JP2007099582A - 高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子、その製造方法、該微粒子からなる静電荷像現像用トナー外添剤および該トナー外添剤を用いた現像剤 - Google Patents
高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子、その製造方法、該微粒子からなる静電荷像現像用トナー外添剤および該トナー外添剤を用いた現像剤 Download PDFInfo
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Abstract
高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子及びその製造方法、並びにトナーの流動性、耐ケーキング性、定着性、クリーニング性、帯電量の環境安定性等に優れる電子写真法に有用な静電荷像現像用トナー外添剤及び該トナー外添剤を含む現像剤を提供する。
【解決手段】
ヒドロカルビルオキシシランを加水分解縮合して得られた親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理して得られた、疎水化度50以上、1次粒子の平均粒子径0.01〜5μmの疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を加熱処理し、疎水化度が50未満の熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を得る工程と、該熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理する工程とを含む、疎水化度50以上、1次粒子の平均粒子径0.01〜5μmの高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の製造方法、及びこうして得られたシリカ微粒子、該シリカ微粒子からなるトナー外添剤、該トナー外添剤を含む現像剤。
【選択図】 なし
Description
本発明で加熱処理に付される疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子は、ヒドロカルビルオキシシランもしくはその部分加水分解縮合生成物またはそれらの組み合わせを加水分解および縮合することによって得られた親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理して得られた、疎水化度が50以上であり、1次粒子の平均粒子径が0.01〜5μmである疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子である。
加熱処理に付される疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子は、上述のとおりであるが、ヒドロカルビルオキシシラン、好ましくはテトラヒドロカルビルオキシシラン、もしくはその部分加水分解縮合生成物またはそれらの組み合わせを加水分解および縮合すること(以下、「ステップA」という)によって得られた本質的にSiO2単位からなる親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面に、R3 3SiO1/2単位[式中、R3は同一または異なり、置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基であり、具体的には後述の一般式(3)で説明するとおりである。]を導入する工程を含む疎水化処理(以下、「ステップB」という)によって調製することが好ましい。
ステップAは、例えば、下記一般式(1):
Si(OR1)4 (1)
[式中、R1は同一または異なり、炭素原子数1〜6の1価炭化水素基である]
で表される4官能性シラン化合物もしくはその部分加水分解縮合生成物またはそれらの組み合わせを、塩基性物質を含む親水性有機溶媒と水との混合液中で加水分解および縮合して、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を生成させる工程であることが好ましい。
R2OH (2)
[式中、R2は炭素原子数1〜6の1価炭化水素基である]
で表されるアルコールが挙げられる。
ステップBは、上記親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面に疎水化処理を行う工程である。
R3 3SiNHSiR3 3 (3)
[式中、R3は同一または異なり、置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基である]
で表されるシラザン化合物、または下記一般式(4):
R3 3SiX (4)
[式中、R3は上記と同じであり、XはOH基または加水分解性基である]
で表される1官能性シラン化合物、あるいはこれらの組み合わせを添加し、上記親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子表面に残存する反応性基をトリオルガノシリル化する工程が好ましい。
本発明の別の実施形態では、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面にR3 3SiO1/2単位を導入する前に、該表面にR4SiO3/2単位(式中、R4は置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基を表し、具体的には後述の一般式(5)で説明するとおりである。)を導入して表面処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を得た後、該表面処理ゾルゲルシリカ微粒子の表面にR3 3SiO1/2単位を導入することによって、疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を得ることもできる。ここでは、上記方法により調製された親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を用いた方法を一例として説明するが、別の親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を用いる場合には、まず、前述のアルコール混合溶媒等の親水性有機溶媒−水の混合溶媒分散液とするか、親水性シリカ微粒子水性分散液とするか、または炭化水素系溶媒、芳香族系溶媒、ケトン系溶媒等の分散液とした後に、以下の工程を行うことが好ましい。
