JP2010142805A - 粉体分級方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した製造が可能な粉体分級方法の提供。
【解決手段】少なくとも１種類の熱可塑性樹脂からなる粉体或いは少なくとも１種類の熱可塑性樹脂を含有する粉体（熱可塑性樹脂は軟化点が１１２℃以下の非架橋ボリエステル樹脂であり、粉体にＲ^１ＣＯＲ^２で示される化合物が含有）を分散した気体を流路に沿い流し、流路を微粉流路３、細粉流路４、粗粉流路５の複数の流路に別けることにより粉体を分級する粉体の分級方法。（式中、Ｒ¹は炭素数１０以上のアルキル基またはアルコキシル基を示し、Ｒ²は−Ｘ−ＣＯＯＲ³（Ｘはアルキレン基を示し、Ｒ³は炭素数１０以上のアルキル基を示す。）または炭素数１０以上のアルキル基を示す。）
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１種類の熱可塑性樹脂からなる粉体或いは少なくとも１種類の熱可塑性樹脂を含有する粉体を所望の分布に分別する粉体の分級製造方法に関するものである。例えば、広い粒度分布を有する原料粉体から微粉や粗粉を除去し所望の粒径分布のみを取り出し利用する電子写真用トナーの製造方法等に用いられる。

粒径に分布を持つ粉体や重量に分布を持つ粉体を風力分級する装置として、日鉄鉱業株式会社製のエルボージェットが知られている。本装置は粉体を気体と共にノズルより吹き出し、複数の流路に吸い込ませ、その際に粉体の運動慣性力によって、それぞれの流路へ吸い込まれる粉体の粒径乃至重量を分けている。この粒径乃至重量を分けるポイントの制御は、エッジと言われる流路を分ける部材の位置を移動させることで所望の分布としている。電子写真用トナーを本装置で製造する場合、一般的には流路は３方向別れ、両サイドの流路には粗大粉と微粉が流れ、中央の流路に粗大粉と微粉が除かれたシャープな粒径分布を有するトナー粉体が流れる。この中央流路に流れたシャープな粒径分布を有する粉体を所望の後処理を行ったのち、製品として利用される。

上記の分級装置エルボージェットでトナー等の粉体を分級する場合、上記の流路を分けるエッジに粉体が付着蓄積し流路を狭めてしまう現象が発生する場合がある。このため、各流路へ流れる気体の風速の変化や乱流が生じ、分級の精度が落ちてしまう。そうした場合、製造を一時中断し、エッジに付着した粉体を清掃する必要があり、製造に手間を要する。トナー粒子の場合、組成物の差やトナー粒子の主成分であるバインダー樹脂の熱特性により付着蓄積の程度に差があるが、近年の低軟化点トナーの場合、本現象が顕著に現れる場合がある。本現象は粉体がエッジに衝突するエネルギーが熱となり瞬間的に粉体が軟化するため、発生すると考えられる。また軟化しない粉体においても付着性、凝集性が強い場合、同様の現象が想定される。

発明者らは本課題を解決し、安定した製造を行うべく検討した結果、少なくとも１種類の熱可塑性樹脂からなる粉体或いは少なくとも１種類の熱可塑性樹脂を含有する粉体を分散した気体を流路に沿い流し、流路が複数の流路に別れることにより粉体を分級する粉体の分級方法において、該熱可塑性樹脂は軟化点が１１２℃以下の非架橋ボリエステル樹脂であり、該粉体に一般式（１）で示される化合物が含有されていることを特徴とする粉体分級方法

（式中、Ｒ¹ は炭素数１０以上のアルキル基またはアルコキシル基を示し、Ｒ²は−Ｘ−
ＣＯＯＲ³ （Ｘはアルキレン基を示し、Ｒ³ は炭素数１０以上のアルキル基を示す。）または炭素数１０以上のアルキル基を示す。）により上記課題が解決されることを見出した。該化合物の離型効果によりエッジへの付着が軽減されると考えられる。本発明によりエ
ッジの定期清掃の間隔を延ばし、工業上多大なる利益を実現した。

