JP2008241874A - 静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 結着樹脂、ワックス、着色剤および有機溶剤を含む混合物を溶解あるいは分散した着色樹脂溶液を転相乳化することによって生成した、樹脂油滴、ワックス分散質、着色剤分散質等の分散質を含んだ乳化懸濁液に、電解質水溶液を添加して撹拌することにより粒子成長させた平均粒径1.5〜4μmの着色微粒子を含む水性分散液を固液分離した含水率が〜30〜50質量%のろ過ケーキの解砕時に、トナー平均粒子径の200分の1以上の粒子径の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子を添加して混合した後に、気流により流動層を形成しつつ乾燥を行うトナーの製造方法。
【選択図】なし
Description
また、重合法では、未反応モノマーなどからなる揮発性有機化合物が残留するという問題があった。
この方法では、油相成分を水性媒体中に乳化させて、水性媒体中に該混合物の微粒子を形成させる乳化工程、次いで乳化剤存在下で、電解質を順次添加することで該微粒子を合一させる合一工程を経てトナーを製造するものである。
また、この方法では、微細な粒子を常温で合一させることができるので、形状が球形であると共に、粒径分布も優れたトナーが得られるという特徴を有している。
ところが、高解像度を目指し、トナーの平均粒径が1.5〜4μmであるような小粒系トナーを製造しようとすると、製造工程の後段で課題があることが判明した。すなわち、粒径が小さいトナーであるために乾燥工程において凝集が起こりやすく、乾燥に時間を要し、更に凝集体の生成によって揮発性有機化合物の残留量が多くなるという問題点があった。
このように、乳化懸濁液を調製した後に、電解質水溶液を添加するとともに撹拌を行って分散質の合一によって粒径が小さなトナー粒子を形成して固液分離した後、着色粒子の平均粒子径の200分の1以上の粒子径の疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子を添加して混合した後に、気流により流動層を形成しつつ乾燥を行うと、添加した疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子がトナー粒子の表面を部分的に被覆する。その結果、隣接するトナー粒子間には、これらの金属酸化物微粒子によって空隙が形成されるので、それぞれのトナー粒子に対して乾燥用の気流が充分に作用する結果、乾燥および揮発性有機化合物の除去が促進されるために、定着時に揮発性有機化合物の発生が少なく、形成される画像特性が良好な小粒径トナーを提供することができる。
流動層形成用の気流がトナー中の水分が5質量%以上では空気であり、水分が5質量%よりも低下した後は、酸素濃度が13体積%以下の気体である前記のトナーの製造方法である。
結着樹脂がポリエステル樹脂である前記のトナーの製造方法である。
このように、トナー粒子に対して添加する疎水性表面処理をした金属酸化物粒子による表面被覆率を所定の大きさとした場合には、残存する揮発性有機化合物の除去が促進され、また形成される画像品質が良好なトナー粒子を提供することができる。
また、流動層中の乾燥気流の成分として特定の成分のものを用いることによって、乾燥時に着火等を防止して効率的な乾燥を実現できる。
着色粒子の水性分散液を固液分離装置において固液分離した後に、乾燥気流によって流動層を形成しつつ乾燥を行う際に、予め疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子を添加して着色粒子の表面の一部を被覆したところ、乾燥が促進され、充分な乾燥によって揮発性有機物質の除去効果も高めることが可能であることを見出したものである。
また、疎水性表面処理をした金属酸化物粒子による表面被覆率を10%〜50%とすることが好ましく、表面被覆率が10%よりも小さい場合には、疎水性表面処理した金属酸化物微粒子の添加による効果が得られず、表面被覆率が50%を超えると、疎水性表面処理した金属酸化物粒子によって覆われた部分が多くなり、乾燥気流と接触する機会が減少するために、乾燥および揮発性有機物質の除去が妨げられる。
また、疎水性表面処理を金属酸化物微粒子の粒径は、着色粒子の平均粒径1/200よりも小さいものであると、表面被覆をおこなっても、隣接する着色粒子間に形成される空間が小さなものとなるので、表面被覆によって乾燥気流との接触機会の促進が不充分なものとなる。
表面被覆率(%)=(1/π)×ρ×R×(1/ρi)×(1/r)×Wi×100
ただし、 R:着色粒子の半径(m)
r:疎水性表面処理した金属酸化物微粒子の半径(m)
ρ:着色粒子の密度(kg/m3)
ρi:金属酸化物の密度(kg/m3)
Wi:疎水性表面処理した金属酸化物微粒子の添加量の着色粒子100質量部に対する質量部
