可以通过以下式(3-1)来计算调色剂颗粒表面上的特定二氧化硅颗粒的计算的被覆率C0
-式(3-1):计算的被覆率C0=√3/(2π)×(ρt/ρa)×(dt/da)×(Wa/Wt)×100(%)
调色剂颗粒表面上的特定二氧化硅颗粒的实际测量的被覆率C能够通过以下方式算出:利用X射线光电子能谱仪(XPS)(“JPS-9000MX”,由JEOL Ltd.制造),分别对于单独的调色剂颗粒、单独的特定二氧化硅颗粒以及被覆(附着于)调色剂颗粒的特定二氧化硅颗粒,对源自特定二氧化硅颗粒的硅原子的信号强度进行测定,并根据以下式(3-2)来计算。
-式(3-2):实际测量的被覆率C=(z-x)/(y-x)×100(%)
(在式(3-2)中,x表示相对于单独的调色剂颗粒,源自特定二氧化硅颗粒的硅原子的信号强度,y表示相对于单独的特定二氧化硅颗粒,源自特定二氧化硅颗粒的硅原子的信号强度,z表示相对于被覆(附着)有特定二氧化硅颗粒的调色剂颗粒,源自特定二氧化硅颗粒的硅原子的信号强度)
-平均圆当量直径-
从改善流动性、相对于调色剂颗粒的分散性、聚集性以及相对于调色剂颗粒的附着性的观点来看(特别是从保持带电性和抑制感光体表面上产生成膜现象的观点来看),特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径优选为40nm至200nm,更优选为50nm至180nm,进一步优选为60nm至160nm。
关于特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径D50,在扫描电子显微镜SEM(扫描电子显微镜)装置(由Hitachi公司制造的S-4100)下观察在将特定二氧化硅颗粒外部添加至调色剂颗粒后的一次颗粒,并将图像拍照。然后,将该图像捕获至图像分析器(LUZEX III,由NIRECO Corporation制造)中,通过一次颗粒的图像分析测定各颗粒的面积,并由这些面积值计算圆当量直径。在得到的圆当量直径的基于体积的累积频率中,将累积频率为50%的50%直径(D50)定义为特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径D50。顺带提及,控制电子显微镜的放大倍数使得在1个视野中可观察约10个至约50个特定二氧化硅颗粒,并总结多个视野中的观察结果来确定一次颗粒的当量圆直径。
顺带提及,当相对于调色剂颗粒,特定二氧化硅颗粒过大时,特定二氧化硅颗粒难以附着至调色剂上并且存在这样的趋势:特定二氧化硅颗粒易于从调色剂颗粒上分离。另一方面,当相对于调色剂颗粒,特定二氧化硅颗粒过小时,作为外部添加剂的隔离物功能趋于降低。从使特定二氧化硅颗粒易于附着至调色剂上,以及作为外部添加剂的特定二氧化硅颗粒呈现出隔离物功能且难以从调色剂颗粒上分离的观点来看,特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径与调色剂颗粒的体均粒径的比值(特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径/调色剂颗粒的体均粒径)优选为0.005至0.05,并且更优选为0.005至0.04。
-平均圆度-
特定二氧化硅颗粒的形状可以是球形形状或各种各样的形状,但是从改善特定二氧化硅颗粒中的流动性、相对于调色剂颗粒的分散性、聚集性以及相对于调色剂颗粒的附着性的观点来看(特别是从带电保持性和抑制感光体表面上产生成膜现象的观点来看),特定二氧化硅颗粒的平均圆度优选为0.85至0.98,更优选为0.90至0.98,进一步优选为0.93至0.98。
通过以下方法来测定特定二氧化硅颗粒的平均圆度。
首先,在SEM装置上,观察将二氧化硅颗粒外部添加至调色剂颗粒后的一次颗粒并根据下式,从获得的一次颗粒的成像平面图像分析来计算得到的特定二氧化硅颗粒的平均圆度为“100/SF2”。
-式:圆度(100/SF2)=4π×(A/I2)
其中I表示图像上的一次颗粒的周长,并且A表示一次颗粒的投影面积。
在通过以上平面图像分析获得的100个一次颗粒的圆度的累积频率中,以50%圆度的形式得到特定二氧化硅颗粒的平均圆度。
在此,将对测量特定二氧化硅颗粒的各个特征(压缩聚集度、颗粒压缩比、颗粒分散度和平均圆度)的方法进行说明。
首先,按照以下方式从调色剂中分离出外部添加剂(特定二氧化硅颗粒)。将调色剂装入甲醇中并通过搅拌充分混合。然后,通过在超声浴型分散器中处理,使特定二氧化硅颗粒从调色剂表面上剥离,处理后,通过离心使调色剂组分沉淀。仅收集含有特定二氧化硅颗粒(分散于甲醇上清液中)的甲醇上清液,由此,能够仅仅通过蒸馏掉甲醇而获得特定二氧化硅颗粒。
然后,使用分离的特定二氧化硅颗粒对上述各个特征进行测定。
以下,将对特定二氧化硅颗粒的构成进行详细说明。
-特定二氧化硅颗粒-
特定二氧化硅颗粒是由二氧化硅(即,SiO2)作为主要成分组成的颗粒,并且其可以处于结晶态或非晶态。特定二氧化硅颗粒可以是使用硅化合物(如水玻璃或烷氧基硅烷)作为原料而制备的颗粒,或者它们可以是通过粉碎石英而获得的颗粒。
具体而言,特定二氧化硅颗粒包括由溶胶-凝胶法制备的二氧化硅颗粒(溶胶-凝胶二氧化硅颗粒)、水性胶体二氧化硅颗粒、醇类二氧化硅颗粒、由气相方法得到的热解二氧化硅颗粒和熔融二氧化硅颗粒。在这些二氧化硅颗粒中,溶胶-凝胶二氧化硅颗粒是优选的。
-表面处理-
为了将特定二氧化硅颗粒的压缩聚集度、颗粒压缩比和颗粒分散度控制在上述特定范围内,优选利用硅氧烷化合物对特定二氧化硅颗粒进行表面处理。
作为表面处理的方法,优选的是利用超临界二氧化碳,在超临界二氧化碳中对特定二氧化硅颗粒的表面进行表面处理。顺带提及,以下将描述表面处理的方法。
-硅氧烷化合物-
对于硅氧烷化合物没有特别限制,只要在分子结构内具有硅氧烷骨架即可。
硅氧烷化合物的例子包括硅油或有机硅树脂。在这些化合物中,从能够以几乎均匀的状态对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的观点来看,优选硅油。
硅油的例子包括二甲基硅油、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、甲基丙烯酰基改性硅油、巯基改性硅油、苯酚改性硅油、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、氟改性硅油、等等。在这些硅油中,优选的是二甲基硅油、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者将两种以上组合使用。
-粘度-
从改善特定二氧化硅颗粒的流动性、相对于调色剂颗粒的分散性、聚集性以及对调色剂颗粒的附着性的观点来看(特别是从带电保持性和抑制感光体表面上产生成膜现象的观点来看),硅氧烷化合物的粘度(动力粘度)优选为1,000cSt到50,000cSt,更优选为2,000cSt到30,000cSt,进一步优选为3,000cSt到10,000cSt。
通过以下方法确定硅氧烷化合物的粘度。将甲苯添加到特定二氧化硅颗粒中,然在超声分散设备中使其分散30分钟。此后,收集上清液。在此情况下,形成含有浓度为1g/100ml的硅氧烷化合物的甲苯溶液。根据下式(A)确定此时的比粘度[ηsp](25℃)。
-式(A):ηsp=(η/η0)–1
0:甲苯粘度、η:溶液粘度)
接着,将比粘度[ηsp]代入由以下式(B)表示的Huggins关系式中,从而确定固有粘度[η]。
-式(B):ηsp=[η]+K’[η]2
(K’:Huggins常数、K’=0.3(适用η=1至3时))
接着,将固有粘度[η]代入由下式(C)表示的A.Kolorlov式中,从而确定分子量M。
-式(C):[η]=0.215×10-4M0.65
将分子量M代入由下式(D)表示的A.J.Barry式中,从而确定硅氧烷粘度[η]。
-式(D):logη=1.00+0.0123M0.5
-表面附着量-
从改善特定二氧化硅颗粒中的流动性、相对于调色剂颗粒的分散性、聚集性以及对调色剂颗粒的附着性的观点来看(特别是从带电保持性和抑制感光体表面上产生成膜现象的观点来看),基于二氧化硅颗粒(进行表面处理前的二氧化硅颗粒),附着于特定二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的表面附着量优选为0.01质量%至5质量%,更优选0.05质量%至3质量%,进一步优选为0.10质量%至2质量%。
通过以下方法测定表面附着量。
将特定二氧化硅颗粒(100mg)分散在1ml的氯仿中,并向其中添加1μL的作为内标液的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)后,在超声清洗机中进行超声处理30分钟,并将硅氧烷化合物萃取到氯仿溶剂中。此后,在JNM-AL400型核磁共振装置(由JEOL Ltd.DATUM制造)上进行氢核光谱测定,并且由硅氧烷化合物衍生的峰面积与DMF衍生的峰面积之比得到硅氧烷化合物的量。然后,由硅氧烷化合物的量得到表面附着量。
在此,优选的是利用粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物对特定二氧化硅颗粒进行表面处理,并且二氧化硅颗粒表面上的硅氧烷化合物的表面附着量为0.01质量%至5质量%。
当满足上述要求时,易于获得这样的特定二氧化硅颗粒,其不仅具有良好的流动性和相对于调色剂颗粒的分散性,而且还呈现改进的聚集性和对于调色剂颗粒的附着性。
-外部添加量-
从带电保持性和抑制感光体表面上产生成膜现象的观点来看,特定二氧化硅颗粒的外部添加量(含量)优选为0.1质量%至6.0质量%,更优选为0.2质量%至4.0质量%,进一步优选为0.3质量%至3.0质量%。
[特定二氧化硅颗粒的制备方法]
利用粘度为1,000cSt至50,000的硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理,使得二氧化硅颗粒表面的硅氧烷化合物的表面附着量达到0.01质量%至5质量%,从而获得了特定二氧化硅颗粒。
根据该特定二氧化硅颗粒的制备方法,可以得到这样的二氧化硅颗粒,其不仅具有良好的流动性和对于调色剂颗粒的分散性,而且还呈现改进的聚集性和对于调色剂颗粒的附着性。
作为表面处理方法,可以提及这样的方法:在超临界二氧化碳中,利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的方法,以及在空气中,利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的方法。
作为表面处理方法,可以(例如)提及:利用超临界二氧化碳使硅氧烷化合物溶解于超临界二氧化碳中并使硅氧烷化合物附着于二氧化硅颗粒表面上的方法;通过在空气中,将包含硅氧烷化合物和能溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液施加(例如,喷涂或涂布)到二氧化硅颗粒的表面,从而使硅氧烷化合物附着于二氧化硅颗粒表面上的方法;以及向二氧化硅颗粒分散液中添加包含硅氧烷化合物和能溶解硅氧烷化合物的溶剂的溶液,原样保持,随后在空气中干燥二氧化硅颗粒分散液和上述溶液的混合溶液的方法。
在这些表面处理方法中,优选的是利用超临界二氧化碳将硅氧烷化合物附着到二氧化硅颗粒表面的方法。
当在超临界二氧化碳中进行表面处理时,获得这样一种状态,其中硅氧烷化合物溶解于超临界二氧化碳中。由于超临界二氧化碳具有低界面张力的特性,所以认为以溶解于超临界二氧化碳中的状态存在的硅氧烷化合物易于与超临界二氧化碳一起扩散并到达二氧化硅颗粒表面的孔部的深部,由此认为不仅二氧化硅颗粒的表面受到硅氧烷化合物的表面处理,而且表面处理也延伸到了二氧化硅颗粒表面的孔部的深端。
因此,据认为在超临界二氧化碳中,利用硅氧烷化合物进行表面处理的二氧化硅颗粒是这样的二氧化硅颗粒,其表面经硅氧烷化合物以几乎均匀的状态(例如,以薄膜形式形成表面处理层的状态)进行了处理。
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,使用疏水化处理剂与硅氧烷化合物一起进行对二氧化硅颗粒的表面赋予疏水性的表面处理。
在这种情况下,获得这样一种状态,其中疏水化处理剂和硅氧烷化合物一起溶解在超临界二氧化碳中。据认为以溶解于超临界二氧化碳中的状态存在的硅氧烷化合物和疏水化处理剂与超临界二氧化碳一起易于扩散到达二氧化硅颗粒表面上的孔部的深部,因而据认为不仅二氧化硅的表面受到硅氧烷化合物和疏水化处理剂的表面处理,而且孔部的深端也受到了硅氧烷化合物和疏水化处理剂的表面处理。
作为结果,在超临界二氧化碳中经过硅氧烷化合物和疏水化处理剂进行表面处理的二氧化硅颗粒中,其表面以几乎均匀的状态受到硅氧烷化合物和疏水化处理剂的处理,而且还容易获得高的疏水性。
另外,在特定二氧化硅颗粒的制备方法中,超临界二氧化碳可以用在二氧化硅颗粒的其他制备步骤(例如,溶剂除去步骤等)中。
作为在其他制备步骤中利用超临界二氧化碳制备特定二氧化硅颗粒的方法,例如可以提及具有以下步骤的二氧化硅颗粒制备方法:通过溶胶凝胶法准备包含二氧化硅颗粒和包含醇和水的溶剂的二氧化硅颗粒分散液的步骤(以下,称为“分散液准备步骤”);使超临界二氧化碳流通,由此从二氧化硅颗粒分散液中除去溶剂的步骤(以下,称为“溶剂除去步骤”);以及在超临界二氧化碳中,利用硅氧烷化合物对除去溶剂后的二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的步骤(以下,称为“表面处理步骤”)。