本発明に使用できる粉体分級方法の一例を示す図である。

本発明に用いられる分級方法においては、粉体を気体中に分散させ、流路に流す。気体中に粉体を分散させる方法としては、ホッパー等堆積させた粉体にホッパーの底の部分に配管とノズルを設け、ノズルより圧縮気体を吹き出し、分散させる流す方法やテーブルフィーダー等に粉体を堆積させ、気体の流路にフィードし分散させ流す方法などが揚げられる。

分級ゾーンにおいては、流路が複数に別れ、粉体の粒径差や重量差による慣性力の差によって、粉体は複数の流路に別れ、流れる。分級ゾーンでの振る舞いを日鉄鉱業社製エルボージェットを例に説明すると、粉体を分散した気体は、原料供給ノズル１より供給され、微粉流路３、細粉流路４、粗粉流路５のそれぞれの流路に別れ流れる。コアンダブロック２に沿って急に曲がる微粉流路３には、慣性力の比較的小さな微粉が流れ、次いで慣性力が小さな細粉が細粉流路４に流れる。慣性力の大きい粗粉は、緩やかに曲がる粗粉流路５に流れる。３方向の流路に別れるものを例に説明したが、別れる流路の数は、２方向でも４方向以上でも良い。

気体に分散された粉体は、気体の流れに乗ってそれぞれの流路に流れ込むが、慣性力があるため、気体の流れから粗粉流路５の方向に僅かずつズレながら流れる。そのため、一部の粉体はＦエッジ６やＭエッジ７の微粉流路３に衝突する。もし、粉体の付着性や凝集性が強いものや衝突エネルギーの熱により溶けやすいものや軟化しやすいものは、衝突の際、少しずつエッジに付着していく危険がある。本発明に使用される粉体には一般式（１）に示される化合物を含有させる。

（式中、Ｒ¹ は炭素数１０以上のアルキル基またはアルコキシル基を示し、Ｒ²は−Ｘ
−ＣＯＯＲ³ （Ｘはアルキレン基を示し、Ｒ³ は炭素数１０以上のアルキル基を示す。）または炭素数１０以上のアルキル基を示す。）
Ｒ¹ はアルキル基またはアルコキシル基であり、炭素数はそれぞれ１０以上、好ましくは１６以上、更に好ましくは２０以上である。Ｒ² は−Ｘ−ＣＯＯＲ³好ましくはＸが

−（ＣＨ₂ ）_n −

で示され、ｎが６以上の直鎖アルキレン基であり、Ｒ³ が炭素数２０以上のアルキル基である。あるいは、炭素数１０以上、好ましくは１６以上のアルキル基である。特に好ましくは炭素数２０以上のアルキル基である。Ｒ² が−Ｘ−ＣＯＯＲ³ のときはＲ¹ はアルコキシル基である（すなわちジエステル）ことが好ましい。具体例としては、ジ−ｎ−デシルケトン、ジ−ｎ−ドデシルケトン、ジ−ｎ−ステアリルケトン、ジ−ｎ−イコシルケトン、ジ−ｎ−ベヘニルケトン、ジ−ｎ−テトラコシルケトン等の脂肪族ケトン；セバシン酸ドデシル、セバシン酸ジステアリル、セバシン酸ジベヘニル等の脂肪酸ジエステル類；ラウリン酸ステアリル、ラウリン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル、ステアリン酸ベ
ヘニル、ベヘン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル等の脂肪酸モノエステル類等が挙げられる。これらの混合物も好適である。

さらに、融点が５０℃以上１００℃以下であることが特に好ましい。該化合物の離型効果により、エッジへの付着が軽減される。本発明に用いられる該化合物の添加量は粉体の組成や粒径や添加方法により異なり、適度な離型効果を有する範囲で特に限定されないが、１〜２０重量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは３〜１０重量％の範囲である。

粉体中に該化合物を添加し、効果を発現するには少なくとも粉体に含有される熱可塑性樹脂中に該化合物が分散もしくは溶解していなければならない。この場合、熱可塑性樹脂中に該化合物の他に他の添加剤が同時に分散もしくは溶解していても良い。該条件が満たされる限り添加方法に特に制限はない。例えば、各種添加物とバインダー樹脂の混練粉砕物である電子写真用トナーの場合、バインダー樹脂の重合製造段階で添加しても良いし、バインダー樹脂と該化合物を溶媒中で溶解混合した後に溶媒を留去しても良い。また、トナー混練段階で添加しても良い。

