JP2006152059A - 樹脂微粒子の製造方法および樹脂微粒子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の樹脂微粒子の製造方法は、主として樹脂材料で構成された分散質が分散媒中に微分散した分散液を用いて樹脂微粒子を製造する方法であって、前記分散液を液滴状に吐出する工程と、液滴状の前記分散液から前記分散媒を除去する工程とを有し、前記分散液に、前記分散質同士が凝集して造粒するのを防止または抑制する造粒防止剤を付与することを特徴とする。液滴状に吐出された前記分散液に前記造粒防止剤を付与する。前記造粒防止剤は、無機微粒子である。
【選択図】なし
Description
このような樹脂微粒子の製造方法としては、樹脂を含む分散質が分散媒中に微分散した分散液の液滴を固化することにより、樹脂微粒子を得るものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1の方法では、複数個の分散質由来の微粒子の凝集体として樹脂微粒子を得るため、前記微粒子間で分割されやすく、強度の低いものとなってしまう。また、樹脂微粒子の強度を高める目的で、分散質由来の微粒子同士を高温で溶融接合することも考えられるが、このように溶融接合した場合であっても、樹脂微粒子の強度を十分に高めるのが困難である。また、得られる樹脂微粒子は、その構成樹脂に不本意な変性が生じて、所望の特性を有することができない場合がある。
本発明の樹脂微粒子の製造方法は、主として樹脂材料で構成された分散質が分散媒中に微分散した分散液を用いて樹脂微粒子を製造する方法であって、
前記分散液を液滴状に吐出する工程と、
液滴状の前記分散液から前記分散媒を除去する工程とを有し、
前記分散液に、前記分散質同士が凝集して造粒するのを防止または抑制する造粒防止剤を付与することを特徴とする。
これにより、分散媒除去工程において、より確実に分散質由来の微粒子1つ1つを樹脂微粒子とすることができる。
本発明の樹脂微粒子の製造方法では、前記造粒防止剤は、無機微粒子であることが好ましい。
これにより、液滴状の分散液中に含まれる分散質同士の間に介在することにより、分散質と分散質とが直接接触するのを防止し、分散質同士が凝集して造粒するのを防止することができる。
これにより、液滴状の分散液中の分散質同士が凝集し、造粒するのをより確実に防止しつつ、最終的に得られる樹脂微粒子の特性に不本意な影響を与えるのを防止することができる。また、このような造粒防止剤が分散質由来の微粒子の表面に付着したまま樹脂微粒子として回収された場合、この造粒防止剤を外添剤の一部として機能させることができる。
これにより、液滴状の分散液中の分散質同士が凝集するのを効果的に防止し、分散質由来の微粒子1つ1つをより確実に樹脂微粒子とすることができる。その結果、機械的強度に優れ、均一な形状の樹脂微粒子を得ることができる。
これにより、液滴状の分散液中の分散質同士が凝集するのを効果的に防止し、分散質由来の微粒子1つ1つをより確実に樹脂微粒子とすることができる。その結果、機械的強度に優れ、均一な形状の樹脂微粒子を得ることができる。
これにより、吐出された分散液に2個以上の分散質が含まれるのを防止することができる。その結果、液滴状の分散液は、分散媒中に1個の分散質を含むものか、分散質を含まず実質的に分散媒のみで構成されたものとすることができる。これにより、分散質同士が凝集するのをより確実に防止することができ、機械的強度に優れ、均一な形状の樹脂微粒子を得ることができる。
これにより、分散媒除去工程において、分散質由来の微粒子が軟化しこれらの微粒子同士が接合・凝集するのをより効果的に防止しつつ、分散媒を除去することができ、得られる樹脂微粒子の形状の均一性、安定性を十分に高いものとすることができる。その結果、各粒子間での形状、大きさのバラツキがより小さい樹脂微粒子を得ることができるとともに、製造される樹脂微粒子を真球度の高いもの(幾何学的に完全な球形に近い形状)にすることが比較的容易にできる。
これにより、中空粒子や異形状粒子の発生をより効果的に防止することができ、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さい樹脂微粒子をより効率よく製造することができる。
これにより、トナーを構成する樹脂の不本意な変性を防止しながら機械的強度を優れたものとしつつ、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さいトナーを提供することができる。その結果、画像形成に際し、優れた帯電特性および転写特性を発揮して、極めて良好化画像を得ることができる。
これにより、粉体塗料を構成する樹脂の不本意な変性を防止しながら機械的強度を優れたものとしつつ、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さい粉体塗料を提供することができる。特に、中空粒子や異形状粒子の発生を防止することができるので、粉体塗料を用いて塗膜を形成した際に、当該塗膜にピンホールや中抜けが発生するのを防止することができる。
これにより、樹脂微粒子を構成する樹脂の不本意な変性を防止しながら機械的強度を優れたものとしつつ、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さい樹脂微粒子を提供することができる。
R=L0/L1・・・(I)
(ただし、式中、L1[μm]は、測定対象の樹脂微粒子の投影像の周囲長、L0[μm]は、測定対象の樹脂微粒子の投影像の面積に等しい面積の真円の周囲長を表す。)
これにより、例えば、樹脂微粒子をトナーに適用した場合、各トナー粒子間での帯電特性、定着特性等の特性のバラツキが特に小さくなり、トナー全体としての信頼性がさらに向上する。
