JP2006072034A

JP2006072034A - トナーの製造方法

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Publication number: JP2006072034A
Application number: JP2004256148A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Arita; 俊治有田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP4027926B2

Abstract

【課題】ワックスが微細に分散し、光沢性に優れたトナーの製造方法を提供すること。
【解決手段】結着樹脂、着色剤及び該結着樹脂100重量部に対して3〜20重量部のワックスを含有した組成物を溶融混練し、得られた混練物を圧延しないで冷却する工程を有するトナーの製造方法であって、冷却時の混練物の単位体積当たりの表面積が1.5〜8.0ｍｍ²／ｍｍ³であることを特徴とする、トナーの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等において形成される潜像の現像に用いられるトナーの製造方法に関する。

印刷面の光沢の適正化は、特にフルカラー印刷における重要な課題の一つである。印刷光沢を制御する方法としては、例えば、トナーを構成する結着樹脂の種類及び／又は配合組成を調整する方法が知られているが、定着特性等の制約からかかる方法により印刷光沢を制御することは困難である。

一方、ワックスの分散性と印刷光沢には密接な関係があり、ワックスをトナー中に微細に分散させることにより、印刷光沢が向上することが知られている。ワックスの分散状態を制御する方法には、混練工程で制御する方法及び混練物の冷却工程で制御する方法がある。

フルカラー印刷においてはオフセット防止剤としてワックスをトナー中へ配合する技術が数多く開示されている。ワックスの配合量が増加するとともに、トナーが現像機内の感光体に付着してフィルミングを起こすことは広く知られているが、これは、ワックスの配合量の増加により、トナーの製造過程、特に混練・冷却工程において、ワックスの分散状態を維持することが困難になるためである。

そこで、かかる問題を解決すべく、特許文献１には、押出混練機の設定温度をＴｍ−２０℃〜Ｔｍ＋２０℃（式中、Ｔｍは結着樹脂の溶融温度、以下同じ）の範囲で混練する技術、また特許文献２にはオープンロール型連続混練機を用いて、溶融混練時の混練物の温度がＴｍ−２０℃〜Ｔｍ＋２０℃の条件で溶融混練を行う工程を有するトナーの製造方法が開示されている。しかしながら、混練工程においてトナー中へ配合されているワックスの分散を十分行っても、冷却方法が適正でないとワックスの分散状態が悪化する。

冷却工程の生産性を考慮すると、混練物を圧延して冷却面積を増大させるほど混練物の冷却効率を上げることができるが、圧延しすぎると、混練により分散したワックスが再凝集して、ワックスの分散性が悪化する。そこで、特許文献３には、圧延と冷却工程に着目することで、ワックスの分散性を向上させる製法が開示されているが、まだ十分とは言えない。
特許第３０９４６９５号（請求項１）特開２０００−７５５４８号公報（請求項１）特開２００３−５０４８０号公報（請求項１）

本発明の目的は、ワックスが微細に分散し、光沢性に優れたトナーの製造方法を提供することにある。

本発明は、結着樹脂、着色剤及び該結着樹脂100重量部に対して3〜20重量部のワックスを含有した組成物を溶融混練し、得られた混練物を圧延しないで冷却する工程を有するトナーの製造方法であって、冷却時の混練物の単位体積当たりの表面積が1.5〜8.0ｍｍ²／ｍｍ³であることを特徴とする、トナーの製造方法に関する。

本発明により、光沢性に優れたトナーを製造することができる。

本発明者らは、ワックスの分散性を低下させることなく、混練物を冷却する方法について検討した。冷却速度を速くする手段として、水につけるという方法もあるが、トナー中の添加物には水に可溶なものもあり、水冷時に添加物の溶出が起きることを考慮すると好ましい手段とは言い難い。また、水冷することにより結着樹脂が過度に収縮してワックスの凝集を生じやすい。