本発明に用いられる粗砕粉体としては、付着性や凝集性が強いもの、衝突等のエネルギーによって溶融や軟化し易いものにおいて効果を発揮する。本発明に用いられる粉体の内、電子写真用トナーを例にすると、トナーの主成分であるバインダー樹脂は熱可塑性樹脂が用いられる。トナーは熱によって、紙へ溶融定着させるため、バインダー樹脂のガラス転移点やフローテスター軟化点が低い方が低い温度で定着できるので望ましい。しかしながら、ガラス転移点やフローテスター軟化点が低いと上記の如く、衝突等のエネルギーによって溶融や軟化のしやすい方向であり、トナーに望まれる性能と分級製造のしやすさは相反する方向である。すなわち、バインダー樹脂のガラス転移点やフローテスター軟化点が低いトナーにおいて、本発明は効果を特に発揮する。

バインダー樹脂としては、トナーに適した公知の種々のものが使用できる。例えば、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、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、キシレン樹脂並びにポリビニルブチラール樹脂等があるが、本発明に用いるのに好ましい樹脂としては、スチレン系樹脂、飽和もしくは不飽和ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂等を挙げることができる。特に好ましくは、スチレン系樹脂とポリエステル樹脂である。

スチレン系樹脂としては、ポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、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−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体及びスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸オクチル共重合体及びスチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体及びスチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。

ポリエステル樹脂としては、架橋性ポリエステル樹脂と非架橋性ポリエステル樹脂がある。架橋性ポリエステル樹脂は、２価のカルボン酸単量体と２価のアルコール単量体と３価以上の多価カルボン酸単量体や多価アルコール単量体との重縮合によって得られる。２
価のアルコール単量体としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブテンジオール等のジオール類、ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノール類、その他の２価のアルコール単量体が挙げられる。２価のカルボン酸単量体としては、イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ジフェン酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、これらの酸の無水物もしくは低級アルキルエステルを主成分とするものが挙げられる。３価以上の多価カルボン酸としては、トリメリト酸、シクロヘキサントリカルボン酸、ナフタレントリカルボン酸、ブタントリカルボン酸、ヘキサントリカルボン酸、オクタンテトラカルボン酸、及びこれらの酸の無水物、その他を挙げることができる。３価以上の多価アルコール単量体としては、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。

非架橋性ポリエステル樹脂は、２価のカルボン酸単量体と２価のアルコール単量体とを主成分とする重縮合によって得られる。２価のアルコール単量体と２価のカルボン酸単量体としては、架橋性ポリエステル樹脂と同様のものが挙げられる。また、１種類ずつで使用するに限らず、２種以上のバインダー樹脂を併用することもできる。

光沢性、透明性が要求されるフルカラー用に用いられるバインダー樹脂としては、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂の内、非架橋性であり、分子量分布の狭いものが好ましく、非架橋性ポリエステル樹脂がより好ましい。重量平均分子量が数平均分子量の５倍以下のものが好ましく、さらに３倍以下のものがより好ましい。

この場合、実質的に非架橋性樹脂の性質を失わない程度、すなわち線形ポリマーに対し高々分岐構造を与える程度の範囲内で３価以上の多価カルボン酸単量体や多価アルコール単量体等を約２モル％程度以下添加しても良い。また、１種類ずつで使用するに限らず、２種以上のバインダー樹脂を併用することもできる。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂の軟化点は、フローテスタ法で測定した値が、１６０℃以下であるものが好ましく、１３５℃以下であるものが一層好ましい。１６０℃を越える場合は、充分な低温定着性が得られず、定着強度が悪化する傾向にあるので好ましくない。光沢性、透明性が要求されるフルカラー用に用いられるバインダー樹脂としては、１２０℃以下であるものが好ましく、１１０℃以下であるものがより好ましい。軟化点は低いほど定着性の点で優れており、好ましいが軟化点を低下させることに伴い後述のガラス転移点も低下するため、ガラス転移点低下の弊害と合わせ樹脂設計する。