当利用超临界二氧化碳进行从二氧化硅颗粒分散液中除去溶剂时,能够易于抑制粗粉的产生。
尽管原因尚未明确,但是据认为原因为以下几点:1)在从二氧化硅颗粒分散液中除去溶剂的情况下,由于超临界二氧化碳中的“表面张力不作用”的性质,因此据认为可以在没有由除去溶剂时的液体交联力引起的颗粒间的聚集下除去溶剂,2)由于超临界二氧化碳的性质(其为在等于或高于临界点的温度和压力的状态下的二氧化碳,并且其具有气体的扩散性和液体的溶解性这两者),因此溶剂与超临界二氧化碳高效接触并且在相对较低的温度(例如250℃以下)下溶解于其中,据认为通过去除溶解有溶剂的超临界二氧化碳使得能够去除二氧化硅颗粒分散液中的溶剂,而没有通过硅烷醇基团的缩合而形成二次聚集体等的粗粉。
在此,溶剂除去步骤和表面处理步骤可分别进行,但优选连续地进行(即,在步骤没有向大气压开放的状态下进行各步骤)。当连续进行这些步骤时,在溶剂除去步骤之后,二氧化硅颗粒没有机会吸附水分,由此能够在抑制二氧化硅颗粒吸附过量水分的状态下进行表面处理步骤。由此,不是必须使用大量的硅氧烷化合物,以及在高温进行过度加热的条件下进行溶剂除去步骤和表面处理步骤。作为结果,容易更有效地抑制粗粉的产生。
下文中,将基于各步骤对特定二氧化硅颗粒的制备方法进行详细说明。
顺带提及,特定二氧化硅颗粒的制备方法不限于此,而是可以(例如)根据1)其中超临界二氧化碳仅用于表面处理步骤中的实施方案,或者2)其中独立地进行各步骤的实施方案等来完成。
下文中,将对各步骤进行详细描述。
-分散液准备步骤-
在分散液准备步骤中,例如准备了包含二氧化硅颗粒和含有醇和水的溶剂的二氧化硅颗粒分散液。
具体而言,在分散液准备步骤中,例如,通过湿法(例如溶胶凝胶法等)制备二氧化硅颗粒分散液,并且准备该二氧化硅颗粒分散液。特别地,适合通过作为湿法的溶胶凝胶法制备二氧化硅颗粒分散液,具体而言,通过在碱催化剂的存在下,在水和醇的溶剂中通过诱导四烷氧基硅烷的反应(水解反应、缩合反应)而形成二氧化硅颗粒。
顺带提及,二氧化硅颗粒的平均圆当量直径的优选范围以及其平均圆度的合适的优选范围参见上文所述。
在分散液准备步骤中,例如在通过湿法获得二氧化硅颗粒的情况中,其是以二氧化硅颗粒分散在溶剂中的分散液(二氧化硅颗粒分散液)的状态得到的。
在此,当进行到溶剂除去步骤时,在待制备的二氧化硅颗粒分散液中,水与醇的质量比为(例如)0.05至1.0,优选为0.07至0.5,更优选为0.1至0.3。
在二氧化硅颗粒分散液中,当将水与醇的质量比控制在上述范围内时,表面处理后产生的二氧化硅颗粒粗粉较少,并且容易得到具有良好电阻的二氧化硅颗粒。
当水与醇的质量比低于0.05时,在溶剂除去步骤中,由于除去溶剂时二氧化硅颗粒的表面上的硅烷醇基团的缩合减少,所以除去溶剂后吸附到二氧化硅颗粒表面上的水增加,使得在某些情况下表面处理后的二氧化硅颗粒电阻变得过低。此外,当水的质量比高于1.0时,在溶剂除去步骤中,大量的水残留在二氧化硅基颗粒分散液中除去溶剂的终点附近,并由液体交联力引起的二氧化硅颗粒的聚集易于发生,使得它们在表面处理后以粗粉形式存在。
此外,当进行到溶剂除去步骤时,在待制备的二氧化硅颗粒分散液中,水与二氧化硅颗粒的质量比为(例如)0.02至3,优选为0.05至1,更优选为0.1至0.5。
在二氧化硅颗粒分散液中,当将水与二氧化硅颗粒的质量比控制在上述范围时,产生的二氧化硅颗粒粗粉较少,并且容易得到具有良好电阻的二氧化硅颗粒。
当水与二氧化硅颗粒的质量比小于0.02时,在溶剂除去步骤中,由于除去溶剂时的二氧化硅颗粒的表面上的硅烷醇基团的缩合反应极度降低,所以除去溶剂后吸附到二氧化硅颗粒表面上的水增多,使得在某些情况下,表面处理后的二氧化硅颗粒的电阻变得过低。
此外,当水的质量比高于3时,在溶剂除去步骤中,大量的水残留在二氧化硅颗粒分散液中的除去溶剂的终点附近,并在某些情况下,由液体交联力引起的二氧化硅颗粒本身的聚集易于发生。
此外,当进行到溶剂除去步骤时,在待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质量比为(例如)0.05至0.7,优选为0.2至0.65,更优选为0.3至0.6。
当二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的质量比小于0.05时,在溶剂除去步骤中,超临界二氧化碳的量增多并且在某些情况下生产率变差。
此外,当二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒分散液的质量比超过0.7时,在二氧化硅颗粒分散液中,二氧化硅颗粒之间的距离变小,并且在某些情况下由于二氧化硅颗粒的聚集和凝胶化而趋于产生粗粉。
-溶剂除去步骤-
溶剂除去步骤(例如)是通过使超临界二氧化碳流通从而除去二氧化硅颗粒分散液中的溶剂的步骤。
即,溶剂除去步骤是这样一个步骤,其中通过使超临界二氧化碳流通,从而使超临界二氧化碳与二氧化硅颗粒分散液接触,以便除去溶剂。
具体而言,在溶剂除去步骤中,例如将二氧化硅颗粒分散液装入密闭反应器中。此后,将液化二氧化碳添加到密闭反应器中,整体加热,通过高压泵使反应器中的压力增加,以便使二氧化碳达到超临界状态。将超临界二氧化碳引入到密闭反应器,然后将超临界二氧化碳从密闭反应器中排出,由此使超临界二氧化碳在密闭反应器中流通,即,穿过二氧化硅颗粒分散液。
由此,超临界二氧化碳溶解溶剂(醇和水),同时将夹带溶剂的超临界二氧化碳排出到二氧化硅颗粒分散液的外部(密闭反应器的外部),从而除去溶剂。
在此,超临界二氧化碳是指处于等于或高于临界点的温度和压力下的状态的二氧化碳,并具有作为气体的分散性和作为液体的溶解性。
用于除去溶剂的温度条件,即超临界二氧化碳的温度为(例如)31℃至350℃,优选为60℃至300℃,更优选为80℃至250℃。
当该温度低于上述范围时,溶剂不易于溶解在超临界二氧化碳中,使得难以除去溶剂。此外,据认为在某些情况下,由于溶剂和超临界二氧化碳的液体交联力而容易产生粗粉末。另一方面,当该温度超过上述范围时,据认为在某些情况下,由于二氧化硅颗粒表面的硅烷醇基团的缩合容易产生二次聚集体等粗粉末。
用于除去溶剂的压力条件,即超临界二氧化碳的压力为(例如)7.38MPa至40MPa,优选为10MPa至35MPa,更优选为15MPa至25MPa。
当该压力低于上述范围时,存在这样的趋势:不易于使溶剂溶解在超临界二氧化碳中,另一方面,当该压力超过上述范围时,设备倾向于变贵。
此外,超临界二氧化碳的引入/排出量(例如)为15.4L/分钟/m3至1,540L/分钟/m3,优选为77L/分钟/m3至770L/分钟/m3
当其引入/排出量小于15.4L/分钟/m3时,需要花费时间来除去溶剂,使得存在生产性变差的趋势。
另一方面,当引入/排出量超过1,540L/分钟/m3时,超临界二氧化碳的通过时间较短,从而与二氧化硅颗粒分散液的接触时间缩短,使得倾向于难以有效地除去溶剂。
-表面处理步骤-
表面处理步骤是(例如)在溶剂除去步骤之后,在超临界二氧化碳中利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理的步骤。
即,在表面处理步骤中,例如,在由溶剂除去步骤转移到该步骤之前,不进行暴露于空气中,并在超临界二氧化碳中利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理。
具体而言,在表面处理步骤中,例如,在停止溶剂除去步骤中的向密闭反应器中引入/排出超临界二氧化碳之后,调整密闭反应器中的温度和压力,并在存在超临界二氧化碳的状态下,将相对于二氧化硅颗粒具有特定的比例的硅氧烷化合物装入密闭反应器中。在保持上述状态的状态下,即,在超临界二氧化碳中,使硅氧烷化合物反应,从而进行二氧化硅颗粒的表面处理。
在此,在表面处理步骤中,在超临界二氧化碳中(即,在超临界二氧化碳的气氛下)进行硅氧烷化合物的反应就足够了,并且可以在使超临界二氧化碳流通(即,在向密闭反应器中引入超临界二氧化碳并从该密闭容器中排出超临界二氧化碳)的同时进行表面处理,或者还可以在不使超临界二氧化碳流通的同时进行表面处理。
在表面处理步骤中,相对于反应器的容积,二氧化硅颗粒的量(即,投入量)为(例如)30g/L至600g/L,优选为50g/L至500g/L,且更优选为80g/L至400g/L。
当该量低于上述范围时,超临界二氧化碳中硅氧烷化合物的浓度降低,从而降低了与二氧化硅表面接触的可能性,使得在某些情况下反应不易进行。另一方面,当该量超过上述范围时,超临界二氧化碳中硅氧烷化合物的浓度增加,并且硅氧烷化合物不能完全溶解于超临界二氧化碳中,以导致不充分的分散性,使得容易产生粗聚集体。
超临界二氧化碳的密度适合为(例如)0.10g/ml至0.80g/ml,优选为0.10g/ml至0.60g/ml,更优选为0.2g/ml至0.50g/ml。
当该密度低于上述范围时,超临界二氧化碳中硅氧烷化合物的溶解度降低,并且倾向于产生聚集体。另一方面,当该密度高于上述范围时,向二氧化硅细孔中的扩散性降低,从而表面处理变得不足。特别地,对于含有大量硅烷醇基团的溶胶-凝胶二氧化硅颗粒,适宜的是进行上述密度范围内的表面处理。
顺带提及,基于温度、压力等调节超临界二氧化碳的密度。
硅氧烷化合物的具体例子为上述提到的。另外,硅氧烷化合物的粘度的优选范围也为前面所提到的那些。
当从硅氧烷化合物中选择硅油并应用时,硅油易于以几乎均匀的状态附着到二氧化硅颗粒的表面上,因此易于提高二氧化硅颗粒的流动性、分散性和可处理性。
从易于将硅氧烷化合物在二氧化硅颗粒上的表面附着量控制在0.01质量%至5质量%范围内的观点来看,硅氧烷化合物的用量适合为(例如)0.05质量%至3质量%,优选为0.1质量%至2质量%,更优选0.15质量%至1.5质量%。
顺带提及,可以单独使用硅氧烷化合物,或可以作为其与溶剂的液体混合物使用,其中硅氧烷化合物易于溶解于所述溶剂中。该溶剂的例子包括甲苯、甲基乙基酮和甲基异丁基酮。
在表面处理步骤中,二氧化硅颗粒的表面处理可使用包含疏水化处理剂和硅氧烷化合物的混合物来进行。
疏水化处理剂的例子包括硅烷基疏水化处理剂。作为硅烷系疏水化处理剂,可以提到的为具有烷基(如甲基、乙基、丙基、丁基等)的已知的硅化合物。其具体例子包括硅氮烷化合物(如甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷和三甲基甲氧基硅烷等的硅烷化合物、六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷等)。疏水化处理剂可以单独使用,也可以将多种组合使用。
在硅烷系疏水化处理剂中,适合的是具有甲基的硅化合物,例如三甲基甲氧基硅烷和六甲基二硅氮烷(HMDS),特别是六甲基二硅氮烷(HMDS)。
对于硅烷系疏水化处理剂的量没有特别的限制,但是,基于二氧化硅颗粒,该量适合是(例如)1质量%至100质量%,优选为3质量%至80质量%,更优选5质量%至50质量%。
顺带提及,尽管硅烷系疏水化处理剂可以单独使用,但也可以作为其与溶剂的液体混合物使用,其中硅烷系疏水化处理剂易于溶解于所述溶剂中。该溶剂的例子包括甲苯、甲基乙基酮和甲基异丁基酮。
表面处理的温度条件,即超临界二氧化碳的温度为(例如)80℃至300℃,优选为100℃至250℃,更优选为120℃至200℃。
当该温度低于上述范围时,在某些情况下,硅氧烷化合物的表面处理的能力降低。另一方面,当该温度超过上述范围时,二氧化硅颗粒的硅烷醇基团之间进行缩合反应并可能产生颗粒聚集。特别地,对于含有大量硅烷醇基团的溶胶-凝胶二氧化硅颗粒,适合在上述温度范围内进行表面处理。
另一方面,用于表面处理的压力条件,即超临界二氧化碳的压力为满足上述特定密度范围的压力就足够了,但是合适的压力为8MPa至30MPa,优选为10MPa至25MPa,更优选为15MPa至20MPa。
通过上述描述的各个步骤,获得了特定二氧化硅颗粒。
[中阻颗粒]
中阻颗粒为体积电阻率为1.0×108Ωcm至1.0×1015Ωcm的无机氧化物颗粒。考虑到电荷赋予能力和电荷泄漏之间的均衡性,中阻颗粒的体积电阻率优选为1.0×1010Ωcm至1.0×1015Ωcm。
通过以下方法来测量中阻颗粒的体积电阻率。顺带提及,测量环境为:温度为20℃且湿度为50%RH。
将作为待测量目标的中阻颗粒置于具有20cm2的电极板的圆形夹具的表面上,以便其厚度范围为1mm至3mm,从而形成中阻颗粒层。将与上述提到的相同的20cm2的电极板放在中阻颗粒层上,以包夹中阻颗粒层。为了消除中阻颗粒之间的任何空隙,将4kg的负荷施加到放在中阻颗粒层上的电极板上,随后测量中阻颗粒层的厚度(cm)。顺带提及,将存在于中阻颗粒层上面和下面的电极与静电计和高压电源发生器连接。向两个电极施加高电压,使得电场变为6,000V/cm,通过读出此时流过的电流值(A)来计算中阻颗粒的体积电阻(Ωcm)。通过下式示出了载体的体积电阻率(Ωcm)的计算式。
-式:R=E×20/(I-I0)/L
在上式中,R为中阻颗粒的体积电阻(Ω·cm)、E为施加的电压(V)、I为电流值(A)、I0为施加的电压为0V时的电流值(A)、以及L为中阻颗粒层的厚度(cm)。此外,系数20表示电极板的面积(cm2)。