これにより、例えば、樹脂微粒子をトナーに適用した場合、各トナー粒子間での帯電特性、定着特性等の特性のバラツキが特に小さくなり、トナー全体としての信頼性がさらに向上する。
これにより、例えば、樹脂微粒子をトナーに適用した場合、帯電特性や耐久性に優れたものとすることができる。また、同一容積のカートリッジ内へのトナーの充填量をより多くすることができ、また、カートリッジの小型化を図ることができる。
本発明の樹脂微粒子の製造方法で得られる樹脂微粒子は、主として樹脂材料で構成されたものであればいかなるものであってもよいが、各種樹脂微粒子の中でも、電子写真方式を採用するプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナーは、各粒子間での大きさ、形状の均一性がより厳密に求められるものであり、本発明に適用することによる効果が特に顕著に現れるものである。したがって、以下の説明では、樹脂微粒子の一例として代表的にトナー粒子を挙げて、説明する。なお、本明細書中において、「樹脂微粒子」とは、主として樹脂材料で構成された粒子(粉末)のことを指し、樹脂材料以外の成分を含むものであってもよい。
まず、本発明で用いる分散液6について説明する。
本発明の樹脂微粒子は、分散液6を用いて製造されるものである。なお、以下の説明では、本発明の樹脂微粒子をトナーに適用した場合について説明する。
分散液6としては、例えば、懸濁液(サスペンション)や乳化液(エマルション、乳濁液、乳状液)等が挙げられる。なお、本明細書中において、「懸濁液」とは、液状の分散媒中に、固体(固形)の分散質(懸濁粒子)が分散した分散液(懸濁コロイドを含む)のことを指し、「乳化液(エマルション、乳濁液、乳状液)」とは、液状の分散媒中に、液状の分散質(分散粒子)が分散した分散液のことを指す。また、分散液中には、固体状の分散質と、液状の分散質とが併存していてもよい。このような場合、分散液中における分散質のうち、固体状の分散質の占める割合が液状の分散質の占める割合よりも大きいものを懸濁液といい、液状の分散質の占める割合が固体状の分散質の占める割合よりも大きいものを乳化液という。また、特に、本発明で用いる分散液は脱気処理が施されたものであるのが好ましい。脱気処理については、後に詳述する。
分散液6は、分散媒62中に分散質(分散相)61が微分散した構成となっている。
分散媒62は、後述する分散質61を分散可能なものであればいかなるものであってもよいが、主として、一般に溶媒として用いられているような材料(以下、「溶媒材料」ともいう)で構成されたものであるのが好ましい。
このような材料としては、例えば、水、二硫化炭素、四塩化炭素等の無機溶媒や、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPK)、シクロヘキサノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、t−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−メトキシエタノール、アリルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、2−メトキシエタノール等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、オクタン、ジデカン、メチルシクロヘキセン、イソプレン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン、エチルベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、2−メチルピリジン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、フルフリルアルコール等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン等のハロゲン化合物系溶媒、アセチルアセトン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸イソペンチル、クロロ酢酸エチル、クロロ酢酸ブチル、クロロ酢酸イソブチル、ギ酸エチル、ギ酸イソブチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、安息香酸エチル等のエステル系溶媒、トリメチルアミン、ヘキシルアミン、トリエチルアミン、アニリン等のアミン系溶媒、アクリロニトリル、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、ニトロメタン、ニトロエタン等のニトロ系溶媒、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ペンタナール、アクリルアルデヒド等のアルデヒド系溶媒等の有機溶媒等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を混合したものを用いることができる。
なお、分散媒62中には、上述した材料以外の成分が含まれていてもよい。例えば、分散媒62中には、後に分散質61の構成成分として例示する材料や、シリカ、酸化チタン、酸化鉄等の無機系微粉末、脂肪酸、脂肪酸金属塩等の有機系微粉末等の各種添加剤等が含まれていてもよい。
分散質61は、通常、少なくとも、主成分としての樹脂またはその前駆体(以下、これらを総称して、「樹脂材料」とも言う)を含む材料で構成されている。樹脂の前駆体としては、例えば、当該樹脂のモノマー、ダイマー、オリゴマー等が挙げられる。
以下、分散質61の構成材料について説明する。