R4Si(OR5)3 (5)
[式中、R4は置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基であり、R5は同一または異なり、炭素原子数1〜6の1価炭化水素基である]
で表される3官能性シラン化合物もしくはその部分加水分解縮合生成物またはそれらの組み合わせを添加し、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面を処理して、表面処理球状ゾルゲルシリカ微粒子水性分散液を得ることを有する工程が好ましい。この3官能性シラン化合物、その部分加水分解縮合生成物は、各々、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
本発明の静電荷像現像用トナー外添剤は、1次粒子の平均粒子径が0.01〜5μmであり、疎水化度が50以上である高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子からなるものである。この高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子は、前述の疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を、加熱処理し、疎水化度が50未満の熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を得る工程(以下、「ステップC」という)と、該熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理する工程(以下、「ステップD」という)とを含む方法によって得られる。
出発原料である疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を加熱処理する工程は、処理後に得られる熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子の疎水化度が50未満となるような条件で行えばよい。具体的には、粒子表面の疎水化基が熱分解して表面シラノール基を生成する加熱条件であれば、目的とする粒子表面近傍および粒子内部のシラノール基を熱縮合させてシラノール基を低減させることができると考えられる。この観点から、熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子の疎水化度が50未満である必要がある。この疎水化度が50以上である場合には、粒子表面近傍および粒子内部のシラノール基の熱縮合が不十分となることがある。
上記熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理する工程は、処理後に得られる高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の疎水化度が50以上であり、1次粒子の平均粒子径が0.01〜5μmとなるような条件で行えばよい。具体的には、熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を、シリコーンオイル、シラザン化合物もしくはシラン化合物またはこれらの組み合わせからなる疎水化剤によって疎水化処理することが好ましい。
で表わされるシリコーンオイル等が挙げられる。
これらの疎水化剤は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
こうして製造された高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子は、トナー外添剤、特には静電荷像現像用トナー外添剤として使用される。このトナー外添剤は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。
[シリカ微粒子の1次粒子の平均粒子径測定]
メタノールにシリカ微粒子を質量比で1:0.005となるよう添加した後、超音波照射器により該シリカ微粒子をメタノール中に分散させた。このように処理したシリカ微粒子の粒度分布をレーザー回折散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製、商品名:LA910)で測定し、その平均粒子径を求めた(こうして求められた平均粒子径は、所謂、体積平均粒子径である)。なお、電子顕微鏡を用いて前記シリカ微粒子の平均粒子径を測定し、前記装置による測定結果から求めた平均粒子径と比較して、それらの値が一致していることを確認し、さらに該シリカ微粒子の凝集が生じていないことを確認することにより、該平均粒子径が1次粒子のものであると判断した。
疎水化度の測定は、メタノール滴定試験により行った。具体的には、水50ml中に添加されたシリカ微粒子0.2gの全量が湿潤されるまで、シリカ微粒子混合液を攪拌しながらビュレットからメタノールを滴下して滴定し、その終点でのメタノールと水との混合物中におけるメタノールの百分率により表される値を疎水化度とした。
−親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の合成−
