JP2010217539A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナーの製造方法は、母体粒子を有するトナーを製造する方法であって、結着樹脂及び/又は結着樹脂前駆体と、着色剤と、離型剤を含むトナー材料を有機溶媒中で溶解又は分散させて第一の液を調製する工程と、第一の液を水系媒体中で乳化又は分散させて、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される回転数60rpm、温度25℃における粘度が50mPa・秒以上800mPa・秒以下である第二の液を調製する工程と、第二の液を、70kPa以下に減圧されている管の母体粒子のガラス転移点以下の温度に加熱されていると共に30/分以上の振動数で振動している壁面に、略鉛直下向きに流すことにより、有機溶媒を揮発させる工程とを有し、管の伝熱面の周囲長に対する第二の液を管に供給する速度の比が300kg/m・時以上である。
【選択図】なし
Description
SF−1=(L2/A)×(π/4)×100
SF−2=(P2/A)×(1/4π)×100
(式中、Lは、トナーの絶対最大長であり、Aは、トナーの投影面積であり、Pは、トナーの最大周長である。)
で定義される。真球は、SF−1及びSF−2がいずれも100であり、100より値が大きくなるにつれて球形から不定形になる。また、SF−1は、全体の形状(楕円、球等)を表す形状係数であり、SF−2は、表面の凹凸程度を示す形状係数である。
撹拌棒及び温度計を設置した反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。次に、系内温度が75℃になるまで加熱し、5時間反応させた。さらに、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加し、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液(樹脂微粒子分散液1)を得た。得られた樹脂微粒子分散液1は、LA−920(HORIBA社製)を用いて測定した体積平均粒径が105nmであった。また、樹脂微粒子分散液1の一部を乾燥して単離した樹脂は、ガラス転移点が59℃、重量平均分子量が150000であった。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管を設置した反応容器中に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAのプロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、イソフタル酸46部及びジブチルスズオキサイド2部を投入し、常圧下、230℃で5時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応容器中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、ポリエステル1を合成した。得られたポリエステル1は、THF可溶分の重量平均分子量が5200、ガラス転移点が45℃、酸価が20mgKOH/gであった。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管を設置した反応容器中に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物795部、イソフタル酸200部、テレフタル酸65部及びジブチルスズオキサイド2部を投入し、常圧の窒素気流下、210℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下で脱水しながら5時間反応させた後、80℃まで冷却した。さらに、酢酸エチル1300部及びイソホロンジイソシアネート170部を添加して、2時間反応させて、プレポリマー1を合成した。得られたプレポリマー1は、重量平均分子量が5000であった。
水1200部、4級アンモニウムイオンでイオン交換された変性ベントナイトBENTONE57(ELEMENTIS社製)174部及び1570部のポリエステル1を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。得られた混合物を、二本ロールを用いて150℃で30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチ1を作製した。マスターバッチ中の変性ベントナイトは、体積平均粒径が0.4μm、粒径が1μm以上である粒子の含有量が2体積%であった。
ビーカー内に、23.4部のプレポリマー1、123.6部のポリエステル1、20部のマスターバッチ1及び酢酸エチル80部を入れて攪拌した。一方、カルナバワックス15部、カーボンブラック20部及び酢酸エチル120部を、ビーズミルを用いて30分間分散した。得られた2つの液を混合し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで5分間攪拌した後、ビーズミルを用いて10分間分散した。得られた分散液にイソホロンジアミン2.9部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで5分間攪拌して、トナー材料分散液1を調製した。
ビーカー内に、イオン交換水529.5部、70部の樹脂微粒子分散液1及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部を入れ、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで攪拌し、水系媒体1を調製した。
12kgの水系媒体1に8kgのトナー材料分散液1を加え、30分間攪拌しながら反応させて、乳化液を得た。得られた乳化液は、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される回転数60rpm、温度25℃における粘度が500mPa・秒であった。また、乳化液中の酢酸エチルの含有量は20質量%であった。
乳化液20kgの供給速度(A)を50kg/時、内管12の壁面の振動数を30/分にした以外は、実施例1と同様にして、トナーを作製した。このとき、A/Lは560kg/m・時であり、酢酸エチル揮発工程に要した時間は24分であり、スラリー中の酢酸エチルの残存量は5質量%であった。