樹脂(バインダー樹脂)としては、例えば、(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体等のスチレン系樹脂でスチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェニール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、後述するトナー製造装置1の搬送部3において、分散質61中の原料を重合反応させることによりトナーを製造する場合には、通常、上記の樹脂材料のモノマー、ダイマー、オリゴマー等を用いる。
分散質61中における樹脂の含有量は、特に限定されないが、2〜98wt%であるのが好ましく、5〜95wt%であるのがより好ましい。
また、分散質61を構成する樹脂の融点は、90〜150℃であるのが好ましい。これにより、後述する分散媒除去工程を効率良く行うことができる。なお、分散質61を構成する樹脂材料が複数種の樹脂材料(樹脂成分)で構成されたものである場合、樹脂の融点として、分散質61の主成分をなす樹脂(成分)の融点を採用する。
分散質61中には、その成分の少なくとも一部を溶解する溶媒が含まれていてもよい。これにより、例えば、分散液6中における分散質61の流動性を高めることができ、分散液6中における分散質61を、粒径が比較的小さく、かつ、大きさのバラツキの少ないものとすることができる。その結果、最終的に得られるトナー(トナー粒子)は、粒子間での大きさ、形状のバラツキが小さく、円形度の大きいものとなる。
また、溶媒は、前述した分散媒62との相溶性が低いもの(例えば、25℃における分散媒100gに対する溶解度が30g以下のもの)であるのが好ましい。これにより、分散液6中において、分散質61を安定した状態で微分散させることができる。
また、溶媒の組成は、例えば、前述した樹脂、着色剤の組成や、分散媒の組成等に応じて適宜選択することができる。
また、分散液6中には、これら以外の成分が含まれていてもよい。このような成分としては、例えば、乳化分散剤、帯電制御剤、磁性粉末等が挙げられる。この中でも、乳化分散剤を用いた場合、例えば、分散液6中における分散質61の分散性を向上させることが可能となる。ここで、乳化分散剤としては、例えば、乳化剤、分散剤、分散助剤等が挙げられる。
また、分散助剤としては、例えば、アニオン、カチオン、非イオン性界面活性剤等が挙げられる。
分散助剤は、分散剤と併用するものであるのが好ましい。分散液6が分散剤を含むものである場合、分散液6中における分散助剤の含有量は、特に限定されないが、2.0wt%以下であるのが好ましく、0.005〜0.5wt%であるのがより好ましい。
前記磁性粉末としては、例えば、マグネタイト、マグヘマイト、各種フェライト類、酸化第二銅、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム等の金属酸化物や、Fe、Co、Niのような磁性金属を含む磁性材料で構成されたもの等が挙げられる。
また、分散液6中には、分散質61以外の成分が、不溶分として分散していてもよい。例えば、分散液6中には、シリカ、酸化チタン、酸化鉄等の無機系微粉末、脂肪酸、脂肪酸金属塩等の有機系微粉末等が分散していてもよい。
分散液6中における分散質61の含有量は、特に限定されないが、1〜99wt%であるのが好ましく、5〜95wt%であるのがより好ましい。
分散液6中においては、分散質61は、固体状のものであってもよいし、液状のものであってもよいし、これらが併存していてもよい。すなわち、分散液6は懸濁液であってもよいし、乳化液であってもよい。
まず、水または水との相溶性に優れる液体(水溶性の液体)に、必要に応じて分散剤および/または分散媒を添加した水性溶液を用意する。
一方、トナーの主成分となる樹脂またはその前駆体(以下、これらを総称して、「樹脂材料」とも言う)を含む樹脂液を調製する。樹脂液の調製には、例えば、樹脂材料に加えて前述した溶媒を用いてもよい。また、樹脂液は、樹脂材料を加熱することにより得られる溶融した液体であってもよい。
まず、水または水との相溶性に優れる液体に、必要に応じて分散剤および/または分散媒を添加した水性溶液を用意する。
一方、樹脂材料を含む、粉末状または粒状の材料を用意する。
次に、この粉末状または粒状の材料を、攪拌した状態の水性溶液中に、徐々に投入していくことにより、水性の分散媒62中に、樹脂材料を含む分散質61が分散した分散液6が得られる。このような方法で、分散液6を調製した場合、後述するようなトナー製造装置1の搬送部3において、実質的に有機溶媒を揮発しないようにすることができる。その結果、環境に対して悪影響を極めて与えにくい方法でトナーを製造することができる。なお、前記材料を投入する際、例えば、水性溶液を加熱しておいてもよい。
まず、少なくとも樹脂材料を分散してなる樹脂分散液と、少なくとも着色剤を分散してなる着色剤分散液とを調製する。
次に、樹脂分散液と、着色剤分散液とを混合・攪拌する。このとき、必要に応じて、攪拌しながら無機金属塩等の凝集剤を加えてもよい。
所定時間、攪拌することにより、樹脂材料、着色剤等が凝集した凝集物が形成される。その結果、前記凝集物が分散質61として分散した分散液6が得られる。
脱気処理の方法として減圧法を用いる場合、分散液が置かれる雰囲気の圧力は、80kPa以下であるのが好ましく、0.1〜40kPaであるのがより好ましく、1〜27kPaであるのがさらに好ましい。脱気処理時における雰囲気圧力がこのような範囲内の値であると、分散液6中における分散質61の形状を十分に保持しつつ、溶存する気体を効率良く除去することができる。
次に、本実施形態におけるトナーの製造方法に用いられるトナー製造装置を説明する。
図1は、本発明のトナーの製造に用いられるトナー製造装置の実施形態を模式的に示す縦断面図、図2は、図1に示すトナー製造装置のヘッド部付近の拡大断面図である。
