JP2008107734A - 電子写真用トナー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワックスの添加量を増加させることなく、定着特性及び光沢度を改善した電子写真用トナー及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】ポリビニルアセタール樹脂からなる結着樹脂及び着色剤を含み、８０℃〜１５０℃の軟化点を有することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真用及びその製造方法に係り、特に、定着性に優れた電子写真用トナー及びその製造方法に関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写することにより行われる。このような画像形成に用いられるトナーの多くは、結着樹脂としてポリエステル樹脂またはスチレンアクリル樹脂を使用している。また、ほとんどのトナーは、ワックスを添加して定着特性を良好にしている。

結着樹脂としてのポリエステル樹脂またはスチレンアクリル樹脂は、トナーの定着性に対して良好な特性を有するが、近年、プリンタの省電力化が求められてきており、そのためには、特に低温定着特性が必要になっている。その対応策として、ワックスの添加量を増加させることがしばしば行われるが、ワックスの増加による不具合もあるため、ワックス添加量を増加することは、容易ではない。

一方、特許文献１には、所定の着色剤と組合せて好適に使用される結着樹脂として、ポリエステル樹脂を含む様々な樹脂が挙げられており、その一例としてポリビニルアセタール樹脂の一種であるポリビニルブチラール樹脂が記載されているが、その具体的な効果等については一切記載されていない。

また、粉砕法によるトナー製造方法に比べて多量のワックス添加しやすいケミカル法によるトナー製造方法が近年盛んに行われている。しかし、ケミカル法の１種である重合法では、そのほとんどが結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂を合成する方法であり、トナー中に未反応のスチレンが残留してしまうことが問題となっている。

また、別の方法として、溶剤に樹脂を溶解し、これに樹脂の溶解しない液体を添加して樹脂を析出させトナー化する溶解懸濁法も行われているが、多量の溶剤を使用することから生産コスト高であることや、溶剤が洗浄しきれずにトナー中に残留してしまうという課題がある。
特許第２７５９４９２号

本発明は、以上のような事情の下になされ、ワックスの添加量を増加させることなく、定着特性及び光沢度を改善した電子写真用トナー及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、ポリビニルアセタール樹脂からなる結着樹脂及び着色剤を含み、８０℃〜１５０℃の軟化点を有することを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

この電子写真用トナーは、ワックスを含有しないものとすることができる。

本発明の第２の態様は、ポリビニルアルコールとアルデヒドを着色剤を含む水溶液中で反応させて、着色剤を含むポリビニルアセタール樹脂粒子を生成することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。

本発明の第３の態様は、ポリビニルアセタール樹脂を溶剤に溶解した溶液に着色剤を添加し、更にポリビニルアセタール樹脂が溶解しない液体を添加して、着色剤を含むポリビニルアセタール樹脂粒子を析出させることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。

かかる電子写真用トナーの製造方法において、ポリビニルアセタール樹脂が溶解しない液体として水を、ポリビニルアセタール樹脂を溶解する溶剤としてアルコールを用いることができる。

本発明の第１の態様によると、定着特性に優れた、特に低温定着に適合した、電子写真用トナーが提供される。

また、本発明の第２の態様によると、結着樹脂として粉砕性に劣るポリビニルアセタール樹脂を含むトナーを、高い生産性をもって製造することを可能とする電子写真用トナーの製造方法が提供される。

また、本発明の第３の態様によると、従来の溶解懸濁トナーに比べ、安価で安全性の高い溶剤の使用が可能な電子写真用トナーの製造方法が提供される。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーは、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含むことを特徴とする。

ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールをアセタール化して得た重合体であり、その代表的なものとして、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等が挙げられる。

ポリビニルアセタール樹脂は、酸触媒を用いてポリビニルアルコールをアルデヒドと反応させることにより生成することができる。或いは、ポリビニルアルコールは、ポリ酢酸ビニルを酸により加水分解することにより生成されるので、ポリ酢酸ビニルの加水分解とアセタール化を同時に行うことによっても生成することができる。

トナー中のポリビニルアセタール樹脂の含有量は、特に限定されないが、５０質量％以上であるのが好ましい。トナー中のポリビニルアセタール樹脂の含有量が少ないと十分な定着特性が得られない。