作为中阻颗粒,可以提到的有二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、氧化锌颗粒等等。在这些颗粒之中,作为中阻颗粒,优选钛氧化物颗粒(二氧化钛颗粒),其能够抑制调色剂的带电环境依赖性(高温高湿/低温低湿下的带电量的变化)。
二氧化钛颗粒的离子包括:锐钛矿型二氧化钛颗粒、金红石型二氧化钛颗粒、偏钛酸颗粒等,并且可以使用它们中的任意一者。
顺带提及,偏钛酸是指钛酸水合物TiO2.nH2O中的一个,其中n为1。通常通过湿法来是钛酸颗粒纯化,其中在溶剂中进行化学反应。湿法分为硫酸法和盐酸法。在硫酸法中,通过进行FeTiO3和2H2SO4的反应来形成TiOSO4,然后通过使所形成的TiOSO4水解而获得偏钛酸(TiO(OH)2)颗粒。另一方面,在盐酸法中,首先,以与干法相同的方式进行氯化,以形成四氯化钛。此后,将其溶解在水中,在向其中加入强碱,同时通过水解获得偏钛酸(TiO(OH)2)颗粒。
中阻颗粒的平均圆当量直径小于特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径,并且(例如)优选为7nm至50nm,更优选为7nm至40nm。
顺带提及,通过与特定二氧化硅颗粒的平均圆当量直径D50相同的测量方法来测量中阻颗粒的平均圆当量直径D50。
在此,将描述测量来自调色剂的中阻颗粒的各特性(体积电阻率、平均圆当量直径等)的方法。
首先,按照与测量特定二氧化硅颗粒的各特性的方法的相同方法,从调色剂中分离外部添加剂。然后,使用被分离的中阻颗粒,测量上述特性(体积电阻率、平均圆当量直径等)。
可以对中阻颗粒进行疏水化处理。例如通过将二氧化钛颗粒浸入在疏水化处理剂中来进行疏水化处理。用于疏水化处理的疏水化处理剂包括(例如)硅烷偶联剂和硅油。
硅烷偶联剂的例子包括:六甲基二硅氮烷、三甲基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、苄基二甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、羟丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、正十八烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙酰氧硅烷。
硅油的例子包括:二甲基聚硅氧烷、甲基氢聚硅氧烷和甲基苯基聚硅氧烷。
顺带提及,疏水化处理剂还包括公知的疏水化处理剂,如钛酸酯偶联剂和铝偶联剂。
疏水化处理剂可以单独使用或可以将两种或多种组合使用。
基于调色剂颗粒的总质量,中阻颗粒的外部添加量(添加量)优选为(例如)0.1质量%至4.0质量%,更优选为0.3质量%至2.0质量%。
[其他外部添加剂]
其他外部添加剂的例子包括无机颗粒。无机颗粒的例子包括SiO2(包括特定二氧化硅颗粒)、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·(TiO2)n、Al2O3·2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4和MgSO4
优选对作为外部添加剂的无机颗粒的表面进行疏水化处理。通过(例如)将无机颗粒浸渍在疏水化处理剂中进行疏水化处理。对疏水化处理剂没有特别的限定,其例子包括硅烷偶联剂、硅油、钛酸酯偶联剂以及铝偶联剂。可以单独使用这些疏水化处理剂,或可以将两种或更多种组合使用。
通常,相对于每100质量份的无机颗粒,疏水化处理剂的量(例如)为1质量份至30质量份。
其他外部添加剂的例子还包括树脂颗粒(诸如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和三聚氰胺树脂之类的树脂颗粒)以及清洁助剂(例如,以硬脂酸锌为代表的高级脂肪酸的金属盐以及氟类聚合物的颗粒)。
相对于调色剂颗粒,外部添加剂的外部添加量(例如)优选为0重量%至10重量%,更优选为0重量%至3重量%。
(调色剂的制备方法)
接下来,将对根据本示例性实施方案的调色剂的制备方法进行描述。
通过在制备调色剂颗粒之后,向调色剂颗粒外部添加外部添加剂而获得了根据本示例性实施方案的调色剂。
调色剂颗粒可以用干式法(例如,捏合粉碎法)和湿式法(例如,聚集凝结法、悬浮聚合法以及溶解悬浮法)中的任一者制得。调色剂颗粒的制备方法并不局限于这些制备方法,并可采用公知的制备方法。
在根据本示例性实施方案的调色剂中,从容易满足上述优选的平均圆度和体均粒径的观点出发,调色剂颗粒优选是通过聚集凝结法制备的调色剂颗粒(以下也称为“聚集凝结的调色剂颗粒”)。
聚集凝结的调色剂颗粒容易提供上述优选的平均圆度和体均粒径,此外容易制备具有窄粒度分布的调色剂颗粒。因此,能够使用聚集凝结的调色剂颗粒来形成具有高分辨率的调色剂图像。
另一方面,作为调色剂的外部添加结构,一般随着调色剂尺寸的降低和随着圆度增加(接近真实的球),外部添加剂趋于被剥离。即使当平均圆度和体均粒径相同时,取决于形状和/或宽或窄粒度分布,调色剂通常具有不同的形式和性质。聚集凝结法容易提供上述提到的窄的粒度分布,但是由于聚集小颗粒以达到粒度控制和控制从扭曲的形状至球形的形状的制备方法,大体上,相对易于存在具有小颗粒直径和圆形的颗粒。此外,在调色剂具有小体均粒径的情况下,该趋势可能变得更显著。因此,即使在具有满足上述优选范围的平均圆度和体均粒径的调色剂颗粒(其易于通过聚集凝结法来制备)的情况下,当包含特定二氧化硅颗粒作为外部添加剂时,特定二氧化硅颗粒难以从调色剂颗粒上分离并且即使当特定二氧化硅颗粒从调色剂颗粒上分离时,通过在清洁部的聚集抑制了其逃逸。因此,即使在使用具有小颗粒直径和高圆度的调色剂(其易于通过聚集凝结法来制备)的情况下,根据本示例性实施方案的调色剂在带电保持性方面也是优异的,并且当重复形成图像时,有效抑制了和在感光体表面上产生成膜现象。
具体而言,例如,当通过聚集凝结法制备调色剂颗粒时,调色剂颗粒是通过如下步骤制备的:树脂颗粒分散液的准备步骤,其中树脂颗粒分散液中分散有作为粘结剂树脂的树脂颗粒(树脂颗粒分散液准备步骤);使树脂颗粒分散液(如果需要,在用其他颗粒分散液混合之后的分散液中)中的树脂颗粒(如果需要,其他颗粒)聚集,以形成聚集颗粒的步骤(聚集颗粒形成步骤);以及加热分散有聚集颗粒的聚集颗粒分散液,从而使聚集颗粒融合并使其凝结,由此形成调色剂颗粒的步骤(融合凝结步骤)。
下面,将对各步骤进行详细描述。
在下面的描述中,将对获得含有着色剂和防粘剂的调色剂颗粒的方法进行说明,但是着色剂和防粘剂仅仅视需要而使用。也可使用除了着色剂和防粘剂之外的其他添加剂。
-树脂颗粒分散液准备步骤-
首先,例如,不仅准备了分散有作为粘结剂树脂的树脂颗粒的树脂颗粒分散液,还准备了分散有着色剂颗粒的着色剂颗粒分散液以及分散有防粘剂颗粒的防粘剂颗粒分散液。
在此,通过(例如)利用表面活性剂将树脂颗粒分散在分散介质中,从而制备树脂颗粒分散液。
用于树脂颗粒分散液的分散介质的例子包括水性介质。
水性介质的例子包括水(如蒸馏水和离子交换水)以及醇类。可以单独使用这些水性介质,或可以将两种或更多种组合使用。
表面活性剂的例子包括阴离子表面活性剂,如硫酸酯盐基表面活性剂、磺酸盐基表面活性剂、磷酸酯基表面活性剂和皂基表面活性剂;阳离子表面活性剂,如胺盐型表面活性剂和季铵盐型表面活性剂;以及非离子表面活性剂,如聚乙二醇基表面活性剂、烷基苯酚环氧乙烷加合物基表面活性剂和多元醇基表面活性剂。在这些之中,特别提到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与阴离子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,或者可以将两种或更多种组合使用。
关于树脂颗粒分散液,作为将树脂颗粒分散在分散介质中的方法,例举使用(例如)旋转剪切型均质机、或者具有介质的球磨机、砂磨机或Dyno磨的常规分散方法。根据树脂颗粒的类型,可以利用(例如)相反转乳化法使树脂颗粒分散到树脂颗粒分散液中。
顺带提及,相反转乳化法是这样的一种方法:使待分散的树脂溶解于其中可溶解该树脂的疏水性有机溶剂中,通过向有机连续相(O相)中添加碱以进行中和,然后通过添加水性介质(W相)从而使树脂由W/O转换为O/W(所谓的相反转)以形成非连续相,由此将树脂以颗粒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至1μm,更优选为0.08μm至0.8μm,甚至更优选为0.1μm至0.6μm。
关于树脂颗粒的体均粒径,使用通过激光衍射型粒度分布测量仪(例如,由Horiba,Ltd.制造,LA-920)测定的粒度分布,对于所划分的粒度范围(通道),从小直径一侧开始绘制体积累积分布,并且测量体积累积分布达到全部颗粒的50%处的粒径作为体均粒径D50v。用同样的方法测定其他分散液中的颗粒的体均粒径。
树脂颗粒分散液中所含的树脂颗粒的含量优选为(例如)5质量%至50质量%,更优选为20质量%至45质量%。
例如,也可以采用与树脂颗粒分散液相同的方法来制备着色剂颗粒分散液和防粘剂颗粒分散液。即,树脂颗粒分散液中的颗粒的体均粒径、分散介质、分散方法以及颗粒含量与分散在着色剂颗粒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与树脂颗粒分散液中的情况相同。
-聚集颗粒形成步骤-
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在一起。
然后,在混合分散液中,使树脂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒发生异质聚集,由此形成聚集颗粒,该聚集颗粒的直径与目标调色剂颗粒的直径接近、并且含有树脂颗粒、着色剂颗粒和防粘剂颗粒。
具体而言,例如,向混合分散液中添加聚集剂,并且将混合分散液的pH值调节为酸性(例如,pH值为2至5)。如果需要的话,向其中添加分散稳定剂。然后,在树脂颗粒的玻璃化转变温度(具体而言,例如从低于树脂颗粒的玻璃化转变温度30℃的温度至低于玻璃化转变温度10℃的温度)下加热混合分散液,以使分散在混合分散液中的颗粒聚集,由此形成聚集颗粒。
在聚集颗粒形成步骤中,例如,在利用旋转剪切型均化器搅拌混合分散液的条件下,在室温(例如25℃)下添加聚集剂,将混合分散液的pH值调节到酸性(例如,pH值为2至5),根据需要可以添加分散稳定剂,以及随后进行加热。
聚集剂的例子包括极性与加入至混合分散液中作为分散剂的表面活性剂极性相反的表面活性剂,如无机金属盐和二价或更高价的金属络合物。特别地,当将金属络合物用作聚集剂时,表面活性剂的用量降低并且改善了带电性。
如果需要的话,可以使用与该聚集剂的金属离子形成络合物或类似的键的添加剂。优选使用螯合剂作为添加剂。
无机金属盐的例子包括: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;以及无机金属盐聚合物,如聚氯化铝、聚氢氧化铝和多硫化钙。
可以使用水溶性的螯合剂作为螯合剂。螯合剂的例子包括:酒石酸、柠檬酸和葡萄糖酸之类的羟基羧酸(oxycarboxylic acid),亚氨基二乙酸(IDA),次氮基三乙酸(NTA)和乙二胺四乙酸(EDTA)。
相对于每100质量份的树脂颗粒,螯合剂的添加量优选(例如)为0.01质量份至5.0质量份,更优选为0.1质量份至小于3.0质量份。
-融合/凝结步骤-
接下来,在等于或高于树脂颗粒的玻璃化转变温度的温度(例如,比树脂颗粒的玻璃化转变温度高10℃至30℃的温度)下对分散有聚集颗粒的聚集颗粒分散液进行加热,以使聚集颗粒融合/凝结并形成调色剂颗粒。
经过上述步骤得到调色剂颗粒。
在得到分散有聚集颗粒的聚集颗粒分散液后,可以通过以下步骤制备调色剂颗粒:进一步将分散有树脂颗粒的树脂颗粒分散液与该聚集颗粒分散液混合,以进行聚集使得树脂颗粒进一步附着在聚集颗粒的表面上,由此形成第二聚集颗粒的步骤;以及通过对分散有第二聚集颗粒的第二聚集颗粒分散液进行加热,以使第二聚集颗粒融合/凝结,由此形成具有核/壳结构的调色剂颗粒的步骤。
在融合/凝结步骤完成后,通过对在溶液中形成的调色剂颗粒进行公知的洗涤步骤、固液分离步骤和干燥步骤,从而得到干燥的调色剂颗粒。
在洗涤步骤中,从带电性能的观点来看,优选用离子交换水充分地进行置换清洗。此外,对固液分离步骤没有特别的限制,但是从生产性的观点来看,优选进行抽滤、压滤等。对于用于干燥步骤的方法虽然也没有特别的限制,但是从生产性的观点来看,优选使用冷冻干燥、闪喷干燥、流化干燥、振动型流化干燥等。
通过(例如)向已经获得的干燥调色剂颗粒中添加外部添加剂,随后混合来制得本发明示例性实施方案的调色剂。优选用(例如)V型搅拌机、Henschel混合器、Lodige混合器等进行混合。另外,如果需要的话,可以用振动筛分机、风力筛分机等除去粗调色剂颗粒。
<根据本发明的优选方面的静电荷图像显影用调色剂>
根据本发明的优选方面的静电荷图像显影用调色剂(以下称为“调色剂”)为含有调色剂颗粒和外部添加剂的调色剂。
外部添加剂包含体积电阻率为1.0×108Ωcm至1.0×1015Ωcm的无机氧化物颗粒(中阻颗粒)和二氧化硅颗粒,该二氧化硅颗粒的平均圆当量直径大于无机氧化物颗粒的平均圆当量直径,并且该二氧化硅颗粒的压缩聚集度为60%至95%,颗粒压缩比为0.20至0.40(以下称为“特定二氧化硅颗粒”)。