トナー製造装置1は、前述したような分散液6(特に、脱気処理を施した分散液6)を吐出する複数のヘッド部2と、各ヘッド部2に分散液6を供給する分散液供給部4と、ヘッド部2から吐出された分散液6が搬送される搬送部3と、吐出された液滴状の分散液6に後述するような造粒防止剤14を付与する造粒防止剤供給手段141と、製造された樹脂微粒子9(以下、トナーともいう)を回収する回収部5とを有している。このようなトナー製造装置1は、ヘッド部2から分散液6を吐出して液滴6Aを形成し(以下、液滴形成工程ともいう)、搬送部3でこの液滴6Aから分散媒61を除去して、1個の分散質61由来の微粒子からなる樹脂微粒子9を得る(以下、分散媒除去工程ともいう)ものである。
以下、トナー製造装置1の各構成とともに、トナー製造装置1の動作、すなわち本発明の樹脂微粒子の製造方法を説明する。
分散液供給部4は、ヘッド部2に分散液6を供給する機能を有するものであればよいが、本実施形態では、図示のように、分散液6を攪拌する攪拌手段41を有している。すなわち、吐出前の分散液6は、撹拌機能を有する分散液供給部4に収容され、分散液供給部4からヘッド部2に供給される。これにより、例えば、分散質61が分散媒中に分散しにくいものであっても、分散質61が十分均一に分散した状態の分散液6をヘッド部2内に供給することができる。
分散液貯留部21には、分散液供給部4からの分散液6が貯留されている。また、分散液貯留部21の一部は振動板24によって区画形成されており、この振動板24に圧電素子22が設けられている。
この圧電素子22は、振動板24を振動(変位)させることにより、分散液貯留部21の内部圧力を瞬間的に高める機能を有するものである。したがって、分散液貯留部21に貯留された分散液6は、圧電素子22の圧力パルス(圧電パルス)により、ノズル23から搬送部3に吐出される。
このように、分散液6の吐出を、圧電体222の振動による圧力パルスで行うことにより、分散液6を一滴ずつ間欠的に吐出することができ、また、液滴6Aの形状が安定する。
また、分散液の吐出に圧電体の振動を用いることにより、より確実に分散液を所定間隔で吐出することができる。このため、形成された分散液6の液滴6A同士が、衝突、凝集するのを効果的に防止することができ、異形状の粉末の形成をより効果的に防止することができる。
また、ヘッド部2から吐出される分散液6の温度は、特に限定されないが、後に詳述する搬送部3内の温度(分散媒除去工程における処理温度)より低いものであるのが好ましい。これにより、吐出直後に、分散液6から分散媒62が揮発することにより、分散液6が不本意に固化するのを効果的に防止することができる。具体的には、ノズル23付近において、吐出される前の(液切れする前の)分散液6から分散媒62が揮発することにより、ノズル23が目詰まりを起こすのを効果的に防止することができる。特に、ヘッド部2から吐出される分散液6(ヘッド部2内での分散液6)の温度をT0[℃]、後に詳述する搬送部3内の温度(分散媒除去工程における処理温度)をT1[℃]としたとき、−5≦T1−T0≦60の関係を満足するのが好ましく、−5≦T1−T0≦50の関係を満足するのがより好ましく、5≦T1−T0≦40の関係を満足するのがさらに好ましい。このような関係を満足することにより、上述したような効果をさらに顕著なものとすることができる。
ノズル23が略円形状のものである場合、その直径(ノズル径)は、例えば、5〜500μmであるのが好ましく、10〜200μmであるのがより好ましい。ノズル23の直径が前記下限値未満であると、目詰まりが発生し易くなり、吐出される分散液6の大きさのバラツキが大きくなる場合がある。一方、ノズル23の直径が前記上限値を超えると、分散液貯留部21の負圧と、ノズルの表面張力との力関係によっては、吐出される分散液6が気泡を抱き込んでしまう可能性がある。
また、ヘッド部2のノズル23付近(特に、ノズル23の開口内面や、ヘッド部2のノズル23が設けられている側の面(図中の下側の面))は、分散液6に対し撥液性を有するのが好ましい。これにより、分散液6がノズル付近に付着するのを効果的に防止することができる。その結果、いわゆる、液切れの悪い状態になったり、分散液6の吐出不良が発生するのを効果的に防止することができる。また、ノズル付近への分散液6の付着が効果的に防止されることにより、吐出される液滴の形状の安定性が向上し(各液滴間での形状、大きさのバラツキが小さくなり)、最終的に得られるトナー粒子の形状、大きさのバラツキも小さくなる。
また、ヘッド部2のノズル23付近(特に、ノズル23の開口内面や、ヘッド部2のノズル23が設けられている側の面(図中の下側の面))は、疎水化処理が施されているのが好ましい。これにより、例えば、分散液6の分散媒62が主として水で構成されたものである場合に、上記のような撥液性をより好適に発揮することができ、上記のような効果がより顕著なものとして現れる。疎水化処理の方法としては、例えば、疎水性材料(例えば、前述した撥液性を有する材料)で構成された被膜の形成等が挙げられる。ところで、水は、各種液体の中でも比較的高い粘性を有するものであるが、このような水を分散媒62の構成材料として用いても、分散液6がノズル付近に付着すること等による不都合の発生が効果的に防止される。したがって、ヘッド部2のノズル23付近に疎水化処理が施されていると、有機溶媒を実質的に含まない、または、ほとんど含まない分散液6を好適に用いることができ、環境に対して悪影響を極めて与えにくい方法でトナーを製造することができる。
このガス供給手段10は、ダクト101を介して、図2に示すようにヘッド部2−ヘッド部2間に設けられた各ガス噴射口7から、ほぼ均一の圧力でガスを噴射するようになっている。これにより、ノズル23から間欠的に吐出された粒状の分散液6の間隔を保ちつつ、液滴6Aを搬送し、樹脂微粒子9を得ることができる。その結果、液滴6A同士の衝突、凝集がより効果的に防止される。
