JP2008249990A - 静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、生産性に優れ、かつ、離型剤の分散性に優れるトナーの製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法は、結着樹脂、着色剤、離型剤を含むトナー原材料を密閉式混練機中で溶融混練し、得られた混練混合物を圧延冷却ロール付き押出機でシート状に押し出した後、粉砕することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法等に用いられる静電荷像現像用トナーの製造方法に関する。

一般に、電子写真方式の複写機やプリンターなどの画像形成装置は、光導電性を有する感光体上に潜像を形成し、その潜像にキャリアあるいは現像装置の一部を構成する帯電部材との摩擦により摩擦帯電電荷を得た絶縁性の静電荷像現像用トナーを静電気的に付着して現像し、次いで形成されたトナー画像を、普通紙、フィルムなどの転写媒体に転写した後、加熱、加圧、溶剤蒸気等により転写媒体上に定着させることにより複写画像ないしプリント画像を形成することを基本原理とするものである。

上記の静電荷像現像用トナーは、重合法や粉砕法等により製造されており、粉砕法による製造方法が古くから用いられてきた。粉砕法による製造方法によると、結着樹脂に着色剤、離型剤等を配合したトナー原材料を、混練機を用いて溶融混練し、その後、冷却し混合物を固化し、それを粉砕機で粉砕することで、静電荷像現像用トナーを得ることができる。
粉砕法によるトナーの製造方法のうち、溶融混練は、押出機を利用する方法と、密閉式の混練機を利用する方法等がある（特許文献１、２参照）。
押出機を利用する方法では、混練した混合物を連続的に押し出すことができるので生産性に優れる反面、高温で混練を行う必要があり離型剤の分散性が十分でなかった。
一方、密閉式の混練機を利用する方法では、低温で混練することができるので離型剤の分散性に優れる反面、混練機を停止して混練した混合物を取り出す必要があり生産性が十分でなかった。また、取り出すことに時間がかかると離型剤が再凝集してしまう問題もあった。
特開平８−６９１２６号公報 特開２０００−２８４５３６号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、生産性に優れ、かつ、離型剤の分散性に優れるトナーの製造方法を提供することにある。

本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法は、結着樹脂、着色剤、離型剤を含むトナー原材料を密閉式混練機中で溶融混練し、得られた混練混合物を圧延冷却ロール付き押出機でシート状に押し出した後、粉砕することを特徴とする。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法おいては、前記圧延冷却ロール付き押出機が先端へ行くほど細くなるテーパースクリューを有することが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法おいては、前記密閉式混練機が加圧型密閉式混練機であることが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法においては、前記着色剤を結着樹脂１００質量部に対して２〜１０質量部含有し、かつ、該着色剤はマスターバッチ化していない顔料であってもよい。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法においては、前記離型剤を結着樹脂１００質量部に対して２〜１５質量部含有することが好ましい。

本発明の製造方法では、圧延冷却ロール付き押出機で圧延と冷却を同時に行うことにより、トナーの生産性を高めることができる。また、本発明によれば、離型剤等の分散性に優れ、高画像品質で耐融着性や保存性に優れたトナーを得ることができる。

次に本発明の製造方法についての一実施形態例を説明するが、本発明は本実施形態例に限定されるものではない。
トナー原材料には、少なくとも結着樹脂と着色剤と離型剤が含まれる。
結着樹脂としては、ポリエステル系樹脂、スチレン−（メタ）アクリル酸系共重合体樹脂、熱可塑性エラストマー、スチレン系樹脂、（メタ）アクリル酸系樹脂、オレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのα−オレフィン樹脂など）、ビニル系樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなど）、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、テルペンフェノール樹脂、ポリ乳酸樹脂、水添ロジン、環化ゴム、シクロオレフィン共重合体樹脂等が挙げられる。これらは、単独で、または２種以上組み合わせて使用できる。これらの中でも、トナーの画質特性、耐久性、生産性などの要求をバランスよく満たすことができるという観点から、ポリエステル系樹脂、スチレン−（メタ）アクリル酸系共重合体樹脂が好ましい。