此处,迄今存在一种已知的调色剂,其中将以二氧化钛颗粒等为代表的中阻颗粒(体积电阻率在上述范围中的无机氧化物颗粒)和二氧化硅颗粒外部添加至调色剂颗粒。其原因为在保持高湿下的电荷赋予能力的同时,能够通过使用具有中间电阻的无机氧化物颗粒来抑制低湿下的高带电性。即使在相同的高温高湿环境下,当重复形成具有低图像密度的图像时,显影装置中的相对湿度降低且新调色剂供给也降低,使得调色剂的高带电性变得显著,因此在使用高电阻颗粒的情况下导致密度降低。另一方面,在包含调色剂和载体的静电荷图像显影剂(以下也称为“双组分显影剂”)中,当中阻颗粒从调色剂颗粒上分离并转移(附着)到载体的表面上时,可能会降低载体的带电能力。这是因为特别在高温高湿下,此部分变成电荷泄漏位点。
当通过降低载体的带电能力而降低了调色剂的带电量时,可能发生成雾现象(fogging)(调色剂附着至非图像区域的现象)。
另一方面,作为用于抑制中阻颗粒从调色剂颗粒上剥离的技术(其可能导致载体的带电能力降低),存在一种外部添加大直径二氧化硅颗粒(其比中阻颗粒的尺寸大)的方法。当外部添加大直径二氧化硅颗粒时,大直径二氧化硅颗粒呈现缓冲作用(隔离物作用)并且机械负荷不易于施加到中阻颗粒上。此外,由于载体与中阻颗粒的接触变得困难,所以容易抑制中阻颗粒从调色剂颗粒上剥离。
然而,大直径二氧化硅颗粒通常具有高流动性并且在调色剂颗粒上迁移以定位,或者从调色剂颗粒上剥离,因此大直径二氧化硅颗粒的外部添加结构易于改变,使得难以展示出大直径二氧化硅颗粒缓冲作用(隔离物作用)。另一方面,在外部添加用硅油处理的大直径二氧化硅颗粒情况下,由于低流动性和高聚集性,所以用硅油处理的大直径二氧化硅颗粒易于以非均匀的状态或以聚集的状态附着至调色剂颗粒上,使得很难实现目标外部添加结构(在大直径二氧化硅颗粒附着在部位的周围至附着中阻颗粒中的外部添加结构)且难以展示出大直径二氧化硅颗粒的缓冲作用(隔离物作用)。
当难以呈现大直径二氧化硅颗粒的缓冲作用(隔离物作用)时,机械负荷施加到中阻颗粒上并且载体易于与中阻颗粒接触,从而增加了中阻颗粒从调色剂颗粒上剥离的趋势。
特别地,当在高温高湿环境(例如,在温度为30℃且湿度为90%RH的环境下)下重复形成具有高图像密度的图像(例如,图像密度为80%以上)时,显影单元中的调色剂密度增加,对中阻颗粒的机械负荷增加,并且提高了载体与中阻颗粒相接触的机会,增加了从调色剂颗粒上剥离的中阻颗粒的量,因此也增加了转移到载体上的中阻颗粒的量。作为结果,降低载体带电能力的同时,调色剂的带电量出现降低并且容易产生成雾现象。
因此,在根据本发明的优选方面的调色剂中,将作为大直径二氧化硅颗粒的特定二氧化硅颗粒和中阻颗粒一起外部添加至调色剂颗粒上,该大直径二氧化硅颗粒的平均原当量直径大于中阻颗粒的平均原当量直径,由此当在高温高湿环境(例如,在温度为30℃且湿度为90%RH的环境下)下重复形成具有高图像密度的图像(例如,图像密度为80%以上)时,抑制了成雾现象的产生。据推测原因如下所述。
首先,具有满足上述范围的压缩聚集度和颗粒压缩比的特定二氧化硅颗粒为这样的二氧化硅颗粒,其具有高流动性和对调色剂颗粒的高分散性,并且还具有高聚集性和对调色剂颗粒的高附着性。
在此,二氧化硅颗粒通常具有良好流动性,但是由于低的堆密度而具有低附着性,并具有难于聚集的性质。
另一方面,为了提高二氧化硅颗粒对调色剂颗粒表面的分散性,同时提高二氧化硅颗粒的流动性,已知的技术是使用疏水化处理剂对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理。根据该技术,改善了二氧化硅颗粒的流动性和二氧化硅颗粒在调色剂颗粒上的分散性,但是聚集性仍较低。
此外,已知的技术是联合使用疏水化处理剂和硅油对二氧化硅颗粒的表面进行表面处理。根据该技术,改善了对调色剂颗粒的附着性且也改善了聚集性。然而,相反,流动性和对调色剂颗粒的分散性有降低的倾向。
即,在二氧化硅颗粒中,据信,流动性和对调色剂颗粒的分散性与聚集性和对调色剂颗粒的附着性相互矛盾。
另一方面,如上所述,在特定二氧化硅颗粒中,通过将压缩聚集度和颗粒压缩比控制在上述范围,流动性、对调色剂颗粒的分散性、聚集性和对调色剂颗粒的附着性这四个特性变得令人满意。
在本发明的优选方面中,如上所述,描述了将压缩聚集度和颗粒压缩比控制在上述范围的重要性。
<静电荷图像显影剂>
根据本发明的示例性实施方案的静电荷图像显影剂至少包含根据本发明示例性实施方案的调色剂。
根据本发明示例性实施方案的静电荷图像显影剂可以是仅含有本发明示例性实施方案的调色剂的单组分显影剂、或者是通过将调色剂与载体混合而获得的双组分显影剂。
对载体没有特别的限定,可以列举已知的载体。载体的例子包括:包覆载体,其中,由磁性粉末形成的芯材的表面包覆有包覆树脂;磁性粉末分散型载体,其中,磁性粉末分散于基体树脂中并在其中混合;以及树脂浸渍型载体,其中,多孔磁性粉末浸渍有树脂。
磁性粉末分散型载体和树脂浸渍型载体可以是这样的载体,其中载体的构成颗粒为芯材并且用包覆树脂包覆芯材。
磁性粉末的例子包括:磁性金属,如铁、镍和钴;以及磁性氧化物,如铁素体和磁铁矿。
包覆树脂和基体树脂的例子包括:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚乙烯基醚、聚乙烯基酮、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、构造为包含有机硅氧烷键的直链的有机硅树脂或其改性产物、氟树脂、聚酯、聚碳酸酯、酚醛树脂以及环氧树脂。
包覆树脂和基体树脂可含有其他添加剂,如导电性颗粒。
导电性颗粒的例子包括:金属颗粒(如金、银和铜)、炭黑、氧化钛、氧化锌、氧化锡、硫酸钡、硼酸铝和钛酸钾。
在此,对于用包覆树脂包覆芯材表面,提到了这样的方法:使用包覆层形成用溶液的方法,其中在所述包覆层形成用溶液中,将包覆树脂以及根据需要的各种添加剂溶解于适当溶剂中。对于溶剂没有特别的限定,可以考虑所使用的包覆树脂、包覆适应性等来进行选择。
树脂包覆方法的具体例子包括:将芯材浸渍在包覆层形成用溶液中的浸渍法;将包覆层形成用溶液喷涂至芯材表面上的喷雾法;通过流动空气使芯材处于漂浮状态下喷洒包覆层形成用溶液的流化床法;以及在捏合涂布机中将载体的芯材与包覆层形成用溶液混合、并除去溶剂的捏合机涂布法。
双组分显影剂中的调色剂与载体的混合比(质量比)优选为1:100至30:100,更优选为3:100至20:100(调色剂:载体)。
<成像装置/成像方法>
下面对本发明示例性实施方案的成像装置和成像方法进行说明。
本发明示例性实施方案的成像装置设置有:图像保持部件;充电单元,其对图像保持部件的表面进行充电;静电荷图像形成单元,其在已充电的图像保持部件的表面上形成静电荷图像;显影单元,其包含有静电荷图像显影剂,并且利用该静电荷图像显影剂将形成于图像保持部件的表面上的静电荷图像显影为调色剂图像;转印单元,该转印单元将形成于图像保持部件的表面上的调色剂图像转印到记录介质的表面上;清洁单元,其具有用于清洁图像保持部件的表面的清洁刮板;以及定影单元,该定影单元将转印至记录介质的表面上的调色剂图像定影。作为静电荷图像显影剂,使用了本示例性实施方案的静电荷图像显影剂。
在根据本示例性实施方案的成像装置中,进行了如下成像方法(根据本示例性实施方案的成像方法),包括:将图像保持部件的表面充电的充电步骤;在已充电的图像保持部件的表面上形成静电荷图像的静电荷图像形成步骤;使用根据本示例性实施方案的静电荷图像显影剂,将形成于图像保持部件的表面上的静电荷图像显影为调色剂图像的显影步骤;将形成于图像保持部件的表面上的调色剂图像转印到记录介质的表面上的转印步骤;用清洁刮板清洁图像保持部件的表面的清洁步骤;以及使转印至所述记录介质的表面上的调色剂图像定影的定影步骤。
作为本发明示例性实施方案的成像装置,可以提供这样的装置,例如:直接转印式装置,其将形成于图像保持部件的表面上的调色剂图像直接转印到记录介质上;中间转印式装置,其将形成于图像保持部件的表面上的调色剂图像一次转印到中间转印部件的表面上,并且将转印至中间转印部件的表面上的调色剂图像二次转印到记录介质的表面上;装置或设置有除电单元的装置,在调色剂图像转印之后、充电之前,用除电光照射图像保持部件的表面以进行除电。
在中间转印式装置的情况下,作为转印单元,采用了这样的构造,具有(例如)中间转印部件,其具有转印有调色剂图像的表面;一次转印单元,其将形成于图像保持部件的表面上的调色剂图像一次转印到中间转印部件的表面上;以及二次转印单元,其将转印到中间转印部件的表面上的调色剂图像二次转印到记录介质的表面上。
顺带提及,在根据本发明示例性实施方案的成像装置中,例如,包括显影单元的部分可以是能够从成像装置上拆卸下来的盒结构(处理盒)。作为处理盒,例如,优选使用这样的处理盒:其容纳根据本示例性实施方案的静电荷图像显影剂并且设置有显影单元。
下文中,将对根据本示例性实施方案的成像装置的实例进行说明。然而,本成像装置不局限于此。对附图中所示出的主要部件进行了说明,而省略了对其他部件的说明。
图1为示出了根据本示例性实施方案的成像装置的结构示意图。
图1中示出的成像装置设置有第一至第四电子照相成像单元10Y、10M、10C和10K(成像单元),其根据分色的图像数据,分别输出黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)图像。这些成像单元(在下文中可以简称为“单元”)10Y、10M、10C和10K在水平方向上以预定间隔并列布置。这些单元10Y、10M、10C和10K可以是能够从成像装置上拆卸下来的处理盒或可以具有这样的结构:其额外具有能够输出除了上述四种颜色之外的颜色的单元。
作为中间转印部件的中间转印带20设置在附图中的各单元10Y、10M、10C和10K的上方且延伸通过这些单元。中间转印带20缠绕在与中间转印带20的内表面接触的驱动辊22和支撑辊24上,其设置成各自在附图中的左侧和右侧分开,并沿着从第一单元10Y至第四单元10K的方向运行。利用弹簧等(未示出)沿着与驱动辊22分离的方向对支撑辊24加压,并对缠绕在支撑辊24和驱动辊22上的中间转印带20施加张力。此外,在中间转印带20面向图像保持部件一侧的表面上,设置有与驱动辊22相对的中间转印部件清洁装置30。
向上述单元10Y、10M、10C和10K中的显影装置(显影单元)4Y、4M、4C和4K中供给包括四种颜色的调色剂,即,分别容纳在调色剂盒8Y、8M、8C和8K中的黄色调色剂、品红色调色剂、青色调色剂和黑色调色剂。
第一至第四单元10Y、10M、10C和10K具有相同的构造,因此,这里仅对布置在中间转印带运行方向的上游侧以形成黄色图像的第一单元10Y为代表进行说明。与第一单元10Y相同的部分用品红色(M)、青色(C)和黑色(K)的标号来表示以代替黄色(Y),而省略对第二至第四单元10M、10C和10K的描述。
第一单元10Y具有起到图像保持部件作用的感光体1Y。在感光体1Y的周围依次设置有:充电辊(充电单元的例子)2Y,其将感光体1Y的表面充电至预定电位;曝光装置(静电荷图像形成单元的例子)3,其基于分色的图像信号,用激光束3Y使带电后的表面曝光,从而形成静电荷图像;显影装置(显影单元的例子)4Y,其将带电后的调色剂供给至静电荷图像从而使该静电荷图像显影;一次转印辊(一次转印单元的例子)5Y,其将显影后的调色剂图像转印至中间转印带20;以及感光体清洁装置6Y,其具有在一次转印之后除去残留在感光体1Y表面上的调色剂的清洁刮板6Y-1。
一次转印辊5Y设置在中间转印带20的内侧,并且位于与感光体1Y相对的位置。此外,将施加一次转印偏压的偏压电源(未示出)分别连接至一次转印辊5Y、5M、5C和5K。在控制器(未示出)的控制下,各偏压电源改变施加至各一次转印辊的转印偏压值。
下文将描述在第一单元10Y中形成黄色图像的操作。
首先,在开始操作前,使用充电辊2Y将感光体1Y的表面充电至-600V至-800V的电位。
感光体1Y是通过在导电性基体(例如,20℃下的体积电阻率为1×10-6Ωcm以下)上层叠感光层而形成的。该感光层通常具有高的电阻(其与普通树脂的电阻相同),但具有这样的性质:其中,当施加激光束3Y时,被激光束照射的部分的比电阻将发生变化。因此,根据从控制器(未示出)发送出的黄色图像数据,通过曝光装置3将激光束3Y输出到感光体1Y的带电表面上。将激光束3Y施加到感光体1Y的表面上的感光层上,由此在感光体1Y的表面上形成黄色图案的静电荷图像。
静电荷图像是通过充电而在感光体1Y的表面上形成的图像,其是所谓的负潜像,该负潜像是这样形成的:通过将激光束3Y施加至感光层使得被照射的部分的比电阻降低,以引起电荷在感光体1Y的表面上流动,而未被激光束3Y照射的部分上电荷被保留。
随着感光体1Y的运行,感光体1Y上形成的静电荷图像被旋转至预定的显影位置。在该显影位置处,通过显影装置4Y将感光体1Y上的静电荷图像可视化(显影)为调色剂图像。
显影装置4Y中容纳有(例如)静电荷图像显影剂,该显影剂至少含有黄色调色剂和载体。由于在显影装置4Y中被搅拌,该黄色调色剂摩擦起电,从而具有与感光体1Y上的电荷相同极性(负极性)的电荷,因此被保持在显影剂辊(显影剂保持部件的例子)上。通过使感光体1Y的表面经过显影装置4Y,黄色调色剂以静电方式附着在位于感光体1Y表面上的已被除电了的潜像部分上,由此使用黄色调色剂使潜像显影。使其上形成有黄色调色剂图像的感光体1Y以预定的速度连续运行,从而将在感光体1Y上显影的调色剂图像传送至预定的一次转印位置。
