JP2007101819A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも着色樹脂粒子と冷気とを同伴する工程を含むトナー製造方法において、前記冷気の温度が0℃以下であることを特徴とするトナー製造方法。
【選択図】 図2
Description
「超低温空気発生器による実験模型の冷却」九州大学応用力学研究所技術室 石井幸治氏 (九州大学応用力学研究所技術職員技術レポート Vol.3(March,2002)
すなわち、少なくとも着色樹脂粒子と冷気とを同伴する工程を含むトナー製造方法において、前記冷気の温度が0℃以下であることを特徴とするトナーの製造方法、である。
以下に本発明の態様を詳細に説明する。
温度が0℃以下である冷気を同伴するには、冷却手段により0℃以下の低温空気の雰囲気を作り出し、その雰囲気に粉体を曝せばよく、例えばアンモニア、炭化水素系等の冷媒を用いる冷却により、あるいはやペルチェ素子などを利用して所望の冷気を作製可能だが、好適には、機構が単純なボルテックスチューブを用い、その低温吹き出し口から送出される低温空気をトナー粒子に対して放出するのがよい。
空間率(%)=(目開き)2/(目開き+線径)2×100
乳化重合凝集法によりトナーを製造する場合、通常、重合工程、混合工程、凝集工程、熟成工程、洗浄・乾燥工程を有する。すなわち、一般的には乳化重合により得た重合体一次粒子を含む分散液に、着色剤、ワックス、帯電制御剤等の分散液を混合し、この分散液中の一次粒子を凝集させて粒子凝集体とし、必要に応じて微粒子等を付着した後に融着させて得られた粒子を洗浄、乾燥することにより母粒子が得られる。
カチオン性界面活性剤としては、例えば、ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド等が挙げられ、アニオン性界面活性剤としては、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ドデカン酸ナトリウム、等の脂肪酸石けん、硫酸ドデシルナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等が挙げられる。ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンヘキサデシルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレアートエーテル、モノデカノイルショ糖等が挙げられる。
前記重合開始剤および懸濁安定剤は、何れも、モノマー添加前、添加と同時、添加後のいずれの時期に重合系に添加しても良く、必要に応じてこれらの添加方法を組み合わせても良い。
乳化重合により得られた重合体一次粒子の体積平均粒径は、通常0.02μm以上、好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.1μm以上であり、通常3μm以下、好ましくは2μm以下、更に好ましくは1μm以下であることが望ましい。粒径が前記範囲未満では、凝集速度の制御が困難となる場合があり、前記範囲超過では、凝集して得られるトナーの粒径が大きくなり易く、目的とする粒径のトナーを得ることが困難となる場合がある。
前記着色剤は磁性を有していてもよく、磁性着色剤としては、プリンター、複写機等の使用環境温度である0〜60℃付近においてフェリ磁性或いはフェロ磁性を示す強磁性物質、具体的には、例えば、マグネタイト(Fe3O4 )、マグヘマタイト(γ−Fe2O3 )、マグネタイトとマグヘマタイトの中間物や混合物、Mx Fe3-x O4 ;式中、Mは、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd等のスピネルフェライト、BaO・6Fe2 O3 、SrO・6Fe2 O3 等の6方晶フェライト、Y3 Fe5 O12、Sm3 Fe5 O12等のガーネット型酸化物、CrO2 等のルチル型酸化物、及び、Cr、Mn、Fe、Co、Ni等の金属或いはそれらの強磁性合金等のうち0〜60℃付近において磁性を示すものが挙げられ、中でも、マグネタイト、マグヘマタイト、またはマグネタイトとマグヘマタイトの中間体が好ましい。非磁性トナーとしての特性を持たせつつ、飛散防止や帯電制御等の観点で含有する場合は、トナー中の前記磁性粉の含有量は、0.2〜10重量%、好ましくは0.5〜8重量%、より好ましくは1〜5重量%である。また、磁性トナーとして使用する場合は、トナー中の前記磁性粉の含有量は、通常15重量%以上、好ましくは20重量%以上であり、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下であることが望ましい。磁性粉の含有量が前記範囲未満であると、磁性トナーとして必要な磁力が得られない場合があり、前記範囲超過では、定着性不良の原因となる場合がある。