着色剤としては、以下のものが挙げられる。
ブラック用顔料としては、例えば、カーボンブラック、活性炭、低磁力磁性体が挙げられる。
マゼンタ用顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２１、２２、２３、３０、３１、３２、３７、３８、３９、４０、４１、４８、４９、５０，５１、５２、５３、５４、５５、５７、５８、６０、６３、６４、６８、８１、８３、８７、８８、８９、９０、１１２、１１４、１２２、１２３、１６３、２０２、２０６、２０７、２０９；Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１９；Ｃ．Ｉ．バットレット１、２，１０、１３、１５、２３、２９、３５等が挙げられる。
シアン用顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー２、３、１５、１６、１７；Ｃ．Ｉ．バットブルー６；Ｃ．Ｉ．アシッドブルー４５等が挙げられる。
イエロー用顔料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１、２、３、４、５、６、７、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、２３、６５、７３、７４、８３、９４、９７、１５５、１８０が挙げられる。
着色剤の量は、結着樹脂１００質量部に対し、通常２〜１０質量部であり、着色剤の分散性に優れたトナーを得るためには、３〜８質量部が好ましい。

離型剤としては、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、変性ポリエチレンワックスなどのポリオレフィン系ワックス；フィッシャートロプシュワックスなどの合成ワックス；パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油系ワックス；みつろう、鯨ろう等の動物系ワックス；カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス等の植物系ワックス；硬化ひまし油等の硬化油；モンタンワックス、オゾケライト、セレシン等の鉱物系ワックスが挙げられる。これらの離型剤は、単独で、または２種類以上組み合わせて用いることができる。
離型剤を含有していることで、耐オフセット性を向上させることができる。オフセットとは、熱ローラなどの加熱部材を使用して行われる接触加熱方式による定着工程において、加熱部材にトナー粒子が定着してしまい、この定着したトナーが転写媒体上に再転移して後続の画像を汚してしまう現象をいう。離型剤を含有することでトナー粒子のそのような定着を防止することができる。

離型剤の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して、通常は２〜１５質量部程度であり、好ましくは２〜８質量部である。離型剤の含有量が１５質量部を超えると、製造工程で離型剤の再凝集がおこりやすくなり分散性が悪くなりやすい。一方、離型剤の含有量が２質量部未満では、耐オフセット性が悪化するおそれがある。

トナー原材料には、必要に応じて、帯電制御剤が含まれていることが好ましい。これにより、トナーの帯電を制御しやすくなる。
正帯電性の帯電制御剤としては、例えば、ニグロシンおよび脂肪酸金属塩等による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の第四級アンモニウム塩；ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等のジオルガノスズオキサイド；ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレート；ピリジウム塩、アジン、トリフェニルメタン系化合物、カチオン性官能基を有する低分子量ポリマー等が挙げられる。これらの正帯電性の帯電制御剤は、単独で、または２種以上組み合わせて使用してもよい。これらの正帯電性の帯電制御剤の中でも、ニグロシン系化合物、第四級アンモニウム塩が好ましく用いられる。

負帯電性の帯電制御剤としては、例えば、アセチルアセトン金属錯体、モノアゾ金属錯体、ナフトエ酸あるいはサリチル酸系の金属錯体または塩等の有機金属化合物、キレート化合物、アニオン性官能基を有する低分子量ポリマー等が挙げられる。これらの負帯電性の帯電制御剤は、単独で、または２種類以上組み合わせて用いることができる。これらの負帯電性の帯電制御剤の中でも、サリチル酸系金属錯体、モノアゾ金属錯体が好ましく用いられる。
帯電制御剤の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して、通常、０．１〜５．０質量部の範囲であり、好ましくは０．５〜３．０質量部である。

トナー原材料には、必要に応じて、磁性粉が含まれていることが好ましい。磁性粉としては、例えば、コバルト、鉄、ニッケル等の金属；アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、マグネシウム、スズ、亜鉛、金、銀、セレン、チタン、タングステン、ジルコニウム、その他の金属の合金；酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル等の金属酸化物；フェライト、マグネタイトなどが挙げられる。
磁性トナーの場合、磁性粉の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して、通常、１０〜６０質量部、好ましくは２０〜４０質量部である。