なお、ガスクロマトグラフィーの測定条件は、カラム:島津製作所製 CBP10-S50-050、カラム長50m、内径0.33mm、膜厚0.5μm、カラム入り口圧力:64kPa、スプリット比=1:40、気化室温度:250℃、検出器温度:270℃、検出器:FID、温度プログラム:測定温度:50〜240℃、50℃で7min保持、3℃/minで昇温、240℃で15min保持した。
第一工程:着色樹脂溶液調製工程
ポリエステル樹脂を主成分とする結着樹脂、着色剤およびワックスとを、有機溶剤中に溶解、あるいは分散させ、次いで乳化剤を添加して着色樹脂溶液を製造する工程である。
第二工程:転相乳化工程
塩基性化合物を添加した後、該着色樹脂溶液に水を添加して、転相乳化して乳化懸濁液とする工程である。
第三工程:合一工程
調製した乳化懸濁液に、電解質水溶液を添加し、乳化懸濁液中の樹脂油滴、ワックス分散質、着色剤分散質等の分散質から微粒子を形成させ、更に生成した微粒子を合一させることにより合一粒子を生成させて粒子形成を行った後に合一を停止させる工程である。
電解質水溶液の添加を分割して行うことによって、複数回の合一を行ってもよい。
水性媒体中から着色粒子を分離し、分散剤の存在下において水中に分散した分散液の分散導電率が20〜50μS/cmとなるように洗浄した後に、脱水して着色粒子ケーキを得る、フィルタープレスを用いた工程である。
第五工程:乾燥工程
脱水着色粒子ケーキに、予め所定量の疎水性表面処理した金属酸化物粒子を添加して混合した後に、乾燥気流によって流動層を形成して、水分、揮発性有機化合物を除去してトナー母粒子とする工程である。
第六工程:外添工程
トナー母粒子に外添剤を添加する工程である。
また、乾燥工程において添加した疎水性表面処理した金属酸化物微粒子の量に応じて、添加量、種類等を調整する。
翼先端速度が4m/sより低いと、着色樹脂溶液中での着色剤の微分散が不十分となり好ましくない。一方、30m/sより高いと剪断による発熱が大きくなり、溶剤の揮発と相まって均一撹拌が困難となるため好ましくない。また、溶解、または分散する場合の温度は、20〜60℃の範囲が好ましく、30〜50℃の範囲がより好ましい。
合一工程において乳化剤が機能するためには、後から添加する電解質の存在下においても分散安定性を保持できる特性が必要である。そのような特性を有する乳化剤としては、例えば、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オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなど、あるいは各種プルロニック系などのノニオン型の乳化剤、あるいはアルキル硫酸エステル塩型、アルキルスルホン酸塩型のアニオン性乳化剤、また、第四級アンモニウム塩型のカチオン型の乳化剤などがある。また、アルキルベンゼンスルホン酸塩型の乳化剤、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸型の乳化剤を挙げることができる。上述した乳化剤は単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。なかでも、乳化剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩が好ましい。アルキルベンゼンスルホン酸塩が有するアルキル基としては、例えば、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられるが、ドデシル基が好ましい。
すなわち、本発明の製造方法では、乳化剤の存在下に電解質を添加することで、急激な不均一な合一を防止することが可能となり、粗大粒径の発生を抑制し、好ましい粒度分布が得られると共に、収率の向上が達成される。
転相点では乳化懸濁液の粘度が高いこともあり、着色樹脂溶液が完全に水性媒体中に微分散していない場合もあるため、更に水を添加することが好ましい。転相点までに添加した水の量は、乳化懸濁液調製までに使用した水の合計の50ないし80質量%の範囲が好ましい。
これは、ポリエステル樹脂の酸価が3未満であると、ポリエステル樹脂と有機溶剤とが水中に乳化した乳化懸濁液の製造が円滑に行われず、粗大粒子が発生するので好ましくない。
一方、ポリエステル樹脂の酸価が30より大きいと、トナー使用環境下における帯電量が安定しないため好ましくない。酸価が3〜30KOHmg/gであるポリエステル樹脂は、カルボキシル基が塩基性化合物により中和されることによりアニオン型となる。その結果、樹脂の親水性が増加し、分散安定剤や乳化剤を使用しなくとも安定に分散または溶解することができる。
合一工程は、乳化剤の存在下で乳化懸濁液中に電解質水溶液を滴下することで分散質の析出工程とその後の析出した粒子が成長する合一工程からなる。合一工程においては、以下の様に合一が進むものと考えられる。
まず、乳化懸濁液中の分散質として、結着樹脂油滴、着色剤分散質、あるいはワックス分散質のそれぞれの単独の微粒子が系内に均一に分散、存在しており、大きさは、0.01μmから1μm程度の大きさのものである。この乳化懸濁液中に電解質水溶液を滴下することで、油滴が塩析または不安定化され析出を始める。このとき液を撹拌することにより分散質同士が衝突を起こし一体化する。分散質である均一に分散された微細な、樹脂油滴、ワックス分散質、顔料分散質等が一体化し着色樹脂微粒子となる。