乳化液20kgの供給速度(A)を25kg/時にした以外は、実施例1と同様にして、トナーを作製したが、内管12の内壁面に焼き付きが発生した。このとき、A/Lは280kg/m・時であり、酢酸エチル揮発工程に要した時間は48分であり、スラリー中の酢酸エチルの残存量は6質量%であった。
乳化液20kgの供給速度(A)を50kg/時とし、内管12の壁面の振動数を24/分にした以外は、実施例1と同様にして、トナーを作製したが、内管12の内壁面に焼き付きが発生した。このとき、A/Lは560kg/m・時であり、酢酸エチル揮発工程に要した時間は24分であり、スラリー中の酢酸エチルの残存量は11質量%であった。
12kgの水系媒体1に8kgのトナー材料分散液2を加え、30分間攪拌しながら反応させて、乳化液を得た。得られた乳化液は、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される回転数60rpm、温度25℃における粘度が600mPa・秒であった。また、乳化液中の酢酸エチルの含有量は19質量%であった。
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて、数平均分子量及び重量平均分子量を測定した。具体的には、40℃のヒートチャンバー中で安定させたカラムに、THFを流速1ml/分で流し、0.05〜0.6質量%に調製した試料(樹脂)のTHF溶液を50〜200μl注入して測定した。なお、試料の分子量は、数種の単分散ポリスチレン標準試料を用いて作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線を作成する際には、例えば、分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106の単分散ポリスチレン標準試料(Pressure Chemical社製あるいは東洋ソーダ工業社製)を用いることができる。このとき、少なくとも10点程度の単分散ポリスチレン標準試料を用いるのが適当である。また、検出器としては、RI(屈折率)検出器を用いた。
マスターバッチに使用した樹脂に対する変性層状無機鉱物の質量比が0.1となるように、マスターバッチと樹脂を、分散剤Disperbyk−167(BYK Chemie社製)が5質量%溶解した酢酸エチル中に投入し、12時間攪拌した。このとき、マスターバッチと樹脂の総量が全量の5質量%になるように調整した。
チャンネル数:52
測定時間:15秒
粒子屈折率:1.54
温度:25℃
粒子形状:非球形
粘度(CP):0.441
溶媒屈折率:1.37
溶媒名:酢酸エチル
なお、測定する試料は、sample Loadingを見ながら、1〜100に入るように、スポイト、注射器等を使用して酢酸エチルで希釈した。
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して酸価を測定した。具体的には、試料(樹脂)0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)をトルエン120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解させた。但し、試料が溶解しない場合は、ジオキサン、テトラヒドロフラン等を用いた。さらに、エタノール30mlを添加した。
Speed[%]25
Time[s]15
EQP titration
Titrant/Sensor
Titrant CH3ONa
Concentration[mol/L]0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume[mL]1.0
Wait time[s]0
Titrant addition Dynamic
dE(set)[mV]8.0
dV(min)[mL]0.03
dV(max)[mL]0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE[mV]0.5
dt[s]1.0
t(min)[s]2.0
t(max)[s]20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump only No
Range No
Tendency None
Termination
at maximum volume[mL]10.0
at potential No
at slope No
after number EQPs Yes
n=1
comb. termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential 1 No
Potential 2 No
Stop for reevaluation No
(スラリー中の酢酸エチルの残存量)
トルエン4gをメスフラスコ中に計量して、DMFで500mLに希釈し、内標準液を調製した。次に、スラリー1.5gをDMFで約50mLに希釈した後、内標準液10mLをホールピペットで採取して投入した後、スターラーを用いて、400rpmで4分間攪拌した。さらに、得られたスラリー希釈液をガスクロマトグラフGC−2010(島津製作所社製)のオートサンプラーにセットし、測定した。測定終了後に、内標準物質のトルエンと酢酸エチルの比率から、内標準法によりスラリー中の酢酸エチルの残存量を算出した。なお、スラリー希釈液の注入量を2.0μLとした。測定条件を以下に示す。
注入モード:スプリット
気化室温度:180℃
キャリアガス:He
圧力:40.2kPa
全流量:56.0mL/分
カラム流量:1.04mL/分
線速度:20.0cm/秒
パージ流量:3.0mL/分
スプリット比:50.0
カラム
名称:ZB−50
液相の膜厚:0.25μm
長さ:30.0m
内径:0.32mmID
カラム上限温度:340℃
カラムオーブン
カラム温度:60℃
温度プログラム:60℃ホールド6分→昇温速度60℃/分→230℃ホールド5分
検出器
検出器温度:250℃
メイクアップガス:N2/Air
メイクアップ流量:30.0mL/分
H2流量:47.0mL/分
Air流量:400mL/分
(ガラス転移点)