そこで、本発明者らは、トナーの製造において、混練物を圧延することなく急冷することで、混練により微分散したワックスの再凝集を防止して、微分散した状態のワックスを結着樹脂中に固定化させ得る方法を見出した。そして、本発明の方法によって、ワックスが微細に分散したトナーを製造することにより、印刷光沢が飛躍的に向上したトナーが得られることが判明した。

即ち、本発明では、混練物に圧延シェアを作用させずに混練物の表面積を増やすことで、混練物の急冷が可能となり、混練物中のワックスの再凝集を防止できる。

冷却時の混練物の単位体積当たりの表面積は、1.5〜8.0ｍｍ²／ｍｍ³であり、2.0〜4.0ｍｍ²／ｍｍ³が好ましく、2.5〜4.0ｍｍ²／ｍｍ³がより好ましい。冷却効率の観点からは、混練物の単位体積当たりの表面積は大きいほど好ましいが、混練物の単位体積当たりの表面積冷却を必要以上に増大させることは設備的な負荷が大きくなるため好ましくない。

混練物を圧延しないで表面積を増やす方法としては、例えば鋭利な刃を有するカッティングナイフを用いる方法が挙げられる。混練機から排出された混練物を、単独の又は複数のナイフでカッティングし、混練物の単位容量当たりの表面積を増大させることで、伝熱面積を増やして冷却速度を高めることができる。

混練物は、冷却速度を高める観点から、冷風により冷却することが好ましい。

冷却速度は、冷却効率の観点からは速いほど好ましいが、結着樹脂の過度な収縮によるワックスの凝集を防止する観点から、10〜50℃／秒が好ましく、15〜40℃／秒がより好ましく、21〜35℃／秒がさらに好ましい。

組成物の溶融混練には、密閉式ニーダー、１軸又は２軸の押出機等を用いることができるが、本発明では、加熱機能及び冷却機能を有するオープンロール型連続混練機を用いるのが好ましい。

オープンロール型連続混練機を用いる場合は、例えばロールにカッティングナイフとスクレーパーを適切にセットしたところへ、さらにノズルから冷風を吹き付けることで混練物は圧延シェアを受けることなく、急冷することができる。

オープンロール型連続混練機は、２本のロールが並行に近接して配設された混練機であり、各ロールは、熱媒体を通すことにより加熱又は冷却を行うことができる。かかるオープンロール型連続混練機は、加熱ロールと冷却ロールを備えていることから、また、溶融混練する部分がオープン型であることから、溶融混練の際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。

２本のロールの間隙は、好ましくは0.1〜10ｍｍ、更に好ましくは0.1〜3ｍｍである。また、各ロールの構造、大きさ、材料等について特に限定はなく、ロール表面は、平滑であってもよく、波型、凸凹型等であってもよい。

また、ロールの周速度は、2〜100ｍ／分であることが好ましい。また、２本のロールの周速度比（冷却ロール／加熱ロール）は、1／10〜9／10であることが好ましい。

溶融混練における混練物の温度は、Ｔｍ（結着樹脂の溶融温度）−２０℃〜Ｔｍ＋２０℃が好ましく、Ｔｍ−１０℃〜Ｔｍ＋１０℃がより好ましい。なお、本発明において、混練物の温度とは、ロールに付着した混練物自体の温度を指し、非接触式レーザー型温度計で測定する。

溶融混練に供する組成物は、少なくとも、結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するものである。

結着樹脂としては、ポリエステル、スチレン−アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等が挙げられ、これらの中では、低温定着性能の観点から、ポリエステルが好ましい。ポリエステルの含有量は、結着樹脂中、50〜100重量％が好ましく、90〜100重量％がより好ましく、100重量％が特に好ましい。

ポリエステルの原料モノマーとしては、公知の２価以上のアルコール成分と、２価以上のカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル等の公知のカルボン酸成分が用いられる。