本発明の第１の実施形態に係るトナーには、通常、電子写真用トナーに使用される着色剤、電荷制御剤等が添加される。また、ワックスを添加することなく定着性の改善が得られるが、場合によっては、ワックスを添加してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るトナーは、以上説明した各成分を用いて、次のようにして製造することが出来る。

まず、ポリビニルアセタール樹脂及び着色剤等を含む原料混合物を混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

原料混合物は、次いで混練機に供給され、そこで溶融混練される。混練機としては、二軸押出し混練機及び単軸押出し混練機等の押出し混練機、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル及びバッチ式ロールミル等のオープンロール型混練機等、任意の型のものを用いることができる。

混練機から排出された溶融混練物は、通常、トナーの製造に用いられる方法に従って、冷却され、粉砕され、所定の粒度に分級されて、トナー粒子母体が得られる。冷却手段、粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、冷却には、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕には、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級には、様々な気流分級機を用いることができる。

このようにして得たトナー粒子母体に、シリカ等の外添剤を加え、混合・攪拌することにより、電子写真用トナーが得られる。

以上のようにして得た本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーは、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を用いているため、定着特性、特に低温定着性に優れている。また、ワックスを添加しなくても優れた定着性が得られるので、ワックス添加による不具合の発生を抑制することができる。例えば、ドクターブレードへのワックスの融着による画像への白スジ発生などを防止することができる。

更に、優れた定着特性により定着温度の低温化、すなわちプリンタの省電力化を期待することも可能である。

なお、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いたトナーの場合と同等のワックス量を添加することで、さらに良好な定着特性を付与できる。

本発明の第２の実施形態は、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含む電子写真用トナーをケミカル法により製造するものである。以下、その手順について説明する。

まず、ポリビニルアルコール樹脂の水溶液に、着色剤、電荷制御剤等を添加する。必要に応じて、ワックスも添加する。得られた懸濁液に酸、例えば塩酸等、およびアルデヒドを添加すると、ポリビニルアルコールとアルデヒドが反応してポリビニルアセタール樹脂が形成され、水に溶解しないポリビニルアセタール樹脂が析出する。

このポリビニルアセタール樹脂の析出時にワックス、着色剤、電荷制御剤等が樹脂中に取り込まれる。その結果、ワックス、着色剤、電荷制御剤等を含有するポリビニルアセタール樹脂の粒子が析出する。

以上の添加、反応工程において、添加方法、反応温度、反応時間などを調整することにより粒子のサイズを制御して、トナーに適した粒子径とすることができる。反応を停止する場合には、炭酸水素ナトリウム等のアルカリを添加すればよい。その後、粒子を洗浄し、乾燥することによりトナー母体粒子が得られる。

このようにして得られたトナー母体粒子にシリコンオイル、またはアルキルジシラザンにて表面処理したシリカ粒子などを外添し、ふるいを通して、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含むトナー粒子を得ることができる。

得られたトナーの物性は原料であるポリビニルアセタール樹脂に由来し、従って、ポリビニルアセタール樹脂の原料であるポリビニルアルコールの分子量、ポリビニルアルコールのけん化度（ＯＨ基の残存量：酢酸エステルの加水分解量）、アセタールの種類（反応させたアルデヒドの種類）、及びアセタール化度（アセタール化させたアルデヒドの量）等の要因に大きく依存するものと考えられる。

従来、結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂を用いた重合トナーは、人体への有害性が強い未反応のスチレンがトナー中に残存しやすいという問題がある。これに対し、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を用いる本実施形態に係るケミカルトナー法により得たトナーは、人体への有害性の強い溶剤を使用していない。また、残存が懸念されるアルデヒドは、種類を選択することにより有害性はスチレンより低く、また水による洗浄が容易であるので、残存量をスチレンの場合よりはるかに低くすることが容易である。

第１の実施形態では、粉砕法によりトナー粒子を製造したが、ポリビニルアセタール樹脂は、従来の結着樹脂に比べて粉砕性がやや悪く、生産性に劣るという欠点を有している。これに対し、本発明の第２の実施形態に係るケミカルトナー法では、低い粉砕性は生産性に影響しない。また、トナー粒子が球形に近い形状にできるため、帯電性の安定化なども期待できる。