Rigaku THRMOFLEX TG8110(理学電機社製)を用いて、昇温速度10℃/分の条件でガラス転移点を測定した。具体的には、まず、アルミ製試料容器に入れた試料(樹脂又は母体粒子)約10mgをホルダユニットに載せ、電気炉中にセットする。次に、室温から昇温速度10℃/分で150℃まで加熱し、150℃で10分間放置した後、室温まで試料を冷却して10分間放置する。さらに、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で再度150℃まで加熱してDSC測定を行った。ガラス転移点は、TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)中の解析システムを用いて、ガラス転移点の近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
コールターカウンターTA−II型(コールター社製)を、個数分布及び体積分布を出力するインターフェイス(日科技研社製)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC社製)と接続して、数平均粒径及び体積平均粒径を測定した。具体的には、まず、電解液ISOTON−II(コールター社製)100〜150ml中に、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)ネオゲンSC−A(第一工業製薬社製)0.1〜5mlを加えた。次に、試料(母体粒子)2〜20mgを加え、超音波分散器を用いて約1〜3分間分散させた。得られた試料分散液の数平均粒径及び体積平均粒径を、100μmアパーチャーを用いて測定した。なお、チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32.00〜40.30μmの13チャンネルを使用し、粒径が2.00〜40.30μmの粒子を測定対象とした。
フロー式粒子像分析装置FPIA−2100及び解析ソフトFPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10(シスメックス社製)を用いて、平均円形度及び粒径が2μm以下である粒子の含有量を測定した。具体的には、まず、ガラス製の100mlビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)ネオゲンSC−A(第一工業製薬社製)0.1〜0.5ml及び試料(母体粒子)0.1〜0.5gを添加し、ミクロスパーテルでかき混ぜた後、イオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を、超音波分散器(本多電子社製)を用いて3分間分散させた際の濃度が5000〜15000個/μlとなる場合の平均円形度及び粒径が2μm以下である粒子の含有量を測定した。
FE−SEM(S−4200)(日立製作所社製)を用いて撮影された試料(母体粒子)のSEM像を300個無作為にサンプリングし、その画像情報を、インターフェイスを介して、画像解析装置Luzex AP(ニレコ社製)に導入して解析し、形状係数SF−1及びSF−2を算出した。
デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用い、単色モードで画像面積が50%の画像チャートを150000枚ランニング出力した後、6000ペーパー(リコー社製)にベタ画像を出力し、XRite(X−Rite社製)を用いて画像濃度を測定した。なお、画像濃度が1.2未満であるものを×、1.2以上1.4未満であるものを△、1.4以上1.8未満であるものを○、1.8以上2.2未満であるものを◎として、判定した。
デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用い、単色で写真画像を出力し、画像粒状性、鮮鋭性を目視で評価した。なお、画像粒状性、鮮鋭性がオフセット印刷並みであるものを◎、オフセット印刷よりわずかに悪い程度であるものを○、オフセット印刷よりかなり悪い程度であるものを△、従来の電子写真画像程度(非常に悪い)であるものを×として、判定した。
デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用い、単色モードで画像面積が50%の画像チャートを30000枚ランニング出力した後、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープに転写した。次に、現像剤を転写したテープと未転写のテープの画像濃度の差を、938スペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)を用いて測定した。なお、画像濃度の差が少なく、地汚れが良好なものから順に、◎、○、△、×の4段階でランク付けした。
デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用い、単色モードで画像面積が50%の画像チャートを50000枚ランニング出力した後、機内のトナーの汚染度合いを評価した。なお、トナーの汚染度合いが問題ないレベルのものを○、トナーが見られるものの、使用上問題ないレベルのものを△、著しく汚染しており、問題があるものを×として、判定した。
清掃工程を通過した感光体上の転写残トナーを、スコッチテープ(住友スリーエム社製)を用いて白紙に移した。次に、転写残トナーを移した白紙と移していない白紙の反射濃度を、マクベス反射濃度計RD514型を用いて測定した。なお、反射濃度の差が0.01未満であるものを○(良好)、0.1以上であるものを×(不良)として、判定した。
温度40℃、湿度90%の高温高湿環境又は温度10℃、湿度15%の低温低湿環境において、デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用い、単色モードで画像面積が7%の画像チャートを100000枚ランニング出力する間に、1000枚毎に現像剤を一部サンプリングし、ブローオフ法を用いて、トナーの帯電量を測定した。トナーの帯電量の変化が5μC/g未満であるものを○、5μC/g以上10μC/g未満であるものを△、10μC/g以上であるものを×として、判定した。