攪拌機と、滴下ロートと、温度計とを備えた3リットルのガラス製反応器にメタノール623.7gと、水41.4gと、28質量%アンモニア水49.8gとを入れて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、攪拌しながらテトラメトキシシラン1163.7g(7.65モル)および5.4質量%アンモニア水418.1gを同時に添加し始め、テトラメトキシシランは6時間かけて、アンモニア水は5時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後も、さらに0.5時間攪拌を継続して加水分解を行うことにより、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子のメタノール−水分散液を得た。次いで、ガラス製反応器にエステルアダプターと冷却管とを取り付け、前記分散液を60〜70℃に加熱してメタノール1200gを留去し、その後、水1200gを添加した。次いで、得られた分散液を70〜90℃まで加熱してメタノール484gを留去することにより、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の水性分散液を得た。
この水性分散液に室温でメチルトリメトキシシラン11.6g(0.085モル)を0.5時間かけて滴下し、滴下後も12時間攪拌を継続し、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子表面を疎水化処理することにより、T単位処理球状ゾルゲルシリカ微粒子の水性分散液を得た。
−親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の合成−
攪拌機と、滴下ロートと、温度計とを備えた3リットルのガラス製反応器にメタノール693.0gと、水46.0gと、28質量%アンモニア水55.3gとを添加して混合した。得られた溶液を35℃に調整し、攪拌しながらテトラメトキシシラン1293.0g(8.5モル)および5.4質量%アンモニア水464.5gを同時に添加開始し、前者は6時間、そして後者は4時間かけて滴下した。滴下後も0.5時間攪拌を続け、加水分解を行い、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子のメタノール−水分散液を得た。
このメタノール−水分散液に室温でヘキサメチルジシラザン547.4g(3.39モル)を添加し、60℃に加熱し、3時間反応させ、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子をトリメチルシリル化した。その後、分散液中の溶媒を減圧下で留去して1次粒子の平均粒子径が0.12μm、疎水化度が58の疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子(2)553.0gを得た。
−疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の加熱処理−
疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子(1)100gを350℃の電気炉に入れ、1時間熱処理した。疎水化度が41の熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子99.2gを得た。
得られた熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子70gを250mlポリビンに入れ、ここに水0.7gを入れた後、密封し50℃で21時間放置した。次いで、放冷した後、室温で疎水化剤としてヘキサメチルジシラザン3.5g(0.018モル)を添加・混合した後、密封し50℃で3日間放置した。その後、開放下、100℃で16時間乾燥させ、1次粒子の平均粒子径が0.11μm、疎水化度が52の高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子65.9gを得た。この高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を用いて、以下の基準に従って、試験を行った。得られた結果は表1に示す。
ガラス転移点(Tg)60℃、軟化点110℃のポリエステル樹脂96質量部と、色剤(商品名:カーミン6BC、住化カラー(株)製)4質量部とを溶融しながら混練し、粉砕し、分級した後、平均粒子径7μmのトナーを得た。このトナー10gに、高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子0.3gをサンプルミルにより混合し、外添剤混合トナーを得た。この外添剤混合トナーの凝集度を以下の方法で算出した。
凝集度とは、粉体の流動性を表す値である。凝集度は、パウダーテスタ(ホソカワミクロン株式会社製)と、200メッシュ(即ち、目開き75μm)、100メッシュ(即ち、目開き150μm)および60メッシュ(即ち、目開き250μm)のふるいをこの順序で下から重ねた三段のふるいを用いて測定した。測定手段は、5gのトナーからなる粉体を三段ふるいの上段の60メッシュのふるいの上にのせ、パウダーテスタに2.5Vの電圧を印加して15秒間三段ふるいを振動させ、その後、60メッシュのふるいに残留した粉体質量a(g)と、100メッシュのふるいに残留した粉体質量b(g)と、200メッシュのふるいに残留した粉体質量c(g)とから、下記式によって凝集度(%)を算出する方法である。
凝集度が小さいほど流動性が良好であり、凝集度が大きいほど流動性が不良であると評価できる。
上記外添剤混合トナー3質量部と、キャリアであるフェライト(商品名:FL100、パウダーテック社製)97質量部とを混合して二成分現像剤を調製した。これを用いて、以下の方法で、トナー帯電量を測定し、感光体へのトナー付着を評価した。
前記二成分現像剤を高温高湿(30℃、90%RH)と低温低湿(10℃、15%RH)の各条件下に1日放置した後、同一条件下で十分に混合し、摩擦帯電を行った。それぞれの試料の帯電量を同一条件下でブローオフ粉体帯電量測定装置(東芝ケミカル(株)製、TB-200型)を用いて測定した。
前記現像剤を、有機感光体を備えた二成分改造現像機に入れ、30000枚のプリントテストを実施した。このとき、感光体へのトナーの付着は、全ベタ画像での白抜けとして感知できる。ここで、白抜けの程度は、白抜け個所の数が10個以上/cm2を「多い」、1〜9個/cm2を「少ない」、0個/cm2を「なし」と評価した。