また、本発明の第２の実施形態では、厳密な製造条件の制御を行うことにより、トナーの特性を変化させることが容易であるという利点もある。更に、ケミカル法により得られるポリビニルアセタール樹脂は、通常、粒子径が数十μｍ程度であり、トナーサイズの粒子径（数μｍ）にすることも可能であり、価格も低価格であるので、コスト的にも従来の重合トナーより有利になるものと考えられる。

なお、以上説明した第２の実施形態では、原料としてポリビニルアルコールを使用したが、原料として酢酸ビニルを使用して、酢酸ビニルを重合してポリ酢酸ビニルを合成し、ポリビニルアセタール樹脂の合成を行うことも可能である。

本発明の第３の実施形態は、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含む電子写真用トナーを溶解懸濁法により製造するものである。以下、その手順について説明する。

まず、ポリビニルアセタール樹脂をアルコール溶剤（例えば、エタノール、イソプロパノール）に溶解させ、そのアルコール溶液にトナーに必要な添加剤である、ワックス、着色剤、電荷制御剤等を懸濁させる。次いで、この懸濁液に、ポリビニルアセタール樹脂が溶解しない液体として水を添加すると、ポリアセタール樹脂が析出し、その際にワックス、着色剤、電荷制御剤等が樹脂中に取り込まれる。その結果、ワックス、着色剤、電荷制御剤等を含有するポリビニルアセタール樹脂の粒子が析出することになる。

以上の工程において、種々の条件を調整することにより粒子のサイズを制御して、トナーに適した粒子径とすることができる。その後、粒子を洗浄し、乾燥することによりトナー母体粒子が得られる。

得られたトナー母体粒子にシリコンオイル、またはアルキルジシラザンにて表面処理したシリカ粒子などを外添し、ふるいを通して、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を含むトナー粒子を得ることができる。

従来の溶解懸濁トナーを製造するためには、結着樹脂を溶解させるために溶解力の強い溶剤を使用する必要があるが、そのような溶剤は高価であり、また安全性にも問題がある。これに対し、本発明の第３の実施形態では、ポリビニルアセタール樹脂は汎用のアルコール溶剤に溶解することから、安価で安全性の高い溶剤を使用することができる。また、アルコールは水に完全に溶解することから水による洗浄が容易であり、トナーへの残存溶剤の量を少なくすることが容易であるという利点がある。

なお、上述した本発明の第２の実施形態では、製造プロセスに化学反応を伴うことから、大掛かりな製造設備や、製造条件のより厳密な制御が必要である。これに対し、本発明の第３の実施形態では、化学反応を伴わないため、大掛かりな製造設備や製造条件の厳密な制御を必要とせず、製造プロセスの構築が容易であるという利点がある。

以下、本発明の実施例と比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。

実施例１
結着樹脂として積水化学工業（株）製ポリビニルアセタール樹脂「エスレックＢＸ−Ｌ」（軟化温度１２４℃：島津製作所（株）製フローテスタＣＦＴ−５００Ｄにて測定）を９９質量％、帯電付与材として日本カーリット（株）製「ＬＲ−１４７」を１質量％をミキサーにて混合した後、２軸スクリュー混練機にて熱を加えながら混練を行った。

得られた混練物を機械式粉砕機にて２ｍｍ程度まで粉砕した後、気流式粉砕機にてさらに小粒子径まで粉砕し、目的の粒子径が得られるように分級を行った。その後、混練粉砕物にシリコンオイル、またはアルキルジシラザンにより表面処理したシリカ粒子（混練粉砕物に対して１質量％）を外添し、ふるいを通して、トナーを得た。

このトナーの軟化温度は１２８℃であった。

実施例２
結着樹脂として積水化学工業（株）製ポリビニルアセタール樹脂「エスレックＢＬ−１」（軟化温度１２３℃）を９６質量％、ワックスとして(株)加藤洋行輸入品「カルナバ１号」を３質量％使用した他は実施例１と同様にトナーを製造した。このトナーの軟化温度は１２３℃であった。

実施例３
結着樹脂として積水化学工業（株）製ポリビニルアセタール樹脂「エスレックＢＬ−Ｓ」（軟化温度１２９℃）を９６質量％、ワックスとして三井化学（株）製ＮＰ０５６を３質量％使用した他は実施例１と同様にトナーを製造した。このトナーの軟化温度は１２７℃であった。