アルコール成分としては、式（Ｉ）：

（式中、Ｒは炭素数２又は３のアルキレン基、ｘ及びｙは正の数を示し、ｘとｙの和は1〜16、好ましくは1.5〜5.0である）
で表される化合物が含有されていることが好ましい。

式（Ｉ）で表される化合物としては、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン(2.2)-2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン等のビスフェノールＡのアルキレン（炭素数２〜３）オキサイド（平均付加モル数1〜16）付加物等が挙げられる。また、他のアルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチログリコールプロパン、水素添加ビスフェノールＡ、ソルビトール、又はそれらのアルキレン（炭素数2〜4）オキサイド（平均付加モル数1〜16）付加物等が挙げられる。

式（Ｉ）で表される化合物のアルコール成分中の含有量は、5モル％以上が好ましく、50モル％以上がより好ましく、100モル％がさらに好ましい。

また、カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸等のジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数１〜２０のアルキル基又は炭素数２〜２０のアルケニル基で置換されたコハク酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、それらの酸の無水物及びそれらの酸のアルキル（炭素数１〜３）エステル等が挙げられる。

ポリエステルは、例えば、アルコール成分、カルボン酸成分等を不活性ガス雰囲気中にて、要すればエステル化触媒を用いて、180〜250℃の温度で縮重合することにより製造することができる。

ポリエステルの酸価は1〜40mgKOH/g、水酸基価は3〜60mgKOH/g、溶融温度（Ｔｍ）は95〜140℃、ガラス転移点は52〜75℃であることが、それぞれ好ましい。

ワックスとしては、カルナバワックス、ライスワックス等の天然ワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプッシュ等の合成ワックス、モンタンワックス等の石炭系ワックス、アルコール系ワックス、エステル系ワックス等が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を併用してもよく、またこれらのなかでは、速やかにブリードアウトしやすいことから、カルナバワックスが好ましい。

ワックスの含有量は、結着樹脂100重量部に対して、3〜20重量部であり、5〜15重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。通常、ワックスの含有量が増加すると、トナー内で凝集したワックスが感光体に付着してフィルミングの原因となりやすい。しかしながら、本発明では、ワックスをトナー中に微細に分散させることができるため、ワックスを多量に含有していても、フィルミングを生じることなく、印刷光沢に一層優れたトナーを得ることができる。

着色剤としては、トナー用着色剤として用いられている染料、顔料等のすべてを使用することができ、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンB、ローダミン−B ベース、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146 、ソルベントブルー35、キナクリドン、カーミン6B、ジスアゾエロー等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができ、本発明により得られるトナーは、黒トナー、カラートナー、フルカラートナーのいずれであってもよい。着色剤の含有量は、結着樹脂100重量部に対して、1〜40重量部が好ましく、3〜10重量部がより好ましい。

さらに、組成物には、荷電制御剤、流動性向上剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、クリーニング性向上剤等の添加剤が適宜含有されていてもよい。

結着樹脂、着色剤及びワックスを含有した組成物は、ヘンシェルミキサー等で予備混合した後に、溶融混練に供するのが好ましい。

前記方法により溶融混練し、冷却した混練物を、粉砕、分級等の公知の工程でさらに処理することにより、トナーを製造することができる。

粉砕に用いられる粉砕装置としては、例えば、ジェットミル、衝突板式ミル、回転型機械ミル等が挙げられる。

分級に用いられる分級装置としては、例えば、風力分級機、慣性式分級機、篩式分級機等が挙げられる。

本発明により得られるトナーの体積平均粒径は、5〜15μｍが好ましく、トナーの表面には、さらに疎水性シリカ等の流動性向上剤等が外添剤として添加されていてもよい。

本発明により得られるトナーは、磁性体微粉末を含有するときは単独で現像剤として、また磁性体微粉末を含有しないときは非磁性一成分系現像剤として、もしくはキャリアと混合して二成分系現像剤として使用することができる。