また、ガス流供給手段10には、熱交換器11が取り付けられている。これにより、ガス噴射口7から噴射されるガスの温度を好ましい値に設定することができ、搬送部3に吐出された粒状の分散液6を効率良く固化、すなわち液滴6Aから分散媒62を効率よく除去することができる。
また、このようなガス流供給手段10は、気流の供給量を調整すること等により、液滴6Aから分散媒62を除去する速度等を容易にコントロールすることも可能となる。
造粒防止剤14の付与は、図1に示すように、造粒防止剤供給手段141から造粒防止剤14を分散液6の吐出方向とは反対方向に向かって噴射することにより行われる。
このような造粒防止剤14は、液滴6A中に含まれる分散質61同士の間に介在することにより、分散質61と分散質61とが直接接触するのを防止し、分散質61同士が凝集して造粒するのを防止する。その結果、後述する分散媒除去工程において、分散質61由来の微粒子1つ1つが樹脂微粒子(トナー粒子)9となる。このようにして得られた樹脂微粒子9は、微粒子の凝集体でないため、優れた機械的強度を有するものとなる。また、樹脂微粒子9を微粒子の凝集体として得るものではないので、中空部が形成された粒子(中空粒子)や異形状粒子の発生を防止することができる。その結果、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さい樹脂微粒子9を効率よく製造することができる。また、機械的強度を得るために分散質61由来の微粒子同士を高い温度で溶融接合する必要がないため、樹脂微粒子9を構成する樹脂の不本意な変性を防止することができる。
このような親液化処理としては、例えば、プラズマ等の物理的処理や、表面に水酸基等を導入する化学的処理等が挙げられる。
また、液滴6Aの平均粒径Ddの標準偏差は、1.0μm以下であるのが好ましく、0.8μm以下であるのがより好ましい。これにより、得られる樹脂微粒子9の粒径のばらつきをより効果的に抑えることができる。
特に、本発明では、液滴6Aに造粒防止剤14が付与されるので、このような液滴6Aから分散媒62を除去する際に、液滴6A中に含まれる分散質61の凝集・造粒が防止され、個々の分散質61由来の微粒子からなる樹脂微粒子9が得られる。したがって、分散質61を均一な形状でかつ粒度分布の幅の小さいものとするだけで、得られる樹脂微粒子9も、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さいものとすることができる。
また、樹脂微粒子9を凝集体として得るのではないので、分散質61由来の微粒子を融点以上の温度にさらすことなく、機械的強度に優れた樹脂微粒子9を得ることができる。また、分散質61由来の微粒子を融点以上の温度にさらす必要がないので、樹脂微粒子9を構成する樹脂の不本意な変性を防止することができる。
また、樹脂微粒子9を1個の分散質61由来の微粒子として得ることができるので、液滴6Aを高温下にさらさなくても、液滴6Aから分散媒62を迅速に除去するとともに、中空粒子および異形状粒子の発生を防止することができる。
トナーの製造時において、ハウジング31内は、所定範囲の温度に保たれているのが好ましい。これにより、製造条件の差による各トナー粒子(樹脂微粒子9)間での特性のバラツキを少なくすることができ、トナー全体としての信頼性が向上する。また、例えば、ハウジング31内は、その長手方向(分散液6、樹脂微粒子の搬送方向)に、互いに異なる温度の複数の領域を有していてもよい。これにより、樹脂微粒子9(トナー粒子)を構成する樹脂の不本意な変性を防止しつつ、より円滑に分散媒62を除去し、樹脂微粒子9(トナー粒子)の生産性の向上等を図ることができる。
また、搬送部3内の温度(分散媒除去工程における処理温度)は、分散質61を構成する樹脂材料のガラス転移点以下の処理温度で行うのが好ましい。これにより、搬送部3内(分散媒除去工程)において、分散質61由来の微粒子が軟化しこれらの微粒子同士が接合・凝集するのをより効果的に防止しつつ、分散媒62を除去することができ、得られる樹脂微粒子9の形状の均一性、安定性を十分に高いものとすることができる。その結果、各粒子間での形状、大きさのバラツキがより小さい樹脂微粒子を得ることができるとともに、製造される樹脂微粒子を真球度の高いもの(幾何学的に完全な球形に近い形状)にすることが比較的容易にできる。
また、ハウジング31には、ハウジング31の内壁面に電圧を印加するための電圧印加手段8が接続されている。電圧印加手段8がハウジング31の内壁面に、分散液6の液滴6Aおよび樹脂微粒子9と同じ極性の電圧を印加することにより、以下のような効果が得られる。
上記のような分散媒除去工程の処理時間(分散液6が液滴状に吐出されてから樹脂微粒子9が回収部5に回収されるまでの時間)は、5〜120秒であるのが好ましく、5〜60秒であるのがより好ましく、5〜20秒であるのがさらに好ましい。分散媒除去工程の処理時間がこのような範囲内の値であると、得られる樹脂微粒子9を構成する樹脂の不本意な変性を防止しつつ、トナーとしての生産性を十分に高めることができる。
樹脂微粒子9の含水量(含水率)は、特に限定されないが、15wt%以下であるのが好ましく、0.1〜12wt%であるのがより好ましく、0.2〜10wt%であるのがさらに好ましい。樹脂微粒子9中の含水量が多過ぎると、最終的なトナー粒子における含水量を十分に少なくするのが困難になる可能性がある。トナー粒子中に比較的多くの水が含まれていると、帯電が不安定になるという問題を生じる可能性がある。また、本工程において、樹脂微粒子9の含水量(含水率)を必要以上に低下させると、樹脂微粒子9の構成材料の劣化、不本意な変性等を招きやすくなる。