また、該バインダー樹脂のガラス転移温度は、示差熱分析装置で測定したときの転移開始（変曲点）が５０℃以上７５℃以下であるのが好ましい。ガラス転移温度が５０℃未満の場合、長期保管時の熱安定性が悪く、トナーの凝集や固化を招き使用上問題がある。さらに７５℃以上の場合は、トナーの融着や微粉粉砕にマージンがあるもののガラス転移点を増加させることに伴い軟化点も増加するため、定着性が悪化する傾向がある。トナーの平均粒径は５〜２０μｍが好適である。

トナーの粒径は一般的には、コールターカウンターによる方法が広く用いられている。今回の発明で使用したトナーの平均粒径は、コールターカウンターＴＡ−II型に１００μｍのアパチャーを使用し、トナー粒子をアイソトンに分散し、第３チャンネル〜第１６チャンネルを使用しトナー粒径分布を測定し体積平均により決定した。

熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂の軟化点はフローテスター法を用いて測定した。フローテスター（島津製作所製ＣＦＴ５００）において、直径１ｍｍ長さ１０ｍｍのノズルを用い、加熱体を８０℃に設定しバインダー樹脂１ｇを投入する。プラジャーを軽く押し当て、３００秒間余熱した後、３０ｋｇ／平方ｃｍの圧力をかけ、６℃／分の速度で昇温する。昇温によりバインダー樹脂は軟化しノズルからバインダー樹脂が押し出され、プラジャーは下降する。下降の開始から終了までのプラジャーの下降距離の中点に相当するときの温度をもって、軟化点とする。

熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂のガラス転移点は示差熱分析装置（島津製作所製ＤＴ−３０型）を用い、バインダー樹脂約２０ｍｇを試料セルに投入し測定部にセットし、一度１０℃／分の昇温速度で１００℃まで加熱し室温まで冷却した後、再び１０℃／分で昇温し、このときのＤＴＡ曲線の変曲温度部の前後のなめらかな曲線部分それぞれから接線を引き、それら接線同士の交点をもってガラス転移点とする。本発明は二成分現像剤用トナー、磁性一成分トナー、非磁性一成分トナー、黒トナー、モノカラートナー、フルカラートナーの製造に用いることができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例１]
分岐型ポリエステル系樹脂 １００重量部
（構成モノマー：ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、テレフタル酸、トリメリト酸 フローテスター軟化点１１２℃ ガラス転移点６７℃）
顔料 ピグメントブルー １５ ５重量部
帯電制御剤（日本カーリット社製ＬＲ１４７） ３重量部
ベヘン酸ベヘニル（融点：７６．０℃） ５重量部
を配合し、２軸混練機で混練し、粗砕、粉砕を行い、ブロードな分子量分布を有するトナー粉体原料を得た。

本トナー粉体原料を日鉄鉱業社製エルボージェットＥＪ−０５−３Ｓ型を用い、約８ｋｇ／Ｈｒの処理量で分級を実施したところ、僅かながらエッジへの付着はあったものの２時間の間に約１６ｋｇの処理が問題なく行え、平均粒径９．１μｍで４〜１６μｍに９９体積％以上の分布を有するシャープな粒度分布の粉体を調達することができた。

[実施例２]
ベヘン酸ベヘニルをジステアリルケトン（融点：８７．５℃）に代えた以外は、実施例１同様の組成、同様の方法でトナー粉体原料を調達した。この粉体を用い、実施例１同様の分級を行ったところ、僅かながらエッジへの付着はあったものの約１時間の間に約８ｋｇの処理が問題なく行え、実施例１同様に平均粒径９．１μｍで４〜１６μｍに９９体積％以上の分布を有するシャープな粒度分布の粉体を調達することができた。