〔溶融温度（Ｔｍ）〕
溶融温度（Ｔｍ）は、高化式フローテスター（ＣＦＴ−５００、島津製作所（株）製）を用い、ダイスの細孔の径１ｍｍ、長さ１ｍｍ、荷重196Ｎ／ｃｍ²、昇温速度６℃／分の条件下で１ｃｍ³の試料を溶融流出させたときの流出開始点から流出終了点の高さの１／２に相当する温度とする。

〔ガラス転移点〕
示差走査熱量計「ＤＳＣ２１０」（セイコー電子工業社製）を用いて昇温速度１０℃／分で測定する。

〔体積平均粒径〕
測定機：コールターマルチサイザーII（ベックマンコールター社製）
アパチャー径：100μｍ
測定粒径範囲：2〜60μｍ
解析ソフト：コールターマルチサイザーアキュコンプバージョン 1.19（ベックマンコールター社製）
電解液：アイソトンII（ベックマンコールター社製）
分散液：エマルゲン 109P（花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ＨＬＢ 13.6）5％電解液
分散条件：分散液5ｍｌに測定試料10ｍｇを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、電解液25ｍｌを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させる。
測定条件：ビーカーに電解液100ｍｌと分散液を加え、3万個の粒子の粒径を20秒で測定できる濃度で、3万個の粒子を測定し、その体積粒度分布における中位粒径を体積平均粒径（Ｄ₅₀）とする。

実施例１
ポリエステル（カルボン酸成分：テレフタル酸42重量部、トリメリット酸34重量部、ドデセニルコハク酸24重量部；アルコール成分：ポリオキシエチレン(2.0)-2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン28重量部、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン72重量部、溶融温度（Ｔｍ）：124℃、ガラス転移点：61℃）100重量部、銅フタロシアニン顔料（C.I.ピグメント・ブルー (C.I. Pigment Blue) 15：3）3重量部及びカルナバワックス 6重量部からなる原料組成物15ｋｇを、ヘンシェルミキサー（有効容量：75リットル）にて周速25ｍ／秒で3分間混合した後、テーブルフィーダーにて、オープンロール型連続混練機「ニーデックス」（三井鉱山（株）製）に供給して溶融混練した。

溶融混練に使用したオープンロール型連続混練機は、ロール外径0.14ｍ、有効ロール長0.8ｍ、ロールクリアランス0.1ｍｍである。ロール内の加熱及び冷却媒体温度は、高回転ロールの原料投入側温度150℃、混練物排出側温度100℃、低回転ロールの温度35℃に設定した。ロールの回転スピードは、高回転ロールを65ｒ／min、低回転ロールを50ｒ／minに設定し、原料組成物の供給を3ｋｇ／時で行った。

ロールに切り出し用カッターを当て、混練機から排出される混練物を紐状に排出させ、切り出し部分にノズルを用いて冷風を当てることにより、混練物を圧延しないで冷却した。排出時の混練物の温度は119℃であり、温度35℃まで冷却するのに要した冷却時間は4秒であり、冷却速度は21℃／秒であった。

紐状に切り出した混練物の外形は、平均幅が1.5ｍｍ、平均厚みが1.5ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は、紐状混練物の長さをＬｍｍとすると、｛（平均幅＋平均厚み）×２×Ｌ｝÷（平均幅×平均厚み×Ｌ）から、2.7ｍｍ²／ｍｍ³であった。

実施例２
実施例１と同じ原料組成物を用い、オープンロール型混練機の高回転ロールの回転スピードを75ｒ／min、原料組成物の供給を10ｋｇ／時で行い、混練物の切り出し、冷却の条件を変更した以外は、実施例１と同様にして、溶融混練を行い、混練物を紐状に切り出し、冷却した。排出時の混練物の温度は118℃、温度40℃まで冷却するのに要した冷却時間は6秒、冷却速度は13℃／秒であった。

紐状に切り出した混練物の外形は、平均幅が3.0ｍｍ、平均厚みが2.0ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は1.7ｍｍ²／ｍｍ³であった。