トナー原材料には、さらに必要に応じて種々の添加剤、例えば、安定剤（例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤など）、難燃剤、防曇剤、分散剤、核剤、可塑剤（フタル酸エステル、脂肪酸系可塑剤、リン酸系可塑剤など）、高分子帯電防止剤、低分子帯電防止剤、相溶化剤、導電剤、充填剤、流動性改良剤などが含まれていても良い。

本発明では、上記トナー原材料を密閉式混練機中で溶融混練し（溶融混練工程）、溶融混練で得られた混練混合物を圧延冷却ロールで冷却し（冷却工程）、冷却した混合物を粉砕する。

次に、本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法の各工程を順番に説明する。
＜溶融混練工程＞
本発明では、上記トナー原材料を加熱し、溶融混練する。溶融混練は密閉式混練機を使用して行う。
密閉式混練機による混練温度は、結着樹脂、着色剤、離型剤、各種添加剤の種類、分子量、配合量などに応じて適宜選択することができるが、好ましくは５０〜１２０℃、さらに好ましくは６０〜１００℃が良い。これにより、得られるトナー中の着色剤や離型剤の分散性を向上させることができる。
混練温度が５０℃より低いと、混練混合物が固化しやすくなり混練しにくくなる。また、混練温度が１２０℃より高いと、混練混合物の粘度が低下し、流動性が高くなり得られるトナーの着色剤や離型剤の分散性が悪くなる。
なお、本願における混練温度は混練機の設定温度でなく混練時の樹脂温度である。
また、本発明においては密閉式混練機を用いることで着色剤の分散性を向上させることができる。したがって、着色剤としては一般的に使用されている高分散で、取り扱いやすいマスターバッチ化した顔料の他にも、マスターバッチ化していない顔料（いわゆる生顔料）を使用することができる。
本発明に、使用する密閉式混練機には特に制限はないが、加圧型密閉式混練機であることが好ましい。
密閉式混練機の具体的な例としては、モリヤマ社製の加圧型密閉式混練機ワンダーニーダーＷＤＳ７−３０型（特許第３５７４６１８号公報参照）、加圧型密閉式混練機（モリヤマ社製 商品名：「加圧型ニーダーＤＳ３−２０型」）が挙げられる。

＜冷却工程＞
本発明では、得られた混練混合物を、例えば図１に示すような、圧延冷却ロール付き押出機１で冷却しながらシート状に押し出しを行う。
圧延冷却ロール付き押出機１は、一対の圧延冷却ロール２、混練混合物１００を投入する投入口１１、収容部１２、ブレード３１を備えたスクリュー３を有する。
一対の圧延冷却ロール２、収容部１２、スクリュー３のそれぞれの内部には冷却水を循環させることが好ましい。

本発明では、密閉式混練機から取り出された混練混合物１００を圧延冷却ロール付き押出機１の投入口１１から投入し、収容部１２内のブレード３１を有したスクリュー３により、圧延冷却ロール２に向けて、噛み込ませながら送給する。そして、一対の圧延冷却ロール２を回転させることにより、混練混合物１００は圧延され、シート状に加工される。
混練混合物１００は、圧延冷却ロール２により、シート状に薄く加工されることにより、放熱しやすくなっているので、急速に冷却され、混練混合物１００中の離型剤の再凝集を生じにくくでき、良好な離型剤の分散性を維持することができる。また、離型剤を大量に加えても、離型剤の再凝集を生じにくくでき、良好な離型剤の分散性を維持することができる。シート状の混練混合物１００の厚さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。それにより、冷却をより急速に行うことができ、良好な離型剤の分散性を維持しやすい。

圧延冷却ロール付き押出機１は押出し効率に優れた二軸押出機であることが好ましく、より好ましくは、図２に示すように、圧延冷却ロール付き押出機１のスクリュー３が先端へ行くほど細くなるテーパー状の形状を有したテーパースクリューであることが好ましい。それぞれのスクリューが互いに異方向に回転することによって、混練混合物１００に適度な圧力比をかけることができ、安定した連続的な押し出しを行うことができ、さらに、混練混合物１００の発熱を低減することができる。従って、圧延冷却ロール付き押出機１のスクリュー３が上記形状を有することにより、離型剤の再凝集をより生じにくくでき、離型剤の分散性に優れた静電荷像現像用トナーを得やすくなる。