実施例４
結着樹脂として積水化学工業（株）製ポリビニルアセタール樹脂「エスレックＢＬ−１０」（軟化温度１１３℃）を９６質量％、ワックスとして(株)加藤洋行輸入品「カルナバ１号」を３質量％使用した他は実施例１と同様にトナーを製造した。このトナーの軟化温度は１１５℃であった。

比較例１
結着樹脂としてポリエステル樹脂Ａ（花王（株）製、軟化温度１３４℃）を９６質量％、ワックスとしてＮＰ０５６を３質量％使用した他は実施例１と同様にトナーを製造した。このトナーの軟化温度は１２６℃であった。

比較例２
結着樹脂として花王（株）製ポリエステル樹脂Ｂ（軟化温度１１２℃）を９６質量％、ワックスとして(株)加藤洋行輸入品「カルナバ１号」を３質量％使用した他は実施例１と同様にトナーを製造した。このトナーの軟化温度は１１３℃であった。

以上のように製造したトナーについて、光沢度及び定着性を評価した。なお、光沢度及び定着性の評価は、以下のようにして行った。

光沢度
日本電色工業（株）製光沢度計により、Ａ４サイズの普通紙のベタ画像の６箇所の光沢度を測定し、その平均値をその画像の光沢度とした。

定着性（非オフセット性）
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機（株）製：カラープリンタ毎分２９枚（Ａ４横）機）にトナーを実装し、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）上にトナーを現像した後、定着温度、定着器の通紙速度をそれぞれ振って、得られた画像のオフセット具合から定着性を判断した。

（評価基準）
◎：結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いて得たトナーより非常に良好
○：結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いて得たトナーより良好
×：結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いて得たトナーと同等
その結果を下記表１に示す。

上記表１より、結着樹脂としてポリビニルアセタール樹脂を用いたトナー（実施例１〜４）は、光沢度が１６以上と高く、定着性も優れていることがわかる。特に、実施例１に係るトナーは、ワックスを含まないにもかかわらず、高い光沢度及び定着性を示している。

これに対し、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いたトナー（比較例２）はオフセットが生じ、定着性が劣っている。

また、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いているが軟化点が１２６℃と高いトナー（比較例１）は、定着性は良好であるが、光沢度が１３と低い。

なお、ポリビニルアセタール樹脂はトナー化する際の混練過程で軟化温度が上昇する傾向が認められた。

また、ポリビニルアルコールとアルデヒドから合成したポリビニルアセタール樹脂（軟化点７５℃）を用いて製造したトナー（軟化点７５℃）はガラス転移温度が低すぎるためにトナーの保存性能が悪く、トナーとしては使用することが困難であった。

一方、積水化学工業（株）製ポリビニルアセタール樹脂「エスレックＫＳ−１０」（軟化温度１５５℃）を用いて製造したトナー（軟化温度１５５℃）は溶融粘度が高く、トナーとして十分な定着特性を得るためにはプリンタの定着温度を高くしなければならず、省エネルギーの観点から好ましくない。

このことから、ポリビニルアセタール樹脂を用いた本発明トナーの軟化点は８０℃〜１５０℃であることが条件とされる。

Claims (6)

1. ポリビニルアセタール樹脂からなる結着樹脂及び着色剤を含み、８０℃〜１５０℃の軟化点を有することを特徴とする電子写真用トナー。
2. ワックスを含有しないことを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
3. ポリビニルアルコールとアルデヒドを着色剤を含む水溶液中で反応させて、着色剤を含むポリビニルアセタール樹脂粒子を生成することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
4. ポリビニルアセタール樹脂を溶剤に溶解した溶液に着色剤を添加し、更にポリビニルアセタール樹脂が溶解しない液体を添加して、着色剤を含むポリビニルアセタール樹脂粒子を析出させることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
5. 前記ポリビニルアセタール樹脂が溶解しない液体は、水であることを特徴とする請求項４に記載の電子写真用トナーの製造方法。
6. 前記ポリビニルアセタール樹脂を溶解する溶剤は、アルコールであることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子写真用トナーの製造方法。