この着色粒子は、有機溶媒を含み一種の膨潤した状態にあり、衝突とほぼ同時に融着が起こり、一体化し、いわゆる合一が進行する。そのため、別途加熱による融着工程を設ける必要がない。
所望の粒径になった時点で、比較的大量の水、すなわち停止水を添加することで、有機溶媒濃度を低減し、合一を停止することができる。更には後工程の脱溶剤後の着色粒子分散液中には有機溶媒が数%以下になることから、粒子の膨潤はなくなり、十分な強度を持つものが得られる。
また、得られる合一粒子は溶剤によって膨潤しており、電解質を添加することによって粒子の水和状態が不安定な状態となっているため、比較的低剪断力の撹拌により粒子同士を衝突させて合一を進行させることが好ましい。均一な合一を進める上では、合一時の撹拌条件が重要であり、例えば、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼(登録商標)、半月翼などが用いられる。なかでも、マックスブレンド翼やフルゾーン翼のような低回転であっても均一混合性に優れた大型翼を用いることが好ましい。均一な合一体を生成させるための撹拌翼の周速は、0.2〜10m/sが好ましく、0.2〜8m/s未満の低シェアでの撹拌がより好ましい。特に、0.2〜6m/sとすることが好ましい。撹拌翼の周速が10m/sよりも早いと、微粒子が残存するため好ましくない。一方、周速が0.2m/sよりも遅いと、撹拌が不均一となり粗大粒子が発生する傾向となるので好ましくない。上述した条件であれば、微粒子同士の衝突のみにより合一が進行し、合一体が再び解離、分散することがない。特に、合一工程では微小粒子から優先的に合一が進行するため、超微粒子の発生が少なく、かつ狭い粒度分布となるため収率の向上が達成できる。
すなわち、着色樹脂溶液調製工程、及び転相乳化工程ではデスパー(アサダ鉄工製)等の高速撹拌機により撹拌を行うことが好ましく、合一工程では低速で均一混合可能な大型翼が好適となるため、転相乳化工程で得られた乳化懸濁液を大型翼付属の別の容器に移送して合一工程を実施することが好ましい。
また、電解質の量が15質量%よりも多いと、合一が不均一となり、凝集物の発生や、粗大粒子が発生し収率を低下させる。
また、電解質濃度が高いと、特に合一初期の塩析による溶解したポリエステル樹脂の析出時に凝集物が発生しやすいため好ましくない。一方、電解質濃度が低いと、塩析や合一させるために多量の電解質が必要となるとともに、微粒子が残存し易く好ましくない。
また、本発明における粒径は、ベックマンコールター社製マルチサイザーIII型(アパーチャーチューブ径:50μm)による測定で測定した体積50%径である。
これは、温度が10℃よりも低いと、合一が進行しにくくなるためである。また、温度が50℃よりも高いと、合一速度が速くなり、凝集物や、粗大粒子が発生しやすくなるためである。本発明の製造方法では、例えば、20〜40℃といった低温の条件で、合一粒子の生成が可能である。
所望の粒径になった時点で、比較的大量の水(停止水)を添加して有機溶媒濃度を低減することで、粒子の膨潤度合いが少なくなり、合一を停止することができる。
本発明の方法により得られるトナー粒子の形状は、平均円形度が0.95以上ないし0.97以上の略球形あるいは球形の形状のものであって、粉体流動性、転写効率が向上する。
分離洗浄工程は、合一工程で生成した着色粒子を分離し、洗浄、脱水を行う工程である。この工程では水性媒体中から、使用した副原料、すなわち有機溶剤、電解質、乳化剤を除去し、揮発性有機化合物除去を行うものである。ケーキ中の含水率は35〜55%まで脱水することが望ましい。
ポリエステル樹脂を原料とする場合、反応モノマーは酸とアルコールであり、水溶性である。未反応のモノマーが、低粘度、低Tgの樹脂では、樹脂中に残留しやすく、トナーの定着時等において臭気の原因となる揮発性有機化合物として発生し易くなる。本トナーの製造方法では、樹脂を溶解しサブミクロンサイズのサイズで転相乳化するので、製造工程中に未反応モノマーが樹脂中から水媒体中へ溶出しやすく、洗浄によってトナー中のモノマー残留濃度を低減させることが可能である。
遠心分離器は、内側にろ布を張った籠を高速で回転させ、ろ布の内側から脱溶剤した着色粒子の混合溶液を吹きつけながら供給し、遠心力により液体と固体を分離するものである。かける遠心力は回転速度で調節ができ、500〜800Gが適当である。
また、フィルタープレスによる方法では、フィルター間に混合溶液を充填して、圧搾操作を行い固液分離をすることが加納となる。本装置は圧搾圧力が調整可能で、着色粒子分散液の供給口およびろ液排出口から水の供給機構を有するものを用いることができる。
このような遠心分離機やフィルタープレスによりろ過ケーキを水中に再度投入して、リスラリーを行う等の方法によってろ過ケーキに付着した有機溶媒等の残留量が少ない着色粒子を製造することができる。