当感光体1Y上的黄色调色剂图像被传送至一次转印位置时,向一次转印辊5Y施加一次转印偏压,从感光体1Y朝向一次转印辊5Y的静电力作用于调色剂图像,由此感光体1Y上的调色剂图像被转印至中间转印带20上。此时施加的转印偏压具有与调色剂极性(-)相反的极性(+),在第一单元10Y中,例如通过控制器(未示出)将该转印偏压控制为+10μA。
另一方面,通过以适当的角度与感光体相邻的弹性刮板(6Y-1)来抑制感光体1Y上残留的调色剂并通过清洁装置6Y除去并收集残留在感光体1Y上的调色剂。
按照与第一单元相同的方式,也控制施加至第二单元10M以及后续单元的一次转印辊5M、5C和5K上的一次转印偏压。
以此方式,将中间转印带20(在第一单元10Y中,黄色调色剂图像被转印至其上)依次传送经过第二至第四单元10M、10C和10K,以叠加的方式多次转印各颜色的调色剂图像。
中间转印带20(通过第一至第四单元在其上多次转印有四色调色剂图像)到达二次转印部分,该二次转印部分由中间转印带20、与中间转印带的内表面接触的支承辊24以及布置在中间转印带20的图像保持面一侧上的二次转印辊26(二次转印单元的例子)构成。同时,通过供给机构在预定的时刻将记录纸(记录介质的例子)P供给至彼此接触的二次转印辊26与中间转印带20之间的间隙处,并且将二次转印偏压施加至支承辊24上。此时所施加的转印偏压具有与调色剂的极性(-)相同的极性(-),并且从中间转印带20朝向记录纸P的静电力作用于调色剂图像,由此将中间转印带20上的调色剂图像转印到记录纸P上。在这种情况下,根据由电阻检测单元(未示出)(其检测二次转印部分的电阻)检测到的电阻来确定二次转印偏压,并且控制电压。
接下来,将记录纸P输送到定影装置(定影单元的例子)28中的一对定影辊之间的压接部分(辊隙部分)处,使得调色剂图像被定影至记录纸P上,由此形成定影图像。
调色剂图像被转印至其上的记录纸P的例子包括用于电子照相复印机、打印机等的普通纸。作为记录介质,除了记录纸P之外,还可以列举OHP纸。
为了在定影之后进一步提高图像表面的平滑度,记录纸P的表面优选是光滑的。例如,优选使用通过用树脂等包覆普通纸的表面而获得的包覆纸,印刷用铜板纸等。
将完成了彩色图像的定影的记录纸P输送至排出部,并且结束了一系列的彩色图像形成操作。
<处理盒/调色剂盒>
下面将对根据本示例性实施方案的处理盒进行说明。
根据本示例性实施方案的处理盒设置有显影单元并且能够从成像装置上拆卸下来,其中所述显影单元容纳有根据本示例性实施方案的静电荷图像显影剂,并且利用所述静电荷图像显影剂使形成于图像保持部件的表面上的静电荷图像显影为调色剂图像。
根据本示例性实施方案的处理盒并不局限于上述构造,其可构造为包括显影装置,并且根据需要还可包括选自诸如图像保持部件、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者。
下文将示出根据本示例性实施方案的处理盒的例子。然而,该处理盒并不限于此。将对附图中示出的主要部件进行说明,而省略对其他部件的描述。
图2为示出根据本示例性实施方案的处理盒的构造的示意图。
图2中所示出的处理盒200形成为具有这样构造的盒,其中,感光体107(图像保持部件的例子)以及设置在感光体107周围的充电辊108(充电单元的例子)、显影装置111(显影单元的例子)和具有清洁刮板113-1的感光体清洁装置113一体组合并且(例如)被安装有导轨116和曝光用开口118的壳体117保持。
在图2中,附图标记109表示曝光装置(静电荷图像形成单元的例子),附图标记112表示转印装置(转印单元的例子),附图标记115表示定影装置(定影单元的例子),以及附图标记300表示记录纸张(记录介质的例子)。
下文将描述根据本示例性实施方案的调色剂盒。
根据本示例性实施方案的调色剂盒容纳有根据本示例性实施方案的调色剂并且能够从成像装置上拆卸下来。调色剂盒容纳有补给用调色剂,以供应至设置于成像装置中的显影单元。
图1所示出的成像装置为具有这样的构造的成像装置,其中,调色剂盒8Y、8M、8C和8K可从其上拆卸下来,并且显影装置4Y、4M、4C和4K通过调色剂供给管(未示出)分别与对应于各显影装置(颜色)的调色剂盒相连接。另外,当容纳在调色剂盒中的调色剂的量变少时,可更换调色剂盒。
实施例
下文中,将使用实施例对示例性实施方案进行详细描述,但是并不限于这些实施例。除非特别指出,否则以下描述中的“份”和“%”是指“质量份”和“质量%”。
[聚酯树脂(1)的合成]
将以下单体装入充分干燥且经N2取代的三颈烧瓶中并在送入N2的同时整体加热至200℃。
双酚A-环氧乙烷加合物(BPA-EO):31摩尔份
乙二醇(EG):19摩尔份
对苯二甲酸:34摩尔份
丁二酸:16摩尔份
当溶解单体时,开始搅拌,并且在添加0.04份的钛酸四丁酯之后,在将体系中的温度维持在200℃的同时使反应进行。在进行反应的过程中收集微量的样品并测定分子量,通过温度控制来控制反应的进行并在减压气氛下收集水,以获得所期望的聚酯树脂(1)。
[聚酯树脂(2)的合成]
将以下单体装入充分干燥且经N2取代的三颈烧瓶中并在送入N2的同时整体加热至200℃。
双酚A-环氧乙烷加合物(BPA-EO):34摩尔份
双酚A-环氧丙烷加合物(BPA-PO):15摩尔份
乙二醇(EG):1摩尔份
对苯二甲酸:16摩尔份
丁二酸:20摩尔份
当溶解单体时,开始搅拌,并且在添加0.04份的钛酸四丁酯之后,在将体系中的温度维持在200℃的同时使反应进行。在进行反应的过程中收集微量的样品并测定分子量,通过温度控制来控制反应的进行并在减压气氛下收集水。当重均分子量变为约20,000时,将14摩尔份的粉末状无水偏苯三酸投入,使得交联反应得以进行,由此获得所期望的聚酯树脂(2)。
[聚酯树脂(3)的合成]
以与在聚酯树脂(1)的情况下的相同的操作来获得所期望的聚酯树脂(3),不同之处在于:将单体改变成如下的单体:1,9-壬二醇:49份和1,10-十二烷二酸:51份。
[聚酯树脂颗粒分散液(1)的制备]
用锤磨机将通过上述合成操作得到的聚酯树脂(1)粗粉碎,然后使用粉碎的树脂颗粒,通过如下来制备树脂颗粒分散液。
首先,将用于溶解树脂的溶剂以下列比例装入2L的反应烧瓶中,该烧瓶配备有能够搅拌和混合的叶片、回流装置和带有真空泵的减压装置。
-乙酸乙酯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂):50份
-异丙醇(IPA:由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂):15份
然后,以0.2L/m的速率送入N2,用N2取代体系中的空气,同时逐渐装入100份的聚酯树脂(1)并在搅拌下溶解。通过加热将反应烧瓶维持在45℃并进行搅拌约1小时,直到聚酯树脂(1)溶解在溶剂中。
将10份10%的氨水(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂)逐滴加入其中,并且在确认氨水在树脂溶液中充分混合之后,使用计量泵装入250份的离子交换水。适当地控制离子交换水的滴加速率,使得在树脂溶液的表面上不残留添加的水。
滴加离子交换水后,使得体系的内部处于减压气氛下,然后在继续搅拌的同时蒸馏掉溶剂。在当通过蒸馏收集的混合溶剂的量相当于55份时,进一步在40℃下将80份的离子交换水添加至体系中并在减压气氛下进一步蒸馏掉溶剂。将当收集的混合溶剂的量达到180份时的时间点确定为终点,停止温度控制,并在搅拌下将整体冷却至常温。使用激光衍射/散射粒度分布测定装置(由Horiba,Ltd.制造,LA-920)来测定所得的树脂颗粒的粒径,由此获得了平均粒径为190nm的聚酯树脂颗粒分散液(1)。
通过与聚酯树脂(1)的情况中相同的操作,也将聚酯树脂(2)转化为平均粒径为195nm的聚酯树脂颗粒分散液(2)。
[聚酯树脂颗粒分散液(3)的制备]
用锤磨机将通过上述合成操作得到的聚酯树脂(3)粗粉碎并使用。
首先,将用于溶解树脂的溶剂以下列比例装入2L的反应烧瓶中,该烧瓶配备有能够搅拌和混合的叶片、回流装置和带有真空泵的减压装置。
-乙酸乙酯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂):60份
-异丙醇(IPA:由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂):20份
然后,以0.2L/m的速率送入N2,用N2取代体系中的空气,同时装入100份的聚酯树脂(3),通过加热将反应烧瓶维持在60℃并进行搅拌约1小时,直到聚酯树脂(3)溶解。
将15份10%的氨水(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造的试剂)逐滴加入其中,并且随后使用计量泵装入250份的加热至60℃的离子交换水。适当地控制离子交换水的滴加速率,使得在树脂溶液的表面上不残留添加的水。
滴加离子交换水后,使得体系的内部处于减压气氛下,然后在继续搅拌的同时蒸馏掉溶剂。在当通过蒸馏收集的混合溶剂的量相当于55份时,进一步在60℃下将50份的离子交换水添加至体系中并在减压气氛下进一步蒸馏掉溶剂。将当收集的混合溶剂的量达到150份时的时间点确定为终点,停止温度控制,并在搅拌下将整体冷却至常温。使用激光衍射/散射粒度分布测定装置(由Horiba,Ltd.制造,LA-920)来测定所得的树脂颗粒的粒径,由此获得了平均粒径为220nm的聚酯树脂颗粒分散液(3)。
[苯乙烯丙烯酸树脂颗粒分散液的制备]
将以下油层组分和水层1组分放在烧瓶(容器1)中并搅拌混合,以形成乳液。此外,将水层2组分装入另一烧瓶(容器2)中,容器2的内部完全用氮气取代,并在搅拌的同时在热水浴中,将容器2的内部加热直至75℃。
油层:
-苯乙烯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):31份
-丙烯酸正丁酯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):9.5份
-丙烯酸β-羧乙酯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):1.4份
-十二硫醇(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):0.4份
水层1:
-离子交换水:17.6份
-阴离子表面活性剂(Dowfax 2A1,由Dow制造):0.4份
水层2:
-离子交换水:49份
-阴离子表面活性剂(Dowfax 2A1,由Dow制造):0.1份
接着,向容器1中装入0.4份的乳液后,逐渐滴加0.5份10%的过硫酸铵(由WakoPure Chemical Industries,Ltd.制造)水溶液,以引发聚合。此外,在氮气流下,在3小时的时间段内将容器1中剩下的乳液逐渐滴加至容器2中,以进行乳液聚合。滴加结束后,在容器2中使反应在75℃下再进行3小时,以形成苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液。
使用激光衍射/散射粒度分布测定装置(由Horiba,Ltd.制造,LA-920)来测定所得树脂颗粒的粒径,由此获得了平均粒径为315nm的苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液(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DKS Co.,Ltd.制造]:2份
-离子交换水:80份
将上述组分混合,然后使用高压冲击型分散器Ultimizer[HJP30006,SUGINOMACHINE LIMITED]进行循环并分散1小时,由此获得了体积粒径为180nm、且固形物含量为20%的着色剂颗粒分散液。
-防粘剂分散液的制备-
-费托蜡[FNP-0090,熔融温度:90℃,由Nippon Seiro Co.,Ltd.制造]:50份
-阴离子表面活性剂[Neogen SC,由DKS Co.,Ltd.制造]:2份
-离子交换水:200份
将上述组分加热到120℃,并使用由IKA制造的Ultra Turrax T50进行混合/分散,然后在压力喷射型均化器中对所得物进行分散处理,由此获得体均粒径为200nm、固形物含量为20%的防粘剂颗粒分散液。
-调色剂颗粒(1)的制备-
-聚酯树脂颗粒分散液(1):150份
-聚酯树脂颗粒分散液(2):150份
-聚酯树脂颗粒分散液(3):50份
-着色剂颗粒分散液:40份
-防粘剂颗粒分散液:50份
-离子交换水:500份
将上述组分装入不锈钢制烧瓶中并在常温下搅拌混合。然后,在用0.5N硝酸水溶液将体系中的pH调节至5.0以下后,使用均质机(由IKA制造,Ultra Turrax T50)将整体充分混合。一点一点地滴加0.4份1.2%的硫酸铝水溶液,并在滴加后,将整体充分混合并分散。通过粒度测量确认没有任何粗粉末组分后,搅拌的同时在加热油浴中将烧瓶加热至48℃。在48℃下维持30分钟后,缓慢滴加以下树脂分散液的混合物。
-聚酯树脂颗粒分散液(1):75份
-聚酯树脂颗粒分散液(2):75份
此后,使用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液将体系中的pH调节至8.0,然后将不锈钢制烧瓶密封并在继续搅拌的同时加热至90℃,随后保持3小时。以这种方式,为了控制成所期望的形状,微调体系中的pH。反应结束后,以2℃/分钟的降温速率将整体冷却至室温,取出悬浮液,并在过滤(以除去粗粉末等)和用离子交换水清洗后,通过Nusche型吸滤法进行固液分离。在30℃下使用3L离子交换水进一步再分散并通过搅拌清洗15分钟。重复该清洗操作,并且当滤液的pH变为7.5且电导率变为6.7μS/cm时,进行最终的固液分离。然后,在真空下进行冷冻干燥以获得调色剂颗粒(1)。