[実施例３]
線形ポリエステル系樹脂 １００重量部
（構成モノマー：ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、テレフタル酸 フローテスター軟化点１０５℃ ガラス転移点６０℃）
顔料 ピグメントブルー １５ ５重量部
帯電制御剤（日本カーリット社製ＬＲ１４７） ３重量部
ベヘン酸ベヘニル（融点：７６．０℃） ５重量部
を配合し、実施例同様の方法でトナー粉体原料を調達した。この粉体を用い、実施例１同
様の分級を行ったところ、僅かながらエッジへの付着はあったものの約１時間の間に約８ｋｇの処理が問題なく行え、実施例１同様に平均粒径９．１μｍで４〜１６μｍに９９体積％以上の分布を有するシャープな粒度分布の粉体を調達することができた。

[参考例１]
スチレン−ブチルアクリレート共重合体樹脂 １００重量部
（フローテスター軟化点１３０℃ ガラス転移点６０℃）
ポリプロピレン ３重量部
帯電制御剤（４級アンモニウム塩） ２重量部
ベヘン酸ベヘニル（融点：７６．０℃） ５重量部
を配合し、２軸混練機で混練し、粗砕、粉砕を行い、ブロードな分子量分布を有するトナー粉体原料を得た。この粉体を用い、実施例１同様装置で約７ｋｇ／Ｈｒの処理量で分級を実施したところ、約１時間３０分間で終了したが、エッジへの付着はほとんど観られず、平均粒径１１．７μｍのシャープな粒度分布の粉体を調達することができた。

[参考例２]
スチレン−ブチルアクリレート共重合体樹脂 １００重量部
（フローテスター軟化点１３０℃ ガラス転移点６０℃）
ポリプロピレン ３重量部
帯電制御剤（４級アンモニウム塩） ２重量部
ジステアリルケトン（融点：８７．５℃） ５重量部
を配合し、２軸混練機で混練し、粗砕、粉砕を行い、ブロードな分子量分布を有するトナー粉体原料を得た。この粉体を用い、実施例１同様装置で約７ｋｇ／Ｈｒの処理量で分級を実施したところ、約１時間３０分間で終了したが、エッジへの付着はほとんど観られず、平均粒径１１．８μｍのシャープな粒度分布の粉体を調達することができた。

[比較例１]
ベヘン酸ベヘニルを除いたこと以外は、実施例１同様の組成、同様の方法でトナー粉体原料を調達し、これを用い、実施例１同様の分級を行ったところ、２０分間でエッジ先端に約２ｍｍの突起状の付着が成長し、一旦運転を停止し、清掃を行う必要が生じた。

[比較例２]
ジステアリルケトンを除いたこと以外は、実施例２同様の組成、同様の方法でトナー粉体原料を調達し、これを用い、実施例１同様の分級を行ったところ、１５分間でエッジ先端に約２ｍｍ以上の突起状の付着が成長し、一旦運転を停止し、清掃を行う必要が生じた。

１ 原料供給ノズル
２ コアンダブロック
３ 微粉流路
４ 細粉流路
５ 粗粉流路
６ Ｆエッジ
７ Ｍエッジ

Claims (6)

1. 少なくとも１種類の熱可塑性樹脂からなる粉体或いは少なくとも１種類の熱可塑性樹脂を含有する粉体を分散した気体を流路に沿い流し、流路が複数の流路に別れることにより粉体を分級する粉体の分級方法において、該熱可塑性樹脂は軟化点が１１２℃以下の非架橋ボリエステル樹脂であり、該粉体に一般式（１）で示される化合物が含有されていることを特徴とする粉体分級方法。
   

   

   （式中、Ｒ¹ は炭素数１０以上のアルキル基またはアルコキシル基を示し、Ｒ²は−Ｘ−
   ＣＯＯＲ³ （Ｘはアルキレン基を示し、Ｒ³ は炭素数１０以上のアルキル基を示す。）または炭素数１０以上のアルキル基を示す。）
2. 流路が複数に別れるところにおいて気体の流れが曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の粉体分級方法。
3. 熱可塑性樹脂のガラス転移点が５０℃以上７５℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体分級方法。
4. 熱可塑性樹脂の軟化点が１６０℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉体分級方法。
5. 粉体が乾式電子写真用トナーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粉体分級方法。
6. 粉体がカラートナーであることを特徴とする請求項５に記載の粉体分級方法。

Images