また、合一粒子のウェットケーキ中における有機溶剤の含有率は、900ppm以下であることが好ましく、800ppm以下であることがより好ましく、有機溶剤の除去効果をより大きくすることができる。
リスラリーは、洗浄槽の内径の0.15〜0.4倍の翼径の撹拌翼を用いて撹拌翼先端速度を4m/s以上で撹拌しながら行うことが望ましい。撹拌翼径が洗浄槽の内径の0.15より小さい場合、撹拌効率が悪く再分散されない固まりが残り、洗浄性が落ちる。また、0.4を超えると発泡が多くなり、容器等から液が飛散することがあり思わしくない。撹拌翼先端速度は、4m/s以上が好ましく、更には5m/s以上がより好ましい。4m/sより遅いと撹拌効率が悪く再分散されない固まりが残り、洗浄性が落ちる。
洗浄は、導電率が5μS/cm以下の水によって、行うことが好ましい。導電率が5μS/cmより高いと洗浄が十分に行われない。
洗浄温度は、樹脂のガラス転移温度以下の温度よって行うことが好ましい。また、使用する有機溶剤や電解質の水への溶解性の良い範囲にすることが好ましい。これらを考慮し、10〜45℃が好ましく、更に、15〜40℃がより好ましい。
また、固形分75gに対し、水を加えて合計750g、すなわち固形分濃度が10質量%の分散液を調製し、30℃でホモミクサー(プライミクス社製)にディスパー翼を装着して、30分間撹拌した分散液の導電率を導電率計(東亜ディーケーケー製HEC−100)によって測定して、その値が20〜50μS/cmとなるように洗浄を行うことが好ましい。
50μS/cmを超えるものでは、残留する揮発性有機化合物が多く、また、帯電性も安定せず、低温オフセット特性が良好なものを得ることができない。
着色樹脂粒子ケーキを乾燥させることによりトナー母粒子を得ることができる。本工程は、熱エネルギーを加えることで、水分、残留揮発成分の除去を行い、トナー母粒子とするものであるが、本発明においては、着色粒子に対して疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子を予め添加、混合して着色粒子の表面を疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子によって被覆した後に、乾燥気体によって流動層を形成した状態で乾燥することを特徴としている。
ケーキ内は水分量が多いので、金属酸化物は疎水性表面処理を施すことが望ましい。疎水化処理は、シランカップリング剤、シリコーンオイル等の一般的な処理で良い。その程度はメタノール法による測定で50%以上が好ましく、60%以上がより好ましい。
予め添加する疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子としては、トナー母粒子に帯電特性等の調整の目的で、後に外添剤として添加される、疎水性シリカ粒子、疎水性チタニア粒子を挙げることができる。また金属酸化物の粒径は着色粒子間に空間を形成しなければならないことから、着色粒子径の1/200以上が望ましい。1/200より小さい金属酸化物粒子では、大量に付着させなければ着色粒子間の空間が十分に形成されない。
また、流動層を形成する乾燥気流の流速は、0.2m/sec〜1.5m/secの流速とすることが好ましい。乾燥温度は高い方が乾燥効率を高めることができるが、樹脂のガラス転移温度以上ではトナー母粒子同士の融着が発生するため、ガラス転移温度(Tg)以下の温度で行うことが好ましい。また、乾燥は、残留水分量0.5%未満にすることがトナーの特性上好ましい。
架橋型ポリエステルは、二塩基酸またはその誘導体と、2価のアルコールと、架橋剤として多価化合物とを反応させることによって製造することが好ましい。特に、二塩基酸またはその誘導体と、2価の脂肪族多価アルコールと、架橋剤として多価エポキシ化合物とを反応させることによって製造することが好ましい。
また、直鎖型ポリエステル樹脂は、二塩基酸類と、2価のアルコールとを反応させることによって製造する。特に、二塩基酸類と、2価の脂肪族アルコールとを反応させることによって製造することが好ましい。
架橋型のポリエステル樹脂を製造する際には、さらに架橋剤として多価エポキシ化合物を使用する。
多価エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ハイドロキノンジグリシジルエーテル、N,N−ジグリシジルアニリン、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、テトラキス1,1,2,2(p−ヒドロキシフェニル)エタンテトラグリシジルエーテル、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ基を有するビニル化合物の重合体、あるいは共重合体、エポキシ化レゾルシノールーアセトン縮合物、部分エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ基を有するビニル化合物の重合体、あるいは共重合体、半乾性もしくは乾性脂肪酸エステルエポキシ化合物などが挙げられる。上記の化合物の中でもビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルがより好適に用いられる。