调色剂颗粒(1)的体均粒径D50v为5.3μm且形状因子为129。
(调色剂颗粒(2)的制备)
-聚酯树脂颗粒分散液(1):130份
-聚酯树脂颗粒分散液(2):130份
-聚酯树脂颗粒分散液(3):45份
-着色剂颗粒分散液:45份
-防粘剂颗粒分散液:20份
-离子交换水:500份
将上述组分装入不锈钢制烧瓶中,并在常温下搅拌混合。然后,在用0.5N硝酸水溶液将体系中的pH调节至5.0以下后,使用均质机(由IKA制造,Ultra Turrax T50)将整体充分混合。一点一点地滴加0.4份1.2%的硫酸铝水溶液并在滴加后,将整体充分混合并分散。通过粒度测量确认没有任何粗粉末组分后,搅拌的同时在加热用油浴中将烧瓶加热至40℃。在42℃下维持30分钟后,分别缓慢地分几次滴加以下树脂分散液的混合物。
-聚酯树脂颗粒分散液(1):70份
-聚酯树脂颗粒分散液(2):70份
-防粘剂颗粒分散液:10份
此后,使用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液将体系中的pH调节至8.0,然后将不锈钢制烧瓶密封并在继续搅拌的同时加热至85℃,随后保持2小时。以这种方式,为了控制成所期望的形状,微调体系中的pH。反应结束后,以2℃/分钟的降温速率将整体冷却至室温,取出悬浮液,并在过滤(以除去粗粉末等)和用离子交换水清洗后,通过Nusche型吸滤法进行固液分离。在30℃下使用3L离子交换水进一步再分散并通过搅拌清洗15分钟。重复该清洗操作,并且当滤液的pH变为7.5且电导率变为6.7μS/cm时,进行最终的固液分离。然后,在真空下进行冷冻干燥以获得调色剂颗粒(2)。
调色剂颗粒(2)的体均粒径D50v为3.6μm且形状因子为127。
(调色剂颗粒(3)的制备)
-苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液:35份
-着色剂颗粒分散液:8份
-防粘剂颗粒分散液:12份
-离子交换水:100份
在将上述组分装入不锈钢制烧瓶中并搅拌后,用0.5N硝酸水溶液将体系中的pH调节至4.0以下。然后,使用均质机(由IKA制造,Ultra Turrax T50)将整体充分混合,一点一点地滴加0.2份的聚氯化铝(由Asada Chemical Industry Co.,Ltd.制造,PAC 100W)并将整体进一步充分分散。通过粒度测量确认没有任何粗粉末组分后,搅拌的同时在加热用油浴中将***内部加热至48℃。在该温度下维持30分钟后,将加热用油浴的温度进一步升高至50℃并在该温度下将整体维持1小时,由此获得聚集颗粒。然后,进一步添加15份的苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液并进行缓慢搅拌。
此后,使用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液将体系中的pH调节至中性区域,然后在继续搅拌的同时将整体加热至95℃并在该温度下保持5小时,以在加热下进行熔化。完成后,冷却烧瓶,取出悬浮液并用离子交换水充分清洗,通过Nusche型吸滤法进行固液分离。然后,在40℃下使用3L的离子交换水进一步再分散所得物并通过搅拌清洗15分钟。此清洗操作重复数次,之后通过Nusche型吸滤法进行固液分离并在真空下进行冷冻干燥以获得调色剂颗粒(3)。
调色剂颗粒(3)的体均粒径D50v为5.7μm且形状因子为131。
(调色剂颗粒(4)的制备)
-苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液:33份
-着色剂颗粒分散液:10份
-防粘剂颗粒分散液:13份
-离子交换水:101份
在将上述组分装入不锈钢制烧瓶中并搅拌后,用0.5N硝酸水溶液将体系中的pH调节至4.0以下。然后,在均质机中(由IKA制造,Ultra Turrax T50)将整体充分混合并在冰浴上冷却,一点一点地滴加0.25份的聚氯化铝(由Asada Chemical Industry Co.,Ltd.制造,PAC100W)并将整体进一步充分分散。通过粒度测量确认没有任何粗粉末组分后,搅拌的同时在加热用油浴上将***内部加热至35℃并在该温度下维持1小时,由此获得聚集颗粒。然后,进一步添加17份的苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液并进行缓慢搅拌。
此后,在使用浓度为0.5mol/L的氢氧化钠水溶液将体系中的pH调节至中性区域后,在继续搅拌的同时将整体加热至95℃并在该温度下保持5小时,以在加热下进行熔化。完成后,冷却烧瓶,取出悬浮液并用离子交换水充分清洗,并且通过Nusche型吸滤法进行固液分离。然后,在40℃下使用3L的离子交换水进一步再分散所得物并通过搅拌清洗15分钟。此清洗操作重复数次,之后通过Nusche型吸滤法进行固液分离并在真空下进行冷冻干燥以获得调色剂颗粒(4)。
调色剂颗粒(4)的体均粒径D50v为2.8μm且形状因子为109。
(调色剂颗粒(5)的制备)
(未改性聚酯树脂的制备)
-双酚A-环氧乙烷加合物(BPA-EO):180份
-双酚A-环氧丙烷加合物(BPA-PO):25份
-对苯二甲酸:210份
将上述单体装入充分干燥且经N2取代的三颈烧瓶中,在送入N2的同时将整体加热至190℃,随后进行充分混合。在加入0.1份的二丁基氧化锡后,将体系中的温度升高至220℃并在维持温度的同时进行反应。在反应过程中收集微量样品并测定分子量,同时通过温度控制来控制反应的进行并在减压气氛下收集水,由此获得了所期望的缩合物。
(聚酯预聚物的制备)
-双酚A-环氧乙烷加合物(BPA-EO):183份
-双酚A-环氧丙烷加合物(BPA-PO):24份
-对苯二甲酸:8份
-间苯二甲酸:80份
将上述单体装入充分干燥且经N2取代的三颈烧瓶中,在送入N2的同时将整体加热至190℃,随后进行充分混合。在加入0.5份的二丁基氧化锡后,将体系中的温度升高至220℃并在维持温度的同时进行反应。在反应过程中收集微量样品并测定分子量,同时通过温度控制来控制反应的进行并在减压气氛下收集水,由此获得了所期望的缩合物。然后,将温度降低至180℃,之后加入10份的邻苯二甲酸酐并且在搅拌的同时在减压气氛下反应3小时。
将350份的上述获得的缩合物、25份的异佛尔酮二异氰酸酯和450份的乙酸乙酯放入另一充分干燥且经N2取代的三颈烧瓶中,并在送入N2的同时该混合物在75℃下加热5小时,以获得具有异氰酸酯基的聚酯预聚物(以下称为“异氰酸酯改性的聚酯预聚物”)。
(酮亚胺化合物的制备)
-甲基乙基酮:20份
-异佛尔酮二胺:15份
将上述材料放入容器中并在55℃的加热下搅拌,以获得酮亚胺化合物。
(着色剂分散液的制备)
-青色颜料[颜料蓝15:3,由Dainichiseika Color&Chemicals Mfg.Co.Ltd.制造]:20份
-乙酸乙酯:75份
-Solsperse 5000(由Zeneca制造):1份
将上述组分混合并使用砂磨机进行溶解/分散,以获得颜料分散液。
(防粘剂分散液的制备)
-石蜡(熔融温度:89℃):30份
-乙酸乙酯:270份
在微珠式分散设备(DCP研磨机)中,将上述组分在10℃的冷却的状态下进行湿式粉碎,以获得防粘剂分散液。
(油相液体的制备)
-颜料分散液:40份
-膨润土(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):5份
-乙酸乙酯:55份
将上述组分放入并充分搅拌混合。向所获得的混合液体中,加入以下组分:
-未改性的聚酯树脂:135份
-防粘剂分散液:75份
并将整体充分搅拌以制备油相液体。
(苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液(2)的制备)
-苯乙烯:85份
-丙烯酸正丁酯:110份
-甲基丙烯酸:85份
-甲基丙烯酸聚氧化烯硫酸酯钠(ELEMINOL RS-30,由Sanyo ChemicalIndustries,Ltd.制造):10份
-十二硫醇:5份
将上述组分装入能够进行回流的反应容器中并充分搅拌混合。将650份的离子交换水和1份的过硫酸铵立即装入上述混合物中,并维持在室温以下的温度,同时在均质机(由IKA制造,Ultra Turrax T50)中进行整体分散和乳化,以形成白色乳液。在送入N2和搅拌的同时,将体系中的温度升高至75℃并继续乳液聚合5小时。此外,在逐渐滴加20份1%的过硫酸铵水溶液后,将整体在75℃下保持2小时,以完成聚合。
(水相液体的制备)
-苯乙烯-丙烯酸树脂颗粒分散液(2):60份
-2%的Serogen BS-H水溶液(CMC,DKS Co.,Ltd.):200份
-阴离子表面活性剂(Dowfax 2A1,由Dow制造):4份
-离子交换水:200份
将上述组分充分搅拌混合以制备水相液体。
-调色剂颗粒(5)的制备-
-油层液体:350份
-异氰酸酯改性的聚酯预聚物:30份
-酮亚胺化合物:1份
将上述组分装入圆底不锈钢制烧瓶中,并通过用均质机(由IKA制造,UltraTurrax T50)搅拌2小时来制备混合的油层液体,然后将900份的水层液体加入至烧瓶中,该整体通过均质机(8000rpm)以强制的方式立即进行约1分钟的乳化。然后,在常温以下,在常压(1atm)下使用桨式搅拌器将该乳液搅拌约15分钟,由此形成颗粒,并且聚酯树脂的尿素改性反应得以进行。此后,在减压下蒸馏掉或在常压下除去溶剂,同时在80℃下将整体搅拌7小时,以完成尿素改性反应。
在冷却至常温后,取出所形成的颗粒的悬浮液,并用离子交换水充分清洗以及通过Nusche型吸滤法进行固液分离。然后,在40℃下将所得物在离子交换水中进一步再分散,并在搅拌的同时清洗15分钟。该操作重复数次,之后通过Nusche型吸滤法进行固液分离并在真空下进行冷冻干燥,以获得调色剂颗粒(5)。
调色剂颗粒(5)的体均粒径D50v为6.2μm且形状因子为123。
(调色剂颗粒(6)的制备)
-苯乙烯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):82份
-丙烯酸正丁酯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):18份
-二乙烯基苯(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):0.7份
-十二硫醇(由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造):2份
-青色颜料[颜料蓝15:3,由Dainichiseika Color&Chemicals Mfg.Co.Ltd.制造]:7份
将上述材料放入不锈钢容器中并通过搅拌预混合,之后使用介质式分散机(颜料搅拌器)将整体充分分散,以形成聚合性单体组合物。此外,将以下组分装入圆底不锈钢制烧瓶中并加热至60℃。
-离子交换水:70份
-0.1mol/L Na3PO4水溶液:100份
-1N HCl水溶液:3份
然后,使用均质机(由M Technique Co.,Ltd.制造,Cleamix),在13,000rpm的转数的条件下,对上述混合液体进行分散和搅拌。将10份1.0mol/L的CaCl2水溶液逐渐加入其中,以制备含有Ca3(PO4)2的水性介质。在保持60℃的同时,将经分散的聚合性单体组合物装入Ca3(PO4)2分散液中并整体搅拌,直到实现均质化。通过均质机将其分散,同时将6份的四甲基丁基-过氧-2-乙基己酸酯(由NOF Corporation制造,商品名:Perocta O)逐渐加入到悬浮液中,以形成聚合性单体组合物的小液滴。
在能够进行回流的反应容器中进行搅拌的同时,通过外部加热将上述分散有液滴的悬浮液加热至90℃,由此进行聚合反应。在保持温度同时进行充分反应后,将整体冷却至室温,以形成着色树脂颗粒的悬浮液。然后,在室温下向其中滴加稀盐酸,以溶解和除去Ca3(PO4)2,并进行酸洗。用离子交换水充分清洗取出的悬浮液,并通过Nusche型吸滤法进行固液分离。然后,在40℃下将所得物在离子交换水中进一步再分散并通过搅拌清洗15分钟。该操作重复数次后,通过Nusche型吸滤法进行固液分离并在真空下进行冷冻干燥,以获得调色剂颗粒(6)。
调色剂颗粒(6)的体均粒径D50v为6.9μm且形状因子为105。
(调色剂颗粒(7)的制备)
-苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(共聚比(质量比)=79:21,重均分子量Mw=140,000,玻璃化转变温度Tg=58℃):87份
-青色颜料[颜料蓝15:3,由Dainichiseika Color&Chemicals Mfg.Co.Ltd.制造]:6份
-低分子量聚丙烯(软化温度:150℃):7份
将上述材料装入Henschel混合机中并预混合,然后在Bumbary搅拌机中将粉末混合物热捏合。取出所得物后,通过双螺杆轧辊将所得物轧制成板状并冷却,然后用锤子等将经捏合的产物进行粗破碎。使用锤磨机将粗破碎物进行细粉碎。此外,将尺寸为10μm以上的和尺寸为2.0μm以下的颗粒分级排除,以收集体均粒径为7.2μm的调色剂颗粒(7)。调色剂颗粒(7)的形状因子为141。