特に、本発明では、液滴6Aに対して造粒防止剤14を付与することにより、液滴6A中の分散質61の凝集・造粒が防止され、そして、液滴6Aから分散媒62が除去されることにより、液滴6A中に含まれる分散質61由来の微粒子1つ1つを樹脂微粒子9とすることができる。したがって、分散質61を均一な形状でかつ粒度分布の幅の小さいものとするだけで、得られる樹脂微粒子9も、均一な形状を有するとともに、粒度分布の幅の小さいものとすることができる。
以上のようにして得られた樹脂微粒子9(トナー)に対しては、必要に応じて、エアレーション、分級処理、外添処理等の各種処理を施してもよい。
また、外添処理に用いられる外添剤としては、例えば、シリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、チタニア、酸化亜鉛、アルミナ、マグネタイト等の金属酸化物、窒化珪素等の窒化物、炭化珪素等の炭化物、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、脂肪族金属塩等の無機材料で構成された微粒子、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、脂肪族金属塩等の有機材料で構成された微粒子やこれらの複合物で構成された微粒子等が挙げられる。
以上のようにして製造される本発明のトナーは、均一な形状を有し、粒度分布のシャープな(幅の小さい)ものである。特に、本発明では、真球に近い形状のトナー粒子を得ることができる。
R=L0/L1・・・(I)
(ただし、式中、L1[μm]は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、L0[μm]は、測定対象のトナー粒子の投影像の面積に等しい面積の真円(完全な幾何学的円)の周囲長を表す。)
また、トナーは、各粒子間での平均円形度の標準偏差が0.02以下であるのが好ましく、0.015以下であるのがより好ましく、0.01以下であるのがさらに好ましい。各粒子間での平均円形度の標準偏差が0.02以下であると、帯電特性、定着特性等のバラツキが特に小さくなり、トナー全体としての、信頼性がさらに向上する。
また、トナーは、かさ密度が、0.34g/cm3以上であるのが好ましく、0.35〜0.50g/cm3であるのがより好ましい。これにより、耐久性や転写効率等のトナーの特性が向上する。また、同一容積のカートリッジ内へのトナーの充填量をより多くすることができ、また、カートリッジの小型化を図ることができる。
例えば、前述した実施形態では、造粒防止剤を吐出された分散液(液滴)に付与するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、予め分散液に造粒防止剤を付与しておいてもよい。すなわち、造粒防止剤を含む分散液を吐出することにより、樹脂微粒子を得るものであってもよい。これにより、吐出する前の分散液中の分散質同士が凝集・造粒するのを防止することができる。また、吐出された分散液中により確実に造粒防止剤を含ませることができ、吐出された分散液中において分散質同士の凝集・造粒をより効果的に防止することができる。
また、前述した実施形態におけるトナー製造装置のヘッド部に代えて、図3に示すようなヘッド部を用いることができる。
具体的には、図3に示すヘッド部2には、音響レンズ(凹面レンズ)25が設置されている。このような音響レンズ25が設置されることにより、例えば、圧電素子22が発生した圧力パルス(振動エネルギー)を、ノズル23付近の圧力パルス収束部26で収束させることができる。その結果、圧電素子22が発生した振動エネルギーを、分散液6を吐出させるためのエネルギーとして、効率良く利用することができる。したがって、分散液貯留部21に貯留された分散液6が比較的高粘度のものであっても、確実にノズル23から吐出させることができる。また、分散液貯留部21に貯留された分散液6が凝集力(表面張力)の比較的大きいものであっても、微細な液滴として吐出することが可能となるため、容易かつ確実に、樹脂微粒子9や最終的に得られるトナー粒子の粒径を比較的小さい値にコントロールすることができる。
このように、図3に示すヘッド部を用いることにより、分散液6として、より粘度の高い材料や、凝集力の大きい材料を用いた場合であっても、樹脂微粒子9を所望の形状、大きさにコントロールすることができるので、材料選択の幅が特に広くなり、所望の特性を有するトナーをさらに容易に得ることができる。
また、前述した実施形態におけるトナー製造装置のヘッド部に代えて、図4〜図6に示すようなヘッド部を用いることができる。
また、前述した実施形態では、粒状の分散液を鉛直下方に向けて吐出する構成について説明したが、分散液の吐出方向は、鉛直上方、水平方向等、いかなる方向であってもよい。また、図7に示すように、分散液6の吐出方向と、ガス噴射口7から噴射されるガスの噴射方向とが、ほぼ垂直となる構成のものであってもよい。この場合、吐出された粒状の分散液6は、ガス流によりその進行方向が変わり、ノズル23からの吐出方向に対してほぼ直角に搬送されることになる。
例えば、本発明の樹脂微粒子の製造方法を用いて、粉体塗料を製造した場合、得られた粉体塗料を用いて塗装した塗膜は、極めて優れた平滑性を有するとともに、ピンホールや中抜け等の塗膜欠損の極めて少ないものとなる。
(実施例1)
まず、樹脂としてエポキシ樹脂(荒川化学社性、変性エポキシ樹脂、ガラス転移点Tg:70℃、融点Tm:110℃):100重量部、着色剤としてフタロシアニン顔料(大日精化社製、フタロシアニンブルー):5重量部、溶媒としてテトラヒドロフラン(和光純薬社製):300重量部を用意した。
一方、分散剤としてのポリアクリル酸ナトリウム(和光純薬社製、平均重合度n=2700〜7500):10重量部をイオン交換水:590重量部に溶解した水溶液(水性溶液)を用意した。