具体例としてはネオデカン酸グリシジルエステル(シェルジャパン製カージュラE)が挙げられる。
直鎖型ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、35〜70℃であることが好ましく、35〜65℃であることが特に好ましい。ガラス転移温度(Tg)が35℃より低いと、トナーが保存、運搬、あるいは画像形成装置内部で高温下に曝された場合にブロッキング現象、すなわち熱凝集を生じやすい。また、ガラス転移温度(Tg)が70℃より高いと、低温定着性が低下するため好ましくない。
また、ガラス転移温度(Tg)の測定は、示差走査熱量計(島津製作所製 DSC−60A)を用いて、アルミニウム製クリンプ容器に20mgの試料を入れて、昇温速度10℃/minで180℃まで昇温し、180℃から降温速度10℃/minで、25℃まで冷却し、再度、昇温速度10℃/minで180℃まで昇温して、第2回目の測定値のベースラインが変位する温度をガラス転移温度とした。
本発明の方法では、トナーに要求される充分な量のワックスを含有させることができるが、トナー粒子中に1ないし40質量%を含有させることが好ましい。
帯電制御剤の含有量はトナー粒子中に0.01〜10質量%であることが好ましい。特に0.1〜6質量%であることが好ましい。
また、得られたトナー粒子は、一成分トナーとして用いることができるが、キャリアを混合することによって、二成分トナーとしても利用することができる。
トナーの製造に先立ち、架橋型ポリエステル樹脂(樹脂H)直鎖型ポリエステル樹脂(樹脂L)の合成を行い、さらに、合成された樹脂を用いて、ワックスマスター(WM−1)、着色剤マスター(着色剤マスターチップC)の調製を行った。
樹脂H(架橋型ポリエステル樹脂)の合成
50リットルの反応釜に、下記の組成の酸、アルコール成分、触媒等の原材料を入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が160℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸 9.06質量部
イソフタル酸 3.9 質量部
エチレングリコール 2.54質量部
ネオペンチルグリコール 4.26質量部
テトラブチルチタネート 0.1 質量部
エピクロン830 0.3 質量部
(大日本インキ化学工業製ビスフェノールF型エポキシ樹脂エポキシ当量170(g/eq)
カージュラE 0.1 質量部
(シェルジャパン製アルキルグリシジルエステル)エポキシ当量250(g/eq)
また、重量平均分子量をGPC測定装置(東ソー製HLC−8120GPC)によって、分離カラムとして東ソー製TSK−GEL G5000HXL・G4000HXL・G3000HXL・G2000HXLを組み合わせて使用し、カラム温度:40℃、溶媒:テトラヒドロフラン、溶媒濃度0.5質量%、フィルター:0.2μm、流量:1ml/minにて測定し標準ポリスチレンを用いて換算して分子量を求めたところ、重量平均分子量は250000であった。
テレフタル酸 7.97質量部
イソフタル酸 5.31質量部
エチレングリコール 2.86質量部
ネオペンチルグリコール 4.80質量部
テトラブチルチタネート 0.1 質量部
以上の原料をステンレス製50Lの反応釜に入れ、常圧窒素気流下にて200℃で透明な樹脂が得られるまで12時間反応を行った。その後、温度を210℃にして10mmHgで反応を続行した。反応は、ASTM・E28−517に規定される軟化点により追跡し、該軟化点が95℃に達した時反応を終了した。得られた重合体は、無色の固体であり、DSC測定法によるガラス転移温度55℃、フローテスターによる軟化点(T1/2)が107℃、重量平均分子量は7740であった。
高速乳化機T.K.ロボミックス(プライミクス社製、T.K.ホモミクサMARKII2.5型)付属の3リットル円筒容器に、水:1300重量部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:17.5重量部を添加して、温度を95℃に調整し、翼先端速度:16.7m/秒の撹拌下に、さらに、予め融解しておいたカルナウバワックス:700重量部を添加して、ワックスの乳化物を得た。冷却後、固形分の含有率が35wt%となるように、水を加え、第1のワックス分散液を得た。
シアン顔料(大日本インキ化学工業製シアン顔料:Ket Blue111 C.I.Pigment B−15:3)を2000質量部と直鎖型ポリエステル樹脂2を2000質量部とを、ST/Ao撹拌羽根を取り付けた20リットル型ヘンシェルミキサー(三井鉱山製)へ投入し、698min-1で2分間撹拌し混合物を得た。該混合物を、オープンロール連続押し出し混練機(三井鉱山製ニーデックスMOS140−800)を用いて、溶融混練し着色剤マスターチップCを調製した。