実施例1において、疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子、その熱処理条件および疎水化処理に用いる疎水化剤を表1に示すとおりに代えた以外は実施例1と同様にして、高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を調製し、その試験を行った。得られた結果は表1に示す。
−親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の合成−
攪拌機と、滴下ロートと、温度計とを備えた3リットルのガラス製反応器にメタノール693.0g、水46.0g、28質量%アンモニア水55.3gを添加して混合した。得られた溶液を35℃に調整し、攪拌しながらテトラメトキシシラン1293.0g(8.5モル)および5.4質量%アンモニア水464.5gを同時に添加開始し、前者は6時間、そして後者は4時間かけて滴下した。滴下後も0.5時間攪拌を続け、加水分解を行い、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子のメタノール−水分散液を得た。
得られたメタノール−水分散液に室温でヘキサメチルジシラザン48.4g(0.3モル)を添加し、60℃に加熱し、3時間反応させ、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子をトリメチルシリル化した。その後、この分散液中の溶媒を減圧下で留去して、1次粒子の平均粒子径が0.12μm、疎水化度が43の疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子(3)548.3gを得た。
攪拌機と温度計とを備えた0.3リットルのガラス製反応器に爆燃法シリカ(商品名:SO-C1、アドマテクス社製)100gを仕込み、純水1gを攪拌下で添加し、密閉後、さらに60℃で10時間攪拌した。次いで、室温まで冷却した後、HMDS2gを攪拌下で添加し、密閉後、さらに24時間攪拌した。120℃に昇温し、窒素ガスを通気しながら残存原料および生成したアンモニアを除去し、疎水化度が58、1次粒子の平均粒子径が0.3μmの疎水性球状シリカ微粒子(5)100gを得た。
実施例1において、シリカ微粒子、その熱処理条件および疎水化処理に用いる疎水化剤を表2または3に示すとおりに代えた以外は実施例1と同様にして、高疎水性シリカ微粒子を調製し、その試験を行った。得られた結果は表1に示す。
*シリカ微粒子(6):沈降法シリカ表面を疎水化処理した疎水性シリカ(商品名:ニプシルSS50F、日本シリカ(株)製、疎水化度64、1次粒子の凝集体)
Claims (12)
- ヒドロカルビルオキシシランもしくはその部分加水分解縮合生成物またはそれらの組み合わせを加水分解および縮合することによって得られた親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理して得られた、疎水化度が50以上であり、1次粒子の平均粒子径が0.01〜5μmである疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子を、加熱処理し、疎水化度が50未満の熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を得る工程と、該熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子を疎水化処理する工程とを含む、疎水化度が50以上であり、1次粒子の平均粒子径が0.01〜5μmである高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の製造方法。
- 前記加熱処理に付される疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子が、本質的にSiO2単位からなる親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面にR3 3SiO1/2単位(式中、R3は同一または異なり、置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基である)を導入する工程を含む疎水化処理によって得られるものである請求項1に係る製造方法。
- 前記親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の疎水化処理が、前記親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の表面にR3 3SiO1/2単位を導入する前に、該表面にR4SiO3/2単位(式中、R4は置換または非置換の炭素原子数1〜20の1価炭化水素基である)を導入する工程を含むものである請求項2に係る製造方法。
- 前記加熱処理が320〜600℃の温度で行われるものである請求項1〜3のいずれか一項に係る製造方法。
- 前記熱処理球状ゾルゲルシリカ微粒子の疎水化処理が、シリコーンオイル、シラザン化合物もしくはシラン化合物またはそれらの組み合わせからなる疎水化剤によって行われる請求項1〜4のいずれか一項に係る製造方法。
- 前記シリコーンオイルがジメチルシリコーンオイルである請求項5に係る製造方法。
- 前記シラザン化合物が下記一般式(3):
R3 3SiNHSiR3 3 (3)
(式中、R3は上記と同じである)
で表されるシラザン化合物である請求項5または6に係る製造方法。 - 前記シラン化合物が下記一般式(4):
R3 3SiX (4)
(式中、R3は上記と同じであり、XはOH基または加水分解性基である)
で表される1官能性シラン化合物である請求項5〜7のいずれか一項に係る製造方法。 - 請求項1〜8のいずれか一項に係る製造方法により得られた高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子。
- 請求項9に係る高疎水性球状ゾルゲルシリカ微粒子から得られた静電荷像現像用トナー外添剤。
- 請求項10に係るトナー外添剤とトナー粒子とを含む現像剤。
- さらにキャリアを含む請求項11に係る現像剤。
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