JP2014170089A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも結着樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有するトナー原材料を混合工程で混合し、得られた混合物を混練工程で溶融混練し、得られた混練物を粉砕分級工程で粉砕、分級するとともに、前記粉砕分級工程からの回収微粉を前記混合工程に戻して再利用するトナーの製造方法であって、回収微粉を再利用する前記混合工程において、該回収微粉とともに、少なくとも炭酸カルシウム、カオリンクレー、タルク、硫酸バリウムから選ばれる1種類以上の無機フィラーを添加することを特徴とするトナーの製造方法。
【選択図】なし
Description
トナーを構成する原材料のうち結着樹脂の割合は、通常80〜90重量部を占めており、トナー中の成分の大部分はプラスチックスとなっている。近年、プラスチック製品は、環境負荷低減および廃棄物削減、さらには自治体などの焼却処分負荷低減のため、できるだけプラスチックスの含有量や使用量を減らすという対策がなされている。プラスチックスの含有量を減らす方法としては、例えばポリ袋などにおいては焼却炉の損傷を回避すべく炭酸カルシウムのような充填剤を添加する方法などがある。この方法では、プラスチックスの含有量を減らすとともに、製品の大幅なコストダウンも見込めることから、多くのプラスチック製品において用いられている方法である。
同様にトナーにおいても、充填剤などを使用して結着樹脂やその他のトナー原材料の使用量を減らすことができれば環境負荷低減や大幅なコストダウンにつながる可能性がある。
この特許文献では炭酸カルシウムをトナー中に0.01〜10重量%添加することが好ましいと開示されている。しかし、トナー中に炭酸カルシウムを添加すると、炭酸カルシウムの分散不良やトナー粒子表面に炭酸カルシウムが露出するなどして、トナーの帯電性能が著しく低下して、画像品質の低下を招くおそれがある。特に負帯電トナーにおいては、炭酸カルシウムはトナー帯電量を低下させて、カブリの悪化やトナー飛散などが発生し、画像品質を低下させる等の問題がある。
しかし、シリケートクレー粒子をトナー中に添加すると、炭酸カルシウムと同様に、シリケート粒子の分散不良やトナー表面への露出等の影響により、トナーの帯電性能の低下を招くおそれがある。エマルジョン凝集トナーにおいては、シリケートクレー粒子をトナー中に内包させやすいが、粉砕法トナーにおいては、トナー原材料の溶融混練物を粉砕する過程において、シリケートクレー粒子が表面に露出しやすく、トナー帯電性能の低下や画像品質の悪化につながるおそれがある。
(1)「少なくとも結着樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有するトナー原材料を混合工程で混合し、得られた混合物を混練工程で溶融混練し、得られた混練物を粉砕分級工程で粉砕、分級するとともに、前記粉砕分級工程からの回収微粉を前記混合工程に戻して再利用するトナーの製造方法であって、回収微粉を再利用する前記混合工程において、該回収微粉とともに、少なくとも炭酸カルシウム、カオリンクレー、タルク、硫酸バリウムから選ばれる1種類以上の無機フィラーを添加することを特徴とするトナーの製造方法。」
(2)「前記無機フィラーをトナー100重量部に対して5〜30重量部添加することを特徴とする前記(1)に記載のトナーの製造方法。」
(3)「前記回収微粉はトナー100重量部に対して5〜40重量部添加されることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載のトナーの製造方法。」
(4)「トナー100重量部に対して前記回収微粉の添加量をA[重量部]、無機顔料の添加量をB[重量部]としたとき、前記回収微粉の添加量と無機フィラーの添加量とが下記式を満たすことを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれかに記載のトナーの製造方法;
A≧B+5 ・・・式(1)。」
(5)「前記回収微粉の再利用を行う混合工程において、前記回収微粉の混合を、無機フィラーの混合と同時に、又は無機フィラーより先に行うことを特徴とする前記(1)乃至(4)のいずれかに記載のトナーの製造方法。」
(6)「前記回収微粉の再利用を行う混合工程において、前記回収微粉と無機フィラーとを予め混合又は混練したものを添加することを特徴とする前記(1)乃至(5)のいずれかに記載のトナーの製造方法。」