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置に、タイプ6200紙(リコー社製)をセットし、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を1.2kgf/cm2、ニップ幅を3mmとし、定着温度を変化させて、複写テストを行った。なお、定着下限温度が140℃未満であるものを◎、140℃以上150℃未満であるものを○、150℃以上160℃未満であるものを□、160℃以上170℃未満であるものを△、170℃以上であるものを×として、判定した。
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置に、タイプ6200紙(リコー社製)をセットし、紙送りの線速度を50mm/秒、面圧を2.0kgf/cm2、ニップ幅を4.5mmとし、定着温度を変化させて、複写テストを行った。なお、定着上限温度が200℃以上であるものを◎、190℃以上200℃未満であるものを○、180℃以上190℃未満であるものを□、170℃以上180℃未満であるものを△、170℃未満であるものを×として、判定した。
トナーを50℃で8時間保管した後、42メッシュのふるいを用いて2分間ふるい、金網上のトナーの残存率を測定した。なお、トナーの残存率が30%以上であるものを×、20%以上30%未満であるものを△、10%以上20%未満であるものを○、10%未満であるものを◎として、判定した。
11 外管
12 内管
13 供給口
14 排出口
15 熱媒体
20 容器
21 供給口
22 排気口
23 仕切り板
30 振動体
31 支持体
Claims (20)
- 母体粒子を有するトナーを製造する方法であって、
結着樹脂及び/又は結着樹脂前駆体と、着色剤と、離型剤を含むトナー材料を有機溶媒中で溶解又は分散させて第一の液を調製する工程と、
該第一の液を水系媒体中で乳化又は分散させて、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される回転数60rpm、温度25℃における粘度が50mPa・秒以上800mPa・秒以下である第二の液を調製する工程と、
該第二の液を、70kPa以下に減圧されている管の前記母体粒子のガラス転移点以下の温度に加熱されていると共に30/分以上の振動数で振動している壁面に、略鉛直下向きに流すことにより、前記有機溶媒を揮発させる工程とを有し、
前記管の伝熱面の周囲長に対する前記第二の液を前記管に供給する速度の比が300kg/m・時以上であることを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記管の伝熱面の周囲長に対する前記管の伝熱面積の比が1m以上5m以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記トナー材料は、金属カチオンの少なくとも一部が有機カチオンでイオン交換されている変性層状無機鉱物をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。
- 前記第一の液を調製する際に、前記変性層状無機鉱物と前記結着樹脂との複合体を用い、
前記変性層状無機鉱物は、体積平均粒径が0.1μm以上0.55μm以下であり、粒径が1μm以上である粒子の含有量が15体積%以下であることを特徴とする請求項3に記載のトナーの製造方法。 - 前記母体粒子中の前記変性層状無機鉱物の含有量が0.1質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載のトナーの製造方法。
- 前記有機カチオンは、4級アンモニウムイオンであることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記母体粒子は、体積平均粒径が3μm以上7μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記母体粒子は、数平均粒経に対する体積粒経の比が1.0以上1.2以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記母体粒子は、平均円形度が0.94以上0.99以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記母体粒子は、粒径が2μm以下である粒子の含有量が10個数%以下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の製造方法。
- 前記母体粒子は、形状係数SF−1が110以上200以下であり、形状係数SF−2が110以上300以下であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記結着樹脂は、ポリエステルを含有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記結着樹脂中の前記ポリエステルの含有量が50質量%以上100質量%以下であることを特徴とする請求項12に記載のトナーの製造方法。
- 前記ポリエステルは、THF可溶分の重量平均分子量が1000以上30000以下であることを特徴とする請求項12又は13に記載のトナーの製造方法。
- 前記ポリエステルは、ガラス転移点が35℃以上65℃以下であることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記結着樹脂前駆体は、活性水素基と反応することが可能な官能基を有する重合体であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
- 前記第二の液を調製する工程で、前記活性水素基と反応することが可能な官能基を有する重合体と活性水素基を有する化合物を反応させることを特徴とする請求項16に記載のトナーの製造方法。
- 前記活性水素基と反応することが可能な官能基を有する重合体は、イソシアネート基を有するポリエステルであることを特徴とする請求項16又は17に記載のトナーの製造方法。
- 前記イソシアネート基を有するポリエステルは、重量平均分子量が3000以上20000以下であることを特徴とする請求項18に記載のトナーの製造方法。
- 前記母体粒子は、ガラス転移点が40℃以上70℃以下であることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
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