着色樹脂溶液MBの調製
ステンレス容器にメチルエチルケトン22.57質量部を仕込み、撹拌機(アサダ鉄工所製 デスパー翼径230mm)の回転数500min-1で撹拌しながら樹脂H1の9.84質量部を加えた。その後、回転数を777min-1にし、着色剤マスターチップCを9.0質量部、樹脂L2を8.16質量部、ワックスマスター分散液WM−1を6.72質量部、及び、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:0.01重量部を、この順序で、容器内に投入することにより、各成分の溶解・分散を行った。さらに、その後、固形分含有量が55質量%となるように、メチルエチルケトンを追加投入し、ミルベースMB−Cを得た。なお、撹拌時における材料温度は、30〜40℃に保持した。
翼径230mmの撹拌翼を有する撹拌機(アサダ鉄工所製 デスパー)を備えた円筒型の容器に着色樹脂溶液MBの56.30質量部(固形分30質量部)を仕込み、次いで塩基性化合物として、1規定アンモニア水5質量部を加えて、777min-1にて充分に撹拌した後、温度を30℃に調整した。
次いで、撹拌速度を1100min-1に変更して53.36質量部の水を1.5質量部/minの速度で滴下した。この時の撹拌翼の周速は13.2m/sであった。水を添加して行くにつれ、系の粘度は上昇していったが、水は滴下と同時に系内に取り込まれ、撹拌混合を均一に行うことができた。
翼径340mmのマックスブレンド翼(登録商標)付属の円筒容器に、転相乳化工程で得られた乳化懸濁液を移送した後、撹拌速度を85min-1に保持した状態で温度を25℃に調整した。その後撹拌速度を120min-1に上昇し、第1段目の電解質水溶液として3.5質量%の硫酸ナトリウム水溶液の12質量部を、1.0kg/minの速度で滴下した。滴下終了5分後に撹拌速度を85min-1に低下して5分間の撹拌を行った後に、撹拌速度を65min-1に低下して5分間の撹拌を継続した。次いで、撹拌速度を47min-1に低下して20分間の撹拌を継続した。その時の粒径は、2.5μmであった。
撹拌速度を120min-1に調整し、濃度5.0質量%の硫酸ナトリウム水溶液を第2段目の電解質として、1.0kg/minの速度で2.0質量部滴下した。滴下終了5分後に撹拌速度を85min-1に調整して5分間の撹拌を継続した後に、撹拌速度を65min-1に低下して5分間の撹拌を行った。次いで、撹拌速度47min-1に調整して20分間の撹拌を行った後、水を20質量部一括添加し合一を止めた。粒径は、3.4μmであった。
生成した粒子の乳化懸濁液148.66質量部に、消泡剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン製 BY22−517)を0.006質量部添加後、回収量が乳化懸濁液100質量部に対し22.3質量部となるまで減圧下、メチルエチルケトン及び水を留去した。
脱溶剤した着色樹脂微粒子を、側面に多数の貫通孔を有し回転可能なバスケットとバスケットの内面を被覆するろ材とを備えた遠心ろ過機(遠心分離機ACE−100型 タナベウェルテック株式会社製)を遠心力600Gにて回転させ、スラリー液を供給し、水を振り切った。振り切り時間は25分であった。次いで、固形分の6倍量の電導度1μS/cm、温度30℃の水をノズルから固形分に対して均一に噴射してリンス洗浄を行い、振り切り時間25分で水を振り切った。その後、遠心分離機から着色樹脂微粒子ケーキを掻き取り、解砕を行った。固形分の4倍量の電導度1μS/cm、温度30℃の水を撹拌機(アサダ鉄工所製 デスパー翼径230mm)の回転数750min-1で撹拌しながら、解砕した着色樹脂微粒子ケーキを入れ、30分撹拌しリスラリー化を行った。再度、遠心力600Gにて水を振り切り、25分振り切った。その後、上記同様にリンス洗浄を行い、25分振り切りを行った。同様に、遠心分離機から着色樹脂微粒子ケーキを掻き取り、解砕、リスラリー、水の振り切り、リンス洗浄をもう1度行った後に遠心力600Gにて水を振り切り、25分振り切った。得られた着色剤樹脂粒子のケーキの含水率は44質量%であった。
また、ケーキの着色樹脂粒子の粒径は、3.1μmであった。
得られたトナー粒子の粒径は、2.7μmであった。
また、トナー母粒子の疎水性表面処理をした金属酸化物び粒子による被覆率は、先に示した式によって求めた。
実施例1の表面被覆率は、22%であった。
また、得られたトナーを以下の評価方法によって評価をし、測定条件等とともに表1に示す。
揮発性有機化合物(VOC)の含有量の測定はガスクロマトグラフィー(島津製作所製 GC−17A)によっておこなった。測定は、試料500mgを容量27mlのバイアルに秤量し、栓をする。次いで、バイアルを200℃で5分間加熱する。加熱したバイアルを取り出し、ヘッドスペース部からマイクロシリンジにて0.8mlの気体を吸引しガスクロマトグラフィーに注入し測定を行い、検出された有機化合物のトルエンに換算した体積百万分率を表1において総揮発性有機化合物量(TVOC値)とした。