その後、得られた樹脂分散液に脱気処理を施した。脱気処理は、攪拌した状態の樹脂(分散液を、14kPaの雰囲気中に10分間置くことにより行った。脱気処理時における雰囲気温度は、25℃であった。このようにして得られた樹脂分散液中における固形分(分散質)濃度は、10wt%であった。また、樹脂分散液の25℃における粘度は、150mPa・sであった。また、樹脂分散液を構成する分散質の平均粒径Dmは、5μmであった。なお、分散質の平均粒径の測定は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LA−920)を用いて行った。
搬送部内において、吐出した分散液から分散媒が除去され、分散質(微粒子)の樹脂微粒子が形成され、形成された樹脂微粒子は回収部に回収された(分散媒除去工程)。また、個々の粒子(液滴および該液滴から形成される樹脂微粒子)についての分散媒除去工程の処理時間(搬送部内を通過するのに要する時間)は、12秒であった。また、得られた樹脂微粒子の含水量は、0.7〜3wt%であった。なお、水分量は、カールフィッシャー法により測定した。
得られたトナー粒子は、含水量が0.3〜0.5wt%、平均円形度Rが0.989、円形度標準偏差が0.010であった。体積基準の平均粒径Dtは、5.5μmであった。体積基準の粒径標準偏差は0.8μmであった。なお、円形度の測定は、フロー式粒子像解析装置(東亜医用電子社製、FPIA−2000)を用いて、水分散系で行った。
樹脂として、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(ガラス転移点Tg:52℃、融点Tm:105℃)を用いた以外は、前記実施例1と同様にしてトナーを製造した。
(実施例3)
造粒防止剤として、親水化処理を施した平均粒径30nmの酸化チタンを用い、最終的に得られるトナー粉末中におけるその含有量が、1.0wt%となるように噴射した以外は、前記実施例1と同様にしてトナーを製造した。
樹脂として、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(ガラス転移点Tg:52℃、融点Tm:105℃)を用いた以外は、前記実施例3と同様にしてトナーを製造した。
(実施例5)
造粒防止剤の噴射を行わず、脱気処理済みの樹脂分散液に濃度が0.1wt%となるように造粒防止剤を付与した以外は、前記実施例1と同様にしてトナーを製造した。
造粒防止剤の付与を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、トナーを製造した。
(比較例2)
樹脂分散液中の分散質の平均粒径を0.2μmとし、造粒防止剤の付与はせずに、図1に示すトナー製造装置により、複数個の分散質由来の微粒子が凝集した凝集体を得、これに熱処理を行うことにより、樹脂微粒子を得た以外は、前述した実施例1と同様にして、トナーを製造した。
以上の実施例1〜5および比較例1、2(以下、各実施例および各比較例という)について、トナーの製造条件を表1に示した。
上記のようにして得られた各トナーについて、中空粒子の存在比率、耐久性、転写効率の評価を行った。
[2.1]中空粒子の存在比率
前記各実施例および前記各比較例で得られた各トナーについて、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、それぞれ、トナー粒子の内部構造の観察を行い、中空粒子の存在比率を、以下の4段階の基準に従い評価した。
○:中空粒子の存在がわずかに認められるが、その存在比率は1%未満。
△:中空粒子の存在比率が1%以上3%未満。
×:中空粒子の存在比率が3%以上。
また、中空粒子の存在の指標として、前記各実施例および前記各比較例で得られた各トナーについて、かさ比重測定器(筒井理化学社製、JIS−K5101)を用いて、かさ密度を測定した。
前記各実施例および前記各比較例で得られたトナーを、カラーレーザープリンタ(セイコーエプソン社製:LP−2000C)の現像機にセットした。その後、印字しないように、現像機を連続回転させた。12時間後、現像機を取り出し、現像ローラ上のトナー薄層の均一性を目視にて確認し、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:薄層に乱れがまったく認められない。
○:薄層に乱れがほとんど認められない。
△:薄層に多少の乱れが認められる。
×:薄層に筋状の乱れがはっきりと認められる。
以上のようにして得られた各トナーについて、転写効率の評価を行った。
転写効率は、カラーレーザープリンタ(セイコーエプソン社製、LP−2000C)を用いて、以下のように評価した。
感光体への現像工程直後(転写前)の感光体上のトナーと、転写後(印刷後)の感光体上のトナーとを、別々のテープを用いて採取し、それぞれの重量を測定した。転写前の感光体上のトナー重量をWb[g]、転写後の感光体上のトナー重量をWa[g]としたとき、(Wb−Wa)×100/Wbとして求められる値を、転写効率とした。
これらの結果を表2に示した。
これに対し、比較例1のトナーは、円形度が小さく、比較的大きな凸部を有しているトナー粒子が数多く認められた。これは、以下のような理由によるものであると考えられる。
また、表2から明らかなように、本発明の実施例のトナーは、転写効率に優れていた。これに対し、各比較例のトナーは、転写効率に劣っていた。これは、比較例のトナーが各粒子間での形状、大きさのバラツキが大きく、中空粒子のような異形のトナー粒子が多く含まれるため、各粒子間での特性のバラツキが大きいのに対し、本発明のトナーでは、中空粒子のような異形のトナー粒子を実質的に含まず(または、含むとしてもその存在比率が極めて低く)、前記のようなトナー粒子間での形状、大きさ、特性のバラツキが十分に小さいことによるものであると考えられる。また、本発明のトナーが優れた耐久性を有していたのに対し、比較例のトナーは耐久性に劣っていた。