(调色剂颗粒(8)的制备)
在调色剂颗粒(7)的制备方法中,通过调整细粉碎后的分级排除条件,从而收集体均粒径为8.3μm的调色剂颗粒(8)。调色剂颗粒(8)的形状因子为147。
下文中,表1集中示出了调色剂颗粒(1)至(8)的细节。顺带提及,对于所获得的调色剂颗粒,通过已经提到的方法来测定体均粒径和平均圆度。
[表1]
Figure BDA0001131045770000621
[外部添加剂的制备]
(二氧化硅颗粒分散液(1)的制备)
将300份的甲醇和70份的10%的氨水装入配备有搅拌器、滴液喷嘴和温度计的1.5L的玻璃制的反应容器中,并使整体混合,以获得碱性催化剂溶液。
将碱性催化剂溶液调节至30℃,之后在搅拌下向其中同时滴加185份的四甲氧基硅烷(记为TMOS)和50份的8.0%的氨水,以得到亲水性二氧化硅颗粒分散液(固形物浓度:12.0质量%)。在此,滴加时间为30分钟。
此后,通过旋转过滤器R-Fine(Kotobuki Industries Co.,Ltd.制造)使得到的二氧化硅颗粒分散液浓缩至固形物浓度为40质量%。将该浓缩物作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)
以与制备二氧化硅颗粒分散液(1)相同的方式制备二氧化硅颗粒分散液(2)至(8),不同之处在于,根据表2分别改变二氧化硅颗粒分散液(1)制备中的碱性催化剂溶液(甲醇含量和10%氨水的含量)和二氧化硅颗粒形成条件(待滴加至碱性催化剂溶液中的TMOS和8%氨水的总滴加量以及滴加时间)。
下表2集中示出了二氧化硅颗粒分散液(1)至(8)的细节。[表2]
Figure BDA0001131045770000631
(经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备)
如下所示,使用二氧化硅颗粒分散液(1),在超临界二氧化碳气氛下,利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒进行表面处理。顺带提及,对于表面处理,使用配备有二氧化碳气缸、二氧化碳泵、夹带剂泵(entrainer pump)、装有搅拌器的高压釜(容量:500mL)和装有压力阀的装置。
首先,将250份的二氧化硅颗粒分散液(1)装入装有搅拌器的高压釜(容量:500mL)中,并且使搅拌器以100rpm旋转。然后,将液化二氧化碳注入到高压釜中,在通过加热器使温度升高的同时,通过二氧化碳泵使压力升高,由此高压釜的内部达到150℃和15MPa的超临界状态。在利用压力阀使高压釜内保持在15Mpa的同时,利用二氧化碳泵使超临界二氧化碳流通,以从二氧化硅颗粒分散液(1)中去除甲醇和水(溶剂除去步骤),由此获得二氧化硅颗粒(未经处理的二氧化硅颗粒)。
接着,当流通的超临界二氧化碳的量(累积量:以标准状态下的二氧化碳的分布量测定)达到900份的时后,停止超临界二氧化碳的流通。
此后,在通过加热器将温度保持为150℃并通过二氧化碳泵将压力维持在15MPa,并在高压釜内部保持二氧化碳的超临界状态的情况下,相对于100份的上述二氧化硅颗粒(未经处理的二氧化硅颗粒),通过夹带剂泵将处理剂溶液注入高压釜中,然后在搅拌下,使其在180℃下反应20分钟,其中该处理剂溶液是预先通过将作为硅氧烷化合物的粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO,商标名:“KF-96(由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)”)0.3份溶解于20份的作为疏水化处理剂的六甲基二硅氮烷(HMDS,由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)而获得的。然后,再次使超临界二氧化碳流通,从而去除多余的处理剂溶液。然后停止搅拌,通过打开压力阀使高压釜中的内部压力降为大气压,并使高压釜中的温度降至室温(25℃)。
如此,依次进行了溶剂除去步骤以及利用硅氧烷化合物的表面处理,从而得到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)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方法制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S2)至(S5)、(S7)至(S9)和(S12)至(S17),不同之处在于,根据表3改变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)、以及疏水化处理剂及其添加量)。
(经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)的制备)
使用与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)中所用的二氧化硅颗粒分散液(1)相同的分散液,按照以下方式在空气气氛下利用硅氧烷化合物对二氧化硅颗粒进行表面处理。
将酯适配器(ester adapter)和冷却管安装在与二氧化硅颗粒分散液(1)的制备中所使用的容器上。在60℃至70℃下加热二氧化硅颗粒分散液(1),并且当蒸馏掉甲醇时,向其中加入水。此外,将得到的分散液在70℃至90℃下加热以蒸馏掉甲醇,由此得到二氧化硅颗粒的水性分散液。在室温下,相对于水性分散液中的100份的二氧化硅固形物,添加3份的甲基三甲氧基硅烷(MTMS:由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造),并使整体反应2小时,以进行二氧化硅颗粒的表面处理。向经表面处理的分散液中添加甲基异丁基酮,之后在80℃至110℃下加热该整体以去除其中的甲醇,然后,相对于所获得的分散液中的100份二氧化硅固形物,加入80份的六甲基二硅氮烷(HMDS:由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)和作为硅氧烷化合物的粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO,商标名:“KF-96(由Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.制造)”)1.0份,接着在120℃下反应3小时,冷却后,通过喷雾干燥来干燥产物,从而得到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)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S10),不同之处在于,使用热解二氧化硅OX50(AEROSIL OX50,由Japan AerosilCo.,Ltd.制造)代替二氧化硅颗粒分散液(1)。即,将100份的OX50装入到装有搅拌器的高压釜中,该高压釜与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)所使用的高压釜相同,并且使搅拌器以100rpm旋转。此后,将液化二氧化碳注入到高压釜中,并且在通过加热器使温度升高的同时通过二氧化碳泵使压力升高,由此使高压釜的内部达到180℃和15MPa的超临界状态。利用压力阀使高压釜内的压力保持在15MPa的同时,通过夹带剂泵将处理剂溶液注入高压釜中,然后在搅拌下,使其在180℃下反应20分钟,其中该处理剂溶液是预先通过将作为硅氧烷化合物的粘度为10,000cSt的二甲基硅油(DSO,商标名:“KF-96(由Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.制造)”)0.3份溶解于20份的作为疏水化处理剂的六甲基二硅氮烷(HMDS,由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)而获得的。此后,使超临界二氧化碳流通,从而去除多余的处理剂溶液,由此得到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)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S11),不同之处在于,使用热解二氧化硅A50(AEROSIL A50,由Japan Aerosil Co.,Ltd.制造)代替二氧化硅颗粒分散液(1)。即,将100份的A50装入到配备有搅拌器的高压釜中,该高压釜与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)所使用的高压釜相同,并且使搅拌器以100rpm旋转。此后,将液化二氧化碳注入到高压釜中,并且在通过加热器温度升高的同时通过二氧化碳泵使压力升高,直到高压釜的内部达到180℃和15MPa的超临界状态。利用压力阀使高压釜内的压力保持在15MPa的同时,通过夹带剂泵将处理剂溶液注入高压釜中,然后在搅拌下,使其在180℃下反应20分钟,其中该处理剂溶液是预先通过将作为硅氧烷化合物的粘度为10,000cSt的二甲基硅油(由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)1.0份溶解于40份的作为疏水化处理剂的六甲基二硅氮烷(HMDS,由Yuki Gosei Kogyo Co.,Ltd.制造)中而获得的。此后,使超临界二氧化碳流通,从而去除多余的处理剂溶液,由此得到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)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC1),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的制备中,不添加任何硅氧烷化合物。
(经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)至(SC4)的制备)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC2)至(SC4),不同之处在于,根据表4所示分别改变经表面处理的二氧化硅颗粒(S1)的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)、疏水化处理剂及其添加量)。
(经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5)的制备)
按照与制备经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)相同的方式制备经表面处理的二氧化硅颗粒(SC5),不同之处在于,在经表面处理的二氧化硅颗粒(S6)的制备中,不添加任何硅氧烷化合物。
(经表面处理的二氧化硅颗粒(SC6)的制备)
将二氧化硅颗粒分散液(8)过滤并在120℃下干燥后,将所得物置于电炉中并在400℃下燃烧6小时。此后,向100份的二氧化硅颗粒中喷洒10份的HMDS,并通过喷雾干燥来干燥,从而制备了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物理性质)
对于获得的经表面处理的二氧化硅颗粒,通过上面已经描述的方法对平均圆当量直径、平均圆度、附着到未经处理的二氧化硅颗粒的硅氧烷化合物的量(在表中记为“表面附着量”)、压缩聚集度、颗粒压缩比和颗粒分散度进行测量。
下文中,表3和表4以列表的形式示出了经表面处理的二氧化硅颗粒的细节。顺带提及,表3和表4中的缩写形式表示以下化合物。
-DSO:二甲基硅油
-HMDS:六甲基二硅氮烷
Figure BDA0001131045770000681
Figure BDA0001131045770000691
[实施例1至40和比较例1至6]
相对于表5所示的100份调色剂颗粒,通过添加表5所示的0.2份的二氧化硅颗粒,并在Henschel混合器中以2,000rpm混合3分钟,从而获得各个实施例的调色剂。
然后,将得到的各调色剂和载体以调色剂/载体=5/95(质量比)的比例装入到V型共混机中并搅拌20分钟,由此得到各显影剂。
顺带提及,作为载体,使用以下方式制备在载体。由于控制对应于各调色剂的充电量和电阻值水平,所以有时适当改变涂覆树脂组成、炭黑的量、涂覆量等,但是所有载体通过相同的方法来制造。
-铁氧体颗粒(体均粒径:35μm):100份
-甲苯:14份
-苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物:2份
(组分比:90/10,Mw=80,000)
-炭黑(VXC-72:由Cabot Corporation制造):0.2份
首先,将铁氧体颗粒以外的上述成分用搅拌器搅拌10分钟以制成涂布分散液。接着,将该涂布分散液和铁氧体颗粒装入真空除气型捏合机中,并在60℃下搅拌30分钟,之后进一步加热的同时,将该混合物进行减压脱气并干燥,由此得到了载体。
[评价]
对于各实施例中的显影剂,评价了调色剂的带电保持性和感光体表面上的成膜现象。其结果示于表5中。
(调色剂的带电保持性)