なお、ガスクロマトグラフィーの測定条件は、カラム:島津製作所製 CBP10-S50-050、カラム長50m、内径0.33mm、膜厚0.5μm、カラム入り口圧力:64kPa、スプリット比=1:40、気化室温度:250℃、検出器温度:270℃、検出器:FID、温度プログラム:測定温度:50〜240℃、50℃で7min保持、3℃/minで昇温、240℃で15min保持した。
作製したトナー母粒子100質量部に対して、外添剤として、大粒径シリカ(日本アエロジル製RX50)1.0質量部、小粒径シリカ(日本アエロジル製RX200)1.0重量部、酸化チタン(チタン工業製 STT30S)0.5質量部を添加し、10Lのヘンシェルミキサー(三井鉱山製)に投入し羽先端周速30m/sで2分間混合し、シアントナーとした。
作製したシアントナーをセイコーエプソン製LP7000Cのトナーカートリッジに充填し、印字を行った。記録媒体として、エプソン製カラーレーザープリンタ用コート紙A4にて、べた印字を行い、ムラの発生度合いを以下の評価基準で目視判断した。結果を表2に示す。
優良:ムラ見られず。
良好:一部にムラがあるが許容範囲内のもの。
不良:ムラが大で、筋、バンディング(横縞)が発生したもの。
実施例1と第1段の合一工程は同様に行い、第2段の合一工程において、濃度5.0質量%の硫酸ナトリウム水溶液を3.0質量部滴下した以外は同様に行って、含水率38質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径4.0μmであった。
次いで、実施例1で添加した疎水性表面処理をした金属酸化物粒子の添加量を0.8質量部として、表面被覆率を37%とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示す。
実施例1の第1段の合一工程のみで完了し、含水率50質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径2.2μmであった。
次いで、実施例1で添加した疎水性表面処理をした金属酸化物粒子の添加量を1.6質量部として、表面被覆率を21%とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率43質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子の粒径3.0μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子に代えて、個数平均一次粒子径30nmの疎水性チタニア(チタン工業製STT30S)1.2質量部を添加して表面被覆率を11%とし、風速1.0m/sec、気流温度60℃にした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率45質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子の粒径2.9μmであった。
次いで、風速0.3m/sec、気流温度45℃にした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率43質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.0μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子に代えて、個数平均一次粒子径30nmの疎水性シリカ(ワッカー製H05TX)1.6質量部を添加して表面被覆率を28%とし、流動層の気流の風速0.5m/sec、気流温度60℃にした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率44質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.1μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子を0.4質量部を添加して表面被覆率を13%とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をしてその結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率45質量%のろ過ケーキを得た。ろ過ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.2μmであった。
次いで、ろ過ケーキの解砕を行わず、合成樹脂製袋に入れ、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子を1.2質量部を添加し、袋をよく振り表面被覆率を22%とし、実施例1と同様に乾燥、トナーを調製して実施例1と同様に評価をした。乾燥、外添後のトナーの粒径は2.8μmで、5μmよりも大きな粒子は、3.1体積%存在した。