乳化重合凝集法における凝集工程においては、上述の、重合体一次粒子、着色剤粒子、ワックス、帯電制御剤などの配合成分は、同時にあるいは逐次に混合するが、予めそれぞれの成分の分散液、即ち、重合体一次粒子分散液、着色剤粒子分散液、ワックス微粒子分散液、帯電制御剤分散液を作製しておき、これらを混合して混合分散液を得ることが、組成の均一性および粒径の均一性の観点で好ましい。
O4)3、CH3COONa、C6H5SO3Na等が挙げられる。これらのうち、2価以上の多価の金属カチオンを有する無機塩が好ましい。
凝集に要する時間は装置形状や処理スケールにより最適化されるが、トナー粒子の粒径を目的とする粒径に到達するためには、前記した所定の温度で通常、少なくとも30分以上保持することが望ましい。所定の温度へ到達するまでの昇温は、一定速度で昇温しても良いし、段階的に昇温することもできる。
この樹脂微粒子は、通常、乳化剤により水または水を主体とする液中に分散した分散液として用いるが、前記の帯電制御剤を凝集処理後に加える場合には、粒子凝集体を含む分散液に帯電制御剤を加えた後に樹脂微粒子を加えることが好ましい。
また、前記の乳化重合/凝集法により得られた粒子の表面に、例えば、スプレードライ法、in−situ法、或いは液中粒子被覆法等の方法によって、更に、重合体を主成分とする外層を、好ましくは0.01〜0.5μmの厚みで形成させることによって、カプセル化された母粒子とすることもできる。
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは512×512の画
像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を示す。〕
801,802,803,804,805,806,807の組合せが好ましい。
なお、平均粒径、粒度分布、テトラヒドロフラン(THF)不溶分、分子量分布、熱的特性、円形度、および実写評価は、それぞれ以下の方法により測定した。
[分散液中粒子及びトナーの体積平均粒径、個数平均粒径、粒度分布]
分散液中の重合体一次粒子、ワックス粒子、着色剤粒子はレーザー回折粒度分布測定機であるホリバ社製LA−500を用いてフローセル方式により試料量数100mg程度で行った。トナー粒子は前述のベックマンコールター社製マルチサイザーII型(以下、マルチサイザーと略す。)を用いた。
[トナーのテトラヒドロフラン(THF)不溶分]
試料1gをTHF100gに加え25℃で24時間静置溶解し、セライト10gを用いて濾過し、濾液の溶媒を留去してTHF可溶分を定量し、1gから差し引いてTHF不溶分を算出し、重量%表示する。
[トナーのTHF可溶分のピーク分子量、ワックス類の数平均分子量]
上記THF不溶分測定における濾液を用い、前述の通り、ーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した(装置:東ソー社製GPC装置 HLC−8120)。
パーキンエルマー社製DSC7により測定した。30℃から100℃までを7分間で昇温し、100℃から−20℃まで急冷し、−20℃から100℃までを12分間で昇温して、2回目の昇温時に観察されたTgの値を用いた。
[トナーの軟化点(Sp)]
フローテスター(CFT−500、島津製作所製)を用いて約1gの試料を試料3を昇温速度3℃/min.で加熱しながら、面積1cm2のプランジャーにより30kg/c
m2の荷重を与え、孔径1mm、長さ10mmのダイから押し出し、これによりプランジ
ャーストローク−温度曲線を描き、そのS字曲線の高さをhとするとき、h/2に対応する温度を軟化点とした。
[ワックスの吸熱ピーク]
セイコー電子社DSC120を用い、測定温度30〜150℃、昇温速度2℃/分、サンプル量10mgの条件で測定した。
[ワックスの分散粒子径]