比較例１
実施例１と同じ原料組成物を用い、オープンロール型混練機の高回転ロールの回転スピードを60ｒ／min、原料組成物の供給を15ｋｇ／時で行い、混練物の切り出し、冷却の条件を変更した以外は、実施例１と同様にして、溶融混練を行い、混練物を紐状に切り出し、冷却した。排出時の混練物の温度は120℃、温度43℃まで冷却するのに要した冷却時間は11秒、冷却速度は7℃／秒であった。

紐状に切り出した混練物の外形は、平均幅が4.5ｍｍ、平均厚みが3.0ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は1.1ｍｍ²／ｍｍ³であった。

比較例２
実施例２と同様にして、溶融混練まで行った。ロールにスクレーパーを当てて、混練物を平紐状に切り出した。混練物の冷却、圧延は行わなかった。排出時の混練物の温度は118℃、温度40℃まで冷却するのに要した冷却時間は40秒、自然冷却による冷却速度は2℃／秒であった。

平紐状に切り出した混練物の外形は、平均幅が7.5ｍｍ、平均厚みが4.0ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は0.8ｍｍ²／ｍｍ³であった。

比較例３
実施例２と同様にして、溶融混練まで行い、混練機から排出される混練物を紐状に切り出した。その直後、冷風を当てる代わりに、隙間１ｍｍのプレスローラーで圧延して冷却した。排出時の混練物の温度は118℃、温度35℃まで冷却するのに要した冷却時間は4秒、冷却速度は21℃／秒であった。

紐状に切り出した混練物の外形は、平均幅が3.0ｍｍ、平均厚みが2.0ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は1.7ｍｍ²／ｍｍ³であった。また、プレスローラーで圧延して冷却した後の冷却物の外形は、平均幅が6.0ｍｍ、平均厚みが1.0ｍｍの概略四角柱であり、このときの単位体積当たりの表面積は2.3ｍｍ²／ｍｍ³であった。

トナーの製造例
実施例１、２及び比較例１〜３で得られた混練物を、粉砕、分級し、体積平均粒径が８μｍのトナーを得た。なお、トナーの体積平均粒径は、コールターカウンターにて測定した。得られたトナー100重量部に対し、コロイダルシリカ2重量部を外添して、現像剤とした。

試験例１
現像剤を、現像装置「ＬＳ−１５５０」（京セラ（株）製）に実装し、画像出しを行った。得られた画像の光沢度をグロスチェッカー「ＩＧ−３３０」（堀場製作所（株）製）を用いて、入射角度６０°で測定し、以下の評価基準に従って、光沢性を評価した。結果を表１に示す。

〔評価基準〕
◎：光沢度が20％以上
○：光沢度が10％以上、20％未満
×：光沢度が10％未満

以上の結果より、実施例により得られたトナーは、圧延することなく効率よく混練物を冷却しているために、ワックスをトナー中に微細に分散させることができ、光沢性に優れたものとなっていることが分かる。これに対し、混練物を所定の条件で冷却していない比較例１、２で得られたトナー及び圧延を行った比較例３で得られたトナーは、いずれも光沢性に欠けたものとなっている。

本発明により得られるトナーは、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等において形成される潜像の現像等に用いられる。

Claims

結着樹脂、着色剤及び該結着樹脂100重量部に対して3〜20重量部のワックスを含有した組成物を溶融混練し、得られた混練物を圧延しないで冷却する工程を有するトナーの製造方法であって、冷却時の混練物の単位体積当たりの表面積が1.5〜8.0ｍｍ²／ｍｍ³であることを特徴とする、トナーの製造方法。
混練機から排出された混練物の冷却速度が10〜50℃／秒である請求項１記載のトナーの製造方法。
組成物の溶融混練に、加熱機能及び冷却機能を有するオープンロール型連続混練機を用いる請求項１又は２記載のトナーの製造方法。