在以下描述的感光体表面上成膜现象的评价中,通过吹断(blow-off)带电量测定机(由Toshiba Chemical Corporation制造,TB-200)来测量成像前的调色剂的初始带电量和成像后,调色剂在不同时间下的带电量(输出至5,000张后、输出至10,000张后以及输出至20,000张后的调色剂的带电量)。
然后,基于以下式,根据评价标准来评价带电保持性。
-式:带电保持性(%)=(1-(调色剂在不同时间下的带电量/调色剂的初始带电量))×100
顺带提及,考虑到显影剂中的调色剂浓度,调色剂的带电量为校正值。
评价标准如下所示。
A(优异):7%以下
B(良好):大于7%且12%以下
C(中等):大于12%且17%以下
D(差):大于17%
(感光体表面上的成膜现象)
将各实施例中获得的显影剂装入成像装置ApeosPort IV-C5570(由Fuji XeroxCo.,Ltd制造)改装机的显影装置中。利用该成像装置,在温度为22℃且湿度为55RH的环境下,在30,000张A4大小的纸上输出图像密度为5%的图案图像。同时,每输出5000张纸,则通过激光显微镜来观察感光体的表面,并根据以下标准来评价感光体的表面上的成膜状态(在观察视野中存在的条状或点状附着物的图像处理后的面积比)。此外,对于成膜状态为面积比大于20%的样品停止进行评价。
A:面积比为5%以下
B:面积比为大于5%且10%以下
C:面积比为大于10%且20%以下
D:面积比为大于20%
顺带提及,在当完成5,000张输出时,评价为C以上的情况下,将该情况设定为可接受的范围。
[表5]
Figure BDA0001131045770000721
由上述结果可以发现:与比较例相比,本发明实施例中的调色剂的带电保持性高且抑制了感光体表面上的成膜现象。
特别地,在实施例1至5和14中,其中使用压缩聚集度为70%至95%且颗粒压缩比为0.28至0.36的二氧化硅颗粒作为外部添加剂,可以发现:与其他实施例相比,实施例1至5和14中的调色剂的带电保持性高且抑制了感光体表面上的成膜现象。
此外,在实施例1至20中,其中使用了聚集凝结的调色剂颗粒,可以发现:与使用通过其他方法制备的调色剂颗粒的实施例相比,实施例1至20中的调色剂的带电保持性高且抑制了感光体表面上的成膜现象。
[调色剂颗粒的制备]
(调色剂颗粒(2-1)的制备)
-苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(共聚比(质量比)=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
将上述材料在Henschel混合机中混合,然后所得物在挤出机中热捏合。冷却后,将捏合物粗破碎/细粉碎并将粉碎物分级,以获得均粒径为6.5μm的调色剂颗粒(2-1)。
(调色剂颗粒(2-2)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
将上述单体装入烧瓶中,在一小时内加热至200℃,在确认搅拌反应体系的内部后,装入1.2份的二丁基氧化锡。此外,在将形成的水蒸馏除去的同时,在6小时内将温度从上述温度升温至240℃并在240℃下继续进行脱水缩合反应4小时,由此获得酸值为9.4mgKOH/g、重均分子量为13,000、且玻璃化转变温度为62℃的聚酯树脂A。
然后,将熔融状态的聚酯树脂A以每分钟100份的速率输送到Cavitron CD1010(由Eurotec Co.,Ltd.制造)。将通过用离子交换水稀释氨水试剂而获得的浓度为0.37%的稀释氨水装入到单独制备的水性介质槽中,在使用热交换器加热至120℃的同时,以0.1升每分钟的速率将其与聚酯树脂熔融体一起输送到前述Cavitron中。在以下条件下运行Cavitron:转子的转速为60Hz,且压力为5kg/cm2,由此得到聚酯树脂颗粒分散液(1),其中分散的树脂颗粒的体均粒径为160nm,固形物含量为30%,玻璃化转变温度为62℃且重均分子量Mw为13,000。
-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DKS Co.,Ltd.制造]:2份
-离子交换水:80份
将上述组分混合,并使用高压冲击型分散器Ultimizer[HJP30006,SUGINOMACHINE LIMITED]进行分散1小时,从而获得了体均粒径为180nm、且固形物含量为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:84℃,由Toa Kasei Co.,Ltd.制造]:50份
-阴离子表面活性剂[Neogen SC,由DKS Co.,Ltd.制造]:2份
-离子交换水:200份
将上述组分加热到120℃,并在由IKA制造的Ultra Turrax T50中进行混合/分散,然后使用压力排出型均化器对所得物进行分散处理,从而获得体均粒径为200nm且固形物含量为20%的防粘剂颗粒分散液。
-调色剂颗粒(2-2)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
将上述组分装入不锈钢制烧瓶中并利用由IKA制造的Ultra Turrax进行搅拌混合,然后在搅拌下,在加热用油浴中加热至48℃。将其在48℃下保持30分钟后,进一步添加70份的聚酯树脂颗粒分散液(1)。
此后,使用0.5mol/L浓度的氢氧化钠水溶液将反应体系的pH调节至8.0,将搅拌轴上的密封为磁力密封的不锈钢制烧瓶密封,并在继续搅拌的同时加热至90℃,随后维持3小时。反应结束后,以2℃/分钟的降温速度将整体冷却至室温,并在过滤和用离子交换水清洗后,通过Nutsche型抽滤进行固液分离。使用3L 30℃下的离子交换水进行进一步再分散并以300rpm搅拌清洗15分钟。该清洗操作再重复6次,并当滤液的pH变为7.54、导电率变为6.5μS/cm时,按照Nutsche型抽滤法,使用滤纸No.5A进行固液分离。随后对其进行持续真空干燥12小时,从而获得了调色剂颗粒(2-2)。
调色剂颗粒(2-2)的体均粒径D50v为5.8μm和平均圆度为0.967。
(中阻颗粒)
作为中阻颗粒,表6中示出了制备的各无机氧化物颗粒的类型、体积电阻率和平均圆当量直径。顺带提及,在表6中的“类型”栏中示出的份表示:相对于颗粒,表面处理试剂的处理量的份数。
[表6]
Figure BDA0001131045770000761
[实施例2-1至2-28,比较例2-1至2-8]
向表7所示的100份调色剂颗粒中,以表7中所示的份数量添加表7所示的二氧化硅颗粒和中阻颗粒,并在Henschel混合器中以2,000rpm将整体混合3分钟,从而获得各个实施例的调色剂。
然后,将得到的各调色剂和载体以调色剂/载体=5/95(质量比)的比例装入到V型共混机中并搅拌20分钟,由此得到各显影剂。
顺带提及,作为载体,使用以下方式制备。
-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
(组分比:90/10,Mw=80,000)
-炭黑(R330:由Cabot Corporation制造):0.2份
首先,将铁氧体颗粒以外的上述成分用搅拌器搅拌10分钟以制成涂布分散液。接着,将该涂布液和铁氧体颗粒装入真空除气型捏合机中并在60℃下搅拌30分钟,之后在进一步加热的同时,将该混合物进行减压脱气并干燥,由此得到了载体。
[评价]
对于各实施例中的显影剂,评价了“密度/成雾现象”。其结果示于表7中。
(密度/成雾现象的评价)
将各实施例中获得的显影剂填充到成像装置(由Fuji Xerox Co.,Ltd.制造的DocuCentre-V C7785的改装机)的显影装置中。利用该成像装置,在温度为30℃且湿度为90%RH的环境下,在3,000张A4大小的纸上输出图像密度为2%的图像。此后,输出实心补丁并通过X-rite测量密度。基于图像密度来评价密度再现性。此外,在20,000张A4大小的纸上输出图像密度为80%的图像。同时,在输出至10,000张后、输出至15,000张后以及输出至20,000张后,使装置停止运行,将感光体上的非图像部分转印至胶带上,并通过X-rite测量胶带的图像密度。基于图像密度来评价感光体上的成雾现象。
另一方面,在使装置停止运行之前,即刻用肉眼观察纸上输出的非图像部分,并根据以下标准来评价纸上的成雾现象。
密度再现性的评价标准如下所示。
良好:密度为1.45以上。
差:密度小于1.40
感光体和纸上的成雾现象的评价标准如下所示。
G7:在完成20,000张后,不能在感光体和纸上确认成雾现象。
G6:在完成20,000张后,不能在纸上确认成雾现象,但是能在感光体上确认成雾现象。
G5:在完成15,000张后,不能在感光体和纸上确认成雾现象。
G4:在完成15,000张后,不能在纸上确认成雾现象,但是能在感光体上确认成雾现象。
G3:在完成10,000张后,不能在感光体和纸上确认成雾现象。
G2:在完成10,000张后,不能在纸上确认成雾现象,但是能在感光体上确认成雾现象。
G1:在完成10,000张后,能在纸上确认成雾现象。
顺带提及,将评价达到G2的情况设定为可接受的范围。此外,在完成10,000张后,在能在纸上确认成雾现象的情况下,不进行进一步的评价。
[表7]
Figure BDA0001131045770000781
由上述结果可以发现:与比较例2-1至2-8相比,实施例2-1至2-28抑制了成雾现象的产生。此外,在实施例2-1至2-28中,可以发现调色剂的带电保持性高。然而,经确认:与实施例2-1至2-9和2-12至2-28相比,实施例2-10和2-11中的机器中的污染(staining)劣化。
特别地,在实施例2-1至2-5和2-14中,其中使用压缩聚集度为70%至95%且颗粒压缩比为0.28至0.36的二氧化硅颗粒作为外部添加剂,可以发现:与实施例2-6至2-13和2-15至2-28相比,实施例2-1至2-5和2-14抑制了感光体和纸上的成雾现象的产生。

Claims (17)

1.一种静电荷图像显影用调色剂,包含:
调色剂颗粒;以及
压缩聚集度为60%至95%、颗粒压缩比为0.24至0.40且平均圆当量直径为50nm至200nm的二氧化硅颗粒,
该二氧化硅颗粒中粘度为1,000cSt至50,000cSt的硅氧烷化合物的表面附着量为0.01质量%至5质量%。
2.根据权利要求1所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒的体均粒径为3.0μm至8.0μm。
3.根据权利要求1或2所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒的颗粒分散度为90%以上100%以下。
4.根据权利要求1所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述硅氧烷化合物为硅油。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其包含体积电阻率为1.0×108Ωcm至1.0×1015Ωcm的无机氧化物颗粒。
6.根据权利要求5所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述二氧化硅颗粒的平均圆当量直径大于所述无机氧化物颗粒的平均圆当量直径。
7.根据权利要求5或6所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述无机氧化物颗粒为二氧化钛颗粒。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述无机氧化物颗粒的平均圆当量直径为7nm至50nm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒包含聚酯树脂。
10.根据权利要求9所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的玻璃化转变温度为50℃至80℃。
11.根据权利要求9或10所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的重均分子量Mw为5,000至1,000,000。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的数均分子量Mn为2,000至100,000。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述聚酯树脂的分子量分布Mw/Mn为1.5至100。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂,其中所述调色剂颗粒包含熔融温度为50℃至110℃的防粘剂。
15.根据权利要求14所述的静电荷图像显影用调色剂,其中基于全部调色剂颗粒,所述防粘剂的含量为1质量%至20质量%。
16.一种静电荷图像显影剂,其包含根据权利要求1至15中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂。
17.一种调色剂盒,其容纳根据权利要求1至15中任一项所述的静电荷图像显影用调色剂并且能够从成像装置上拆卸下来。
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