ワックス分散径は透過電子顕微鏡法(TEM)により測定されるが、その測定は以下のように行われる。すなわち、トナー粒子にショ糖水溶液を加えて練り合わせ、サンプルキャリアヘッドにその少量を着けて液体窒素で冷却して凍結試料とする。次に、切削ユニット部が液体窒素で冷却可能なウルトラミクロトームを用い、上記凍結試料をガラスカッターで面削した後、ダイヤモンドカッターで70nmの厚みにカットしてサンプルを作成する。さらに、この切削サンプルをコロジオン膜張りメッシュ上に乗せ、四酸化ルテニウムにて染色処理を行う。この染色処理サンプルを用いて、TEM(日立H−7500システム)にて倍率1万倍で10視野以上の写真画像を撮影する。得られる画像からワックス粒子を任意に300個以上抽出して、その水平方向Feret径を計測して平均値を取り個数平均径とする。なお、計測・集計は、画像解析法もしくはノギス等による実測法のいずれでもよい。樹脂中のワックス分散粒子径は個数平均径で0.05〜1μmであるのが好ましく、より好ましくは個数平均径で0.1〜0.5μmであるのが耐久性がさらに向上する等の面から好適である。
トナーを非磁性1成分の現像槽(カシオ社製ColorPagePrestoN4現像槽)に投入し、駆動装置にて現像槽の現像ローラを約150rpmで約1分間回転させて現像ロール上のトナーを均一化させた後、q/mメーター(トレックジャパン社、モデル210HS)を用いてローラ上のトナーを濾紙(ワットマン・グレード1)上に吸引し、表示される静電容量と吸引した濾紙上のトナー重量からトナー単位重量あたりの帯電量を求めた。
非磁性一成分現像方式のフルカラープリンター(カシオ社製ColorPage PrestoN4)を用い、単色画像評価及びフルカラー画像評価を行った。
まず、トナー母粒子を以下により製造する。
<ワックス分散液の調製>
アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンSC)0.3部を脱塩水70部に加え、さらに表面張力約28N/m、DSC吸熱ピークが70℃のパラフィンワックス(日本精鑞社製、HNP−11)を添加した後、全体を90℃に加熱してディスパーザーで10分攪拌した。次いでこの分散液を100℃に加熱し、ホモジナイザー(ゴーリン社製、15−M−8PA型)を用いて約15MPaの加圧条件で乳化を開始し、LA−500粒度分布計で測定しながら体積平均粒径を約0.2μmまで分散してワックス分散液Aを作製した。
カーボンブラック(三菱化学社製の三菱カーボンブラックMA−100S)20部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンSC)1部、非イオン界面活性剤(第一工業製薬社製、ノイゲンEA80)5部、水80部をサンドグラインダーミルで分散して黒色の着色剤分散液を得た。製造直後のLA−500にて計測した粒子の体積平均径は約0.15μmであった。
攪拌装置、加熱冷却装置、濃縮装置、及び各原料・添加剤仕込み装置を備えた反応器に、前記のワックス分散液、及び脱塩水を仕込み、窒素気流下で90℃に昇温した。
脱塩水 365部
次いで、反応器の温度を90℃に保持したまま、以下のモノマー類、乳化剤水溶液、及び重合開始剤等からなる混合物を5時間かけて加え、前記ワックス粒子をシードとして乳化共重合させた。
[モノマー類]
スチレン 78部
アクリル酸ブチル 20部
アクリル酸 2部
1,6−ヘキサンジオールジアクリレート 1部
トリクロロブロモメタン(連鎖移動剤) 1.3部
[乳化剤水溶液]
10%乳化剤(ネオゲンSC)水溶液 12部
[開始剤水溶液]
8%過酸化水素水溶液 43部
8%アスコルビン酸水溶液 43部
その後、冷却することにより、スチレン−アクリル酸ブチル−アクリル酸系共重合体の一次粒子分散液を得た。LA−500にて計測される粒子の体積平均粒径は、0.26μmであった。
前記重合体一次粒子分散液100部に前記着色剤分散液6部を加え、ディスパーザーで分散攪拌しながら、硫酸アルミニウム水溶液(一次粒子分散液100部に対して固形分として0.5部)を滴下し、攪拌下に30分かけて50℃に昇温して1時間保持し、更に、攪拌下に52℃に昇温することにより凝集工程を行った。一次粒子凝集体としての体積平均粒径が約7μmとなった時点で、ネオゲンSC水溶液(一次粒子分散液100部に対して固形分として3部)を添加して凝集工程を終了し、引き続き攪拌下に50分かけて97℃に昇温して1.5時間保持して熟成工程を行った。その後、冷却、濾過、水洗、乾燥することにより、一次粒子凝集・熟成体として黒色のトナー母粒子を得た。
・母粒子の粒度分布特性
体積平均径Dv :6.5μm
体積<5.04μm :1.7%
個数<5.04μm :8.0%
体積平均径(Dv)/個数平均径(Dn) :1.10
・母粒子の平均円形度 :0.965
・母粒子のTHF可溶分分子量ピーク :51,000
・母粒子のTHF不溶分量 :36重量%
・母粒子のガラス転移温度 :58℃
・母粒子の軟化点 :120℃
・母粒子中のワックス分散粒子径 :0.2μm