圧延冷却ロール付き押出機１としては、上記の構成をとるものであれば、特に制限はないが、モリヤマ社製のシートプレフォーミングマシン（ＳＰＭ２０）が挙げられる。

押出後、冷却した混練混合物はいったん粗粉化され、その後さらに、粉砕機によりトナー化される。その際、本発明の製造方法であると、混練混合物はシート状に加工されているので、容易に粗粉化しやすく、その粗粉を安定して粉砕機に供給し、トナー化することができる。トナー化に用いる粉砕機には特に制限はなく、例えば、ジェット式微粉砕機、機械式微粉砕機などが挙げられる。
次に、分級機により分級することが好ましい。それにより、粒径が均一の静電荷像現像用トナーを得ることができる。用いる分級機に特に制限はなく、例えば、風力分級機などが挙げられる。

本発明の製造方法によれば、混練混合物は、圧延冷却ロールにより冷却しつつシート状に薄く加工して連続供給することで、トナーの生産性を向上させ、離型剤の分散性に優れた静電荷像現像用トナーを得ることができる。
さらに、圧延冷却ロール付き押出機のスクリューが先端へ行くほど細くなるテーパー状あれば、混練混合物の発熱を低減することができ、より一層離型剤の分散性に優れた静電荷像現像用トナーを得ることができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
結着樹脂として、
ポリエステル樹脂Ａ（ガラス転移温度（Ｔｇ）：６９℃、フロー軟化温度：１６０℃、数平均分子量（Ｍｎ）：５３００、重量平均分子量（Ｍｗ）：１５１７００）２２．５質量部
ポリエステル樹脂Ｂ（ガラス転移温度（Ｔｇ）：６４℃、フロー軟化温度：９９℃、数平均分子量（Ｍｎ）：２２００、重量平均分子量（Ｍｗ）：５８００）６７．６質量部
着色剤として、
マゼンダ顔料（大日精化工業社製 商品名：「レッド．Ｎｏ８」）４．５質量部
離型剤として、
ワックス（日本油脂社製 商品名：「ＷＥＰ−８」）４．５質量部
帯電制御剤として、
ホウ素錯体粒子（日本カーリット社製 商品名：「ＬＲ−１４７」）０．９質量部
以上の原料を加圧型密閉式混練機（モリヤマ社製 商品名：「ワンダーニーダーＷＤＳ７−３０型」）を用いて混練機の設定温度を６０℃として、ローター回転数３０ｒｐｍで３０分溶融混練し、混練混合物を得た。
なお、ポリエステル樹脂Ａ２２．５質量部とポリエステル樹脂Ｂ６７．６質量部を混合した結着樹脂はガラス転移温度６６℃、フロー軟化温度１１４℃であった。

得られた混練混合物の一部を採取して直ちに混練時の樹脂温度の測定を行ったところ８８℃であった。
また、混練混合物の一部を光学顕微鏡を用いて断面観察を行い、着色剤および離型剤の分散性を評価した。
具体的には、着色剤の分散性は、顔料の最も大きい塊のドメイン径を測定して３μｍ未満であれば○、３μｍ以上６μｍ未満であれば△、６μｍ以上であれば×と評価した。
また、離型剤の分散性は、離型剤の最も大きい塊のドメイン径を測定して５μｍ未満であれば○、５μｍ以上１０μｍ未満であれば△、１０μｍ以上であれば×と評価した。
次いで、得られた混練混合物を圧延冷却ロール付き押出機（モリヤマ社製 商品名：「シートプレフォーミングマシン（ＳＰＭ２０）」、二軸テーパー＋圧延ロール）により、冷却しつつシート状に加工して次工程のジェットミルへ連続供給する。
そして、シート状の混練混合物をジェットミルにより粉砕し、風力分級機である気流式分級機で分級して、体積平均粒径が８μｍのトナー母体粒子を得た。
次に、得られたトナー母体粒子に、
疎水性シリカ（日本エアロジル社製 商品名：「ＲＹ−５０」、体積平均粒径４０ｎｍ）０．３質量部、
疎水性シリカ（ワッカーケミカル社製 商品名：「Ｈ２０００／４Ｍ」、体積平均粒径１０ｎｍ）１質量部、
を添加し、ヘンシェルミキサーで周速４０ｍ／ｓｅｃで１０分間混合して、実施例１のトナーを得た。
実施例１のトナー生産量は１１ｋｇ／時であった。