このような転写特性および耐久性の結果は、本発明のトナーでは、中空粒子のような異形のトナー粒子を実質的に含まないこと、または、含むとしてもその存在比率が極めて低いことも寄与しているものと考えられる。
(実施例6)
図1に示す樹脂微粒子製造装置のヘッド部をディスク式スプレードライヤー(坂本技研社製、DCTRS−3N型)を代えた以外は、実施例1と同様にして、樹脂微粒子を製造し、これを粉体塗料とした。
このとき、分散液の噴霧は、分散液を温度40℃、圧力0.65MPaの圧縮エアとともに初速度4m/秒で噴射することにより行った。また、分散液の噴射は毎分20mL、ノズルから噴射される分散液の一滴分の平均噴射量は1.5pl(平均粒径Dm:8μm)であった。
樹脂として、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(ガラス転移点Tg:52℃、融点Tm:105℃)を用いた以外は、前記実施例6と同様にして、粉体塗料を製造した。
(比較例3)
造粒防止剤の付与を行わず、分散液の噴霧に用いる圧縮エアを温度150℃、圧力0.55MPaとし、搬送部内の温度を150℃とした以外は、実施例6と同様にして、粉体塗料を製造した。
上記のようにして得られた各粉体塗料について、前述した[2.1]と同様に、中空粒子の存在比率の評価を行った。
表2から明らかなように、本発明(実施例6、7)の粉体塗料は、中空粒子のような異形の塗料粒子が実質的に含まれていなかった。
また、実施例6、7の粉体塗料は、比較例3の粉体塗料よりもかさ密度が大きいことからも、比較例3の粉体塗料に比し中空粒子や異形粒子が少ないことがわかる。
このような各粉体塗料について、基材へ塗装を行い、得られた塗膜の外観を目視観察したところ、実施例6、7の粉体塗料を用いた塗膜は、極めて優れた平滑性を有し、また、塗膜欠陥も全く認められなかった。これに対し、比較例3の粉体塗料を用いた塗膜は、実施例6、7に比し平滑性に劣っており、また、ピンホールのような塗膜欠陥が確認された。
また、各粉体塗料の塗装は、温度25℃、相対湿度65〜70%の環境下で、乾燥塗膜が20μmになるように、それぞれ2回に分けて塗装し、その後、140℃で3分間焼付けを行って、塗膜を得た。なお、塗装時のスプレーガンのエア圧は5kg/cm、塗料の流速は400m/min、基材とスプレーガンとの距離は40cmであった。
Claims (15)
- 主として樹脂材料で構成された分散質が分散媒中に微分散した分散液を用いて樹脂微粒子を製造する方法であって、
前記分散液を液滴状に吐出する工程と、
液滴状の前記分散液から前記分散媒を除去する工程とを有し、
前記分散液に、前記分散質同士が凝集して造粒するのを防止または抑制する造粒防止剤を付与することを特徴とする樹脂微粒子の製造方法。 - 液滴状に吐出された前記分散液に前記造粒防止剤を付与する請求項1に記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記造粒防止剤は、無機微粒子である請求項1または2に記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記無機微粒子は、主としてシリカおよび/または酸化チタンで構成された微粒子である請求項3に記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記分散質の平均粒径をDm[μm]、前記造粒防止剤の平均粒径をDc[μm]としたとき、1×10−3≦Dc/Dm≦1×10−1の関係を満足する請求項1ないし4のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記造粒防止剤の平均粒径は、0.02〜1.0μmである請求項1ないし5のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 吐出された液滴状の前記分散液の平均粒径をDd[μm]、前記分散質の平均粒径をDm[μm]としたとき、0.5<Dm/Dd<1.0の関係を満足する請求項1ないし6のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記分散媒を除去する工程において、前記樹脂材料のガラス転移点以下の温度で加熱することにより、前記分散媒を除去する請求項1ないし7のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 圧電パルスにより、前記分散液を間欠的に吐出する請求項1ないし8のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記樹脂微粒子は、トナー粒子である請求項1ないし9のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 前記樹脂微粒子は、粉体塗料である請求項1ないし10のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の樹脂微粒子の製造方法によって製造されたことを特徴とする樹脂微粒子。
- 下記式(I)で表される平均円形度Rが0.95以上である請求項12に記載の樹脂微粒子。
R=L0/L1・・・(I)
(ただし、式中、L1[μm]は、測定対象の樹脂微粒子の投影像の周囲長、L0[μm]は、測定対象の樹脂微粒子の投影像の面積に等しい面積の真円の周囲長を表す。) - 各粒子間での平均円形度の標準偏差が0.015以下である請求項12または13に記載の樹脂微粒子。
- かさ密度が、0.34g/cm3以上である請求項12ないし14のいずれかに記載の樹脂微粒子。
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