気取り入れ口4bに供給した。この際、低温吹き出し口4aから排出される冷気の温度は約−20℃であった。トナーは配管5を約200kg/hrの搬送速度で搬送された。そしてサイクロン6で捕集され、さらにその下部に設置されたロータリーバルブ7で切り出されて、さらに下部にある篩分け装置8(超音波振動篩分け機)に導入される。超音波振動篩分け機の超音波周波数は36kHzであり、使用する篩は、篩直径800mm、目開き62μm、線径約40μm、空間率約36%のSUS304製の綾織金網を用いた。篩面上に導入された直後のトナーの温度を測定したところ約20℃と低下していた。その時のトナーの凝集状態を目視したが、軟凝集状態などは観察されず、篩面上の挙動に異常は見られなかった。その後、超音波振動篩分け機の連続稼動により篩分けを実施したが、トナー全量の篩面の目詰まりも少なく篩通過効率の低下はほとんど無かった。また、搬送配管5を分解して、トナーの付着状態を観察したが、付着量は微量であった。
実施例1の図2の装置構成において、ボルテックスチューブ4を組み込まず、従って冷
気の送出を行わない以外は、実施例1と全く同一の処方の粒子を用い、かつ装置の稼動条件も全く同一としてトナーの製造を行った。
その結果、外添直後のクッションタンク2内でトナーの温度を測定したところ、約55℃であった。
実施例1の図2の装置構成において、ボルテックスチューブ4を組み込まず、その代わ
りにエアコンプレッサおよびアフタードライヤーから温度約10℃、圧力約0.5MPa、流量約1.5m3/minの流量の圧縮空気を直接搬送配管5の末端から供給する以外は、実施例1と全く同一の処方の粒子を用い、かつ装置の稼動条件も全く同一としてトナーの製造を行った。
その結果、外添直後のクッションタンク2内でトナーの温度を測定したところ、約55℃であった。
実施例1の図2の装置構成において、篩分け装置8で振動方式を超音波振動方式からレ
シプロシフタ方式の振動篩に変更した以外は、実施例1と全く同一の処方の粒子を用い、かつ装置の稼動条件も全く同一としてトナーの製造を行った。篩網としては実施例1と同一のものを用いた。
その結果、外添直後のクッションタンク2内でトナーの温度を測定したところ、約55℃であった。
1a 蓋
1b 駆動モーター
1c 攪拌羽根軸
1d 攪拌羽根
1e 排出口
2 クッションタンク
3 送り側ロータリーバルブ
4 ボルテックスチューブ
4a 低温吹き出し口
4b 圧縮空気取り入れ口
4c 高温吹き出し口
4d バルブ
5 輸送配管
6 サイクロン
7 受け側ロータリーバルブ
8 篩分け装置
9 バグフィルター
10 吸引ブロワ−
11 超音波発信器
12 超音波変換器
13 共振リング
14 篩枠
15 篩網
16 プラグ
17 ケーブル
Claims (10)
- 少なくとも着色樹脂粒子と冷気とを同伴する工程を含むトナー製造方法において、前記冷気の温度が0℃以下であることを特徴とするトナー製造方法。
- 前記冷気がボルテックスチューブにより得られることを特徴とする請求項1に記載のトナー製造方法。
- 前記着色樹脂粒子の体積平均径が4〜9μmであることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記着色樹脂粒子と冷気を同伴する工程が、配管中を輸送する工程であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記配管中の輸送が、吸引搬送により行われることを特徴とする請求項4に記載のトナーの製造方法。
- 前記着色樹脂粒子と冷気とを同伴する工程が、前記着色樹脂粒子に対して外添剤を混合して混合物を得る工程の後であって、かつ前記混合物を篩い分けする工程の前に行われることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記混合物を篩い分けする工程が、超音波篩装置により行われることを特徴とする請求項6に記載のトナーの製造方法。
- 前記着色樹脂粒子が、少なくとも樹脂、着色剤及びワックスを含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記着色樹脂粒子が、水系媒体中で製造されるものであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記ワックスのDSC(示差走査熱量計)で測定される融点が30〜100℃であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のトナー製造方法。
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