その結果を表1に示す。
実施例2と同様に合一を行い、含水率37質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径4.1μmであった。
次いで、実施例2と同様に金属酸化物粒子の添加量を0.8質量部として、表面被覆率を19%とし、風速0.1m/secにした点を除き実施例2と同様にしてトナーを調製して実施例2と同様に評価をした。乾燥、外添後のトナーの粒径は3.6μmで、5μmよりも大きな粒子は、5.4体積%存在した。その結果を表1に示す。
実施例1と同様に合一を行い、含水率46質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.1μmであった。
次いで、気流温度40℃にした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をして、その結果を表1に示すように、気流温度が低く残存VOCも大きかった。
実施例1と同様に合一を行い、含水率44質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.0μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子を0.4質量部を添加して表面被覆率を7%とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をし、その結果を表1に示す。粒径が大きな粒子の発生割合が多く、VOCも大きかった。
実施例2と同様に合一を行い、含水率55質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径4.0μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子を2.5質量部を添加して表面被覆率を58%とした点を除き実施例2と同様にしてトナーを調製して実施例2と同様に評価をし、その結果を表1に示す。
被覆率が大きくなっても乾燥が良好に行えることを示しているが、外添剤の量が多いためにトナーに要求される特性を得ることができなかった。
実施例1と同様に合一を行い、含水率44質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.1μmであった。
次いで、実施例1の疎水性表面処理をした金属酸化物粒子に代えて、個数平均一次粒子径12nmの疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル製 RX200)1質量部を添加して表面被覆率を45%とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製して実施例1と同様に評価をし、その結果を表1に示す。
乾燥時に凝集が発生し、またVOCも大きなものであった。
風速を2.0m/secとした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製したが、流動層状態の形成が不充分で収率が悪化した。
気流温度を65℃とした点を除き実施例1と同様にしてトナーを調製したが、粒子の軟化によって凝集が発生した。
実施例1と同様に合一を行い、含水率46質量%のケーキを得た。ケーキ中のトナー母粒子は粒径3.0μmであった。
次いで、実施例1と同様に1質量部を添加して表面被覆率を21%として、器壁の温度を45℃に設定した真空混合乾燥機によって乾燥を行ったが、残留するVOCが大きかった。
Claims (4)
- 結着樹脂、ワックス、着色剤および有機溶剤を含む混合物を溶解あるいは分散した着色樹脂溶液を転相乳化することによって生成した、樹脂油滴、ワックス分散質、着色剤分散質等の分散質を含んだ乳化懸濁液に、電解質水溶液を添加して撹拌することにより粒子成長させた平均粒径1.5〜4μmの着色粒子を含む水性分散液を固液分離した含水率が30〜50質量%のろ過ケーキの解砕時に、着色粒子の平均粒子径の200分の1以上の粒子径の疎水性表面処理をした金属酸化物微粒子を添加して混合した後に、気流により流動層を形成しつつ乾燥を行うことを特徴とするトナーの製造方法。
- 疎水性表面処理をした金属酸化物粒子による表面被覆率を10%〜50%とすることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
- 流動層形成用の気流がトナー中の水分が5質量%以上では空気であり、水分が5質量%よりも低下した後は、酸素濃度が13体積%以下の気体であることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
- 結着樹脂がポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
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