(7)「前記結着樹脂が少なくともポリエステル樹脂を含むことを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれかに記載のトナーの製造方法。」
また、本発明はつぎの(8)及び(9)記載の「トナーの製造方法」を包含する。
(8)「前記トナーは体積平均粒径が3〜13μmのトナー粒子のものであり、前記回収微粉は、体積平均粒径が前記トナー粒子の体積平均粒径3〜12μmより小さいものであることを特徴とする前記(1)乃至(7)のいずれかに記載のトナーの製造方法。」
(9)「前記回収微粉の添加量は、前記結着樹脂に対して3〜45重量部であることを特徴とする前記(1)乃至(8)のいずれかに記載のトナーの製造方法。」
溶融混練で使用する装置としては、既知の装置が利用でき、原材料混合物を溶融し混練できる装置であれば特に制限されないが、2本ロールや3本ロールなどのロール混練機、バンバリーミキサーや加圧ニーダーなどのバッチ式密閉混練機、一軸押出機やニ軸押出機などの連続式密閉混練機、連続式ロール混練機などが挙げられる。生産性および原材料の分散性の観点から、ニ軸押出機などの連続式密閉混練機や、連続式ロール混練機が好ましい。
体積平均粒子径は、例えば、マルチザイザーIII(ベックマン・コールター社製)などの粒度分布測定装置を用いて測定した体積50%径である。上記各工程を得ることによって所望の粒子径のトナーを得ることができるが、分級工程において所定の粒子径より小さい回収微粉が発生する。回収微粉は、通常、生産性や生産コストの観点から混合工程に戻されて、回収微粉が再利用される。混合工程で回収微粉が再利用される場合、回収微粉と前記各トナー原材料とを混合工程にて混合し、この混合物が混練工程、粉砕工程、分級工程を得て、トナーが製造されることになる。
また回収微粉の添加による熱特性の低下、例えばトナーのフロー軟化温度やガラス転移温度などの低下を引き起こしやすい。
回収微粉は、製品トナーより微細であるため、より活性度が高い。これが1因となって、前記特定の無機フィラーを回収微粉と混錬又は混合した場合、表面エネルギーが放出され、より均一且つ充分な分散状態に達した後には安定状態に移行するという過程を経て、均一且つ安定な分散が達成されるものと考えている。
また、これらの無機フィラーはトナーを構成する原材料の大半の割合を占める結着樹脂や荷電制御剤よりも安価であるため、これらの無機フィラーを添加することにより、安価で経済性に優れたトナーを製造することができるという利点がある。
粒子径が10μm以上では、トナー粒子径より大きくなるためトナー中に内包させることが難しく、粒子径が0.5μm以下では、トナー粒子中に均一に分散させることが困難となり、トナー品質の低下を招くおそれがある。さらに粒子径が0.5μm以下ではコストが高く経済的にも好ましくない。
予め回収微粉と無機フィラーと混合あるいは混練しておくことにより、トナー中の無機フィラーの分散性を向上させることができ、トナー帯電量の低下や画像品質の悪化を低減できる。
ブラック用顔料としては、通常、カーボンブラックが使用できる。カーボンブラックとしては、個数平均粒子径、吸油量、PH等に制限されることなく使用できるが、市販品として以下のものが挙げられる。例えば、米国キャボット社製商品名:リーガル(REGAL)400、660、330、300、SRF−S、ステリング(STERLING)SO、V、NS、R、コロンビア・カーボン日本社製商品名:ラーベン(RAVEN)H20、MT−P、410、420、430、450、500、760、780、1000、1035、1060、1080、三菱化学社製商品名:#5B、#10B、#40、#44、#2400B、MA−100等が使用できる。これらのカーボンブラックは単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。トナー重量に対するカーボンブラックの割合は、通常、1〜20重量部の範囲から選択でき、好ましくは1〜10重量部、さらに好ましくは3〜10重量部である。カーボンブラックの割合が少なすぎると画像濃度が低下し、多すぎると画質が低下しやすく、トナー成形性も低下する。ブラック用顔料としてはカーボンブラックの他、酸化鉄やフェライトなどの黒色の磁性粉も使用できる。
イエロー用顔料としては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等が使用できる。これらのイエロー用顔料は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