＜実施例２＞
ポリエステル樹脂Ａおよびポリエステル樹脂Ｂに代えて、
スチレンアクリル酸共重合体樹脂Ｃ（ガラス転移温度（Ｔｇ）：６５℃、フロー軟化温度：１２０℃、数平均分子量（Ｍｎ）：４０００、重量平均分子量（Ｍｗ）：１２４３００）９０．１質量部、
を用いたことを除き、実施例１と同様にして実施例２のトナーを得た。
なお、スチレンアクリル酸共重合体樹脂Ｃはガラス転移温度６５℃、フロー軟化温度１２１℃で、混練時の樹脂温度は８６℃であった。
実施例２のトナー生産量は１１ｋｇ／時であった。

＜比較例１＞
実施例１と同様に原材料を混練した後、混練混合物を取り出して二軸一軸押出機（モリヤマ社製 商品名：「２ＴＲ−７５」、二軸テーパー＋一軸押出ペレタイザー）により粒状に加工して、次工程のジェットミルへ連続供給する。
その後は実施例１と同様にして、比較例１のとトナーを得た。
比較例１のトナー生産量は１１ｋｇ／時であった。

＜比較例２＞
実施例１と同様に原材料を混練した後、混練混合物を取り出して塊のまま空冷する。
その後、粗粉砕機（ホソカワミクロン社製 商品名：「ロートプレックス」）により粉砕して、次工程のジェットミルへ供給する。
その後は実施例１と同様にして、比較例２のトナーを得た。
比較例２のトナー生産量は５ｋｇ／時であった。
実施例および比較例の主な条件、測定結果を表１に示す。
なお、トナー生産量は、ＷＤＳ７−３０を使用し、仕込量７ｋｇ、混練時間３０分である場合、１０ｋｇ／時以上であれば実用上問題はない。

＜評価結果＞
表１に示されるように、実施例１および実施例２では、生産性に優れ、着色剤および離型剤の分散性に優れたトナーを製造することができた。
当該トナーを実際に非磁性一成分プリンタを用いて印字したところ、顔料の発色が良く、光沢のある高品質の画像が得られ、耐融着性および保存性に優れるものであり、実用上問題はなかった。
これに対して、比較例１では、生産量は十分であったが、離型剤の分散性が不十分なトナーしか得られなかった。
当該トナーを実際に非磁性一成分プリンタを用いて印字したところ、現像ローラーや帯電ブレードに融着が発生して、画像欠陥が生じ、実用上問題があった。
また、比較例２では、生産量が十分でなく、離型剤の分散性が不十分なトナーしか得られなかった。
当該トナーを実際に非磁性一成分プリンタを用いて印字したところ、現像ローラーや帯電ブレードに融着が発生して、画像欠陥が生じ、実用上問題があった。

本発明に用いる圧延冷却ロール付き押出機の一実施形態の概略を示した断面図である。 テーパー状の形状である収容部とスクリューの一部分の概略を示した断面図である。

符号の説明

１ 圧延冷却ロール付き押出機
２ 圧延冷却ロール
３ スクリュー
１００ 混練混合物

Claims (5)

1. 結着樹脂、着色剤、離型剤を含むトナー原材料を密閉式混練機中で溶融混練し、得られた混練混合物を圧延冷却ロール付き押出機でシート状に押し出した後、粉砕することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
2. 前記圧延冷却ロール付き押出機が先端へ行くほど細くなるテーパースクリューを有することを特徴とする請求項１に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
3. 前記密閉式混練機が加圧型密閉式混練機であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
4. 前記着色剤を結着樹脂１００質量部に対して２〜１０質量部含有し、かつ、該着色剤はマスターバッチ化していない顔料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静電荷像現像用トナーの製造方法。
5. 前記離型剤を結着樹脂１００質量部に対して２〜１５質量部含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
   
   

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