正帯電性の荷電制御剤としては、例えばニグロシン及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及び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荷電制御剤は、単独で又は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荷電制御剤は、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。
荷電制御剤の添加量は、トナー100重量部に対して、通常、0.1〜5重量部の範囲で選択でき、好ましくは0.3〜4重量部、さらに好ましくは0.5〜4重量部である。
また、帯電制御剤は、カラートナー用には無色あるいは淡色であることが好ましい。
また、キャリアの表面は、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などの被覆剤で被覆されていてもよい。
<結着樹脂>
結着樹脂(1):トナー用非晶性ポリエステル樹脂(ガラス転移温度(Tg)=59℃、フロー軟化温度(T1/2)=136℃)
結着樹脂(2)::トナー用非晶性ポリエステル樹脂(ガラス転移温度(Tg)=57℃、フロー軟化温度(T1/2)=97℃)
結着樹脂(3):トナー用スチレン−アクリル共重合樹脂(ガラス転移温度(Tg)=58℃、フロー軟化温度(T1/2)=155℃)
<着色剤>
着色剤:カーボンブラック(三菱化学(株)製、#44)
<帯電制御剤>
CCA(1):サリチル酸ジルコニウム塩(保土ヶ谷化学工業(株)製、商品名:TN−105)
CCA(2):サリチル酸亜鉛塩(オリエント化学(株)製、商品名:BONTRON E−304)
<離型剤>
WAX(1):カルナウバワックス(加藤洋行(株)製、商品名:カルナウバワックス1号粉末)
WAX(2):ポリプロピレンワックス(三洋化成(株)製、商品名:ビスコール550P)
<無機フィラー>
無機フィラー(1):カオリンクレー(BASF製、商品名ASP−200)
無機フィラー(2):重質炭酸カルシウム(備北粉化工業(株)製、ソフトン3200)
<回収微粉>
各実施例、比較例の回収微粉を除いた配合でトナーを作製し、この過程で発生した回収微粉を回収した。この回収した回収微粉を各実施例、比較例の配合に使用して、各実施例、比較例のトナーを作製した。
[帯電量]
トナー4重量部と、シリコーン樹脂により被覆されている平均粒径が50μmの銅−亜鉛フェライト粒子96重量部からなる現像剤を作製した。次に、現像剤6gを計量し、メッシュが装着された蓋で密閉できる金属円柱に仕込み、ブローオフ法により帯電量を求めた。なお、帯電量は、−20〜−40μC/gの範囲が適正である。帯電量の絶対値が20μC/g未満であると、カブリやトナー飛散が発生しやすくなり、40μC/gを超えると、画像濃度が低下する。
[実機耐久試験]
Imagio MP 3350(リコー社製)と上記現像剤とを用いて、A4サイズの用紙で、印字速度33枚/分、印字密度6%で連続印字した。連続印字を30万枚実施後、以下の評価を実施した。
[カブリ]
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転写し、未転写のテープの画像濃度との差を、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、この差が0.010未満である場合を○、0.010以上0.030未満である場合を△、0.030以上である場合を×として判定した。
[フィルミング]
現像ローラ又は感光体上のトナーのフィルミングの有無を観察し、フィルミングがない場合を○、スジ上のフィルミングがわずかに見られる程度であれば△、フィルミングが全体的に発生している場合は×として判定した。
[トナー飛散]
現像器を複写機本体から取り出し、複写機内部および現像器に付着したトナーを目視にて観察し、複写機内部や現像器にトナーによる汚れがない場合は○、複写機内部や現像器にトナーの堆積はないが付着が見られる場合は△、複写機内部や現像器にトナーの堆積が見られトナー飛散が発生している場合は×として判定した。
[総合評価]
実用性の観点から、総合評価は、上記実機耐久試験による評価が全て○若しくは△が一つ以内であれば○を、△が二つ以内であれば△を、全て△又は×が一つ以上あれば×として判定した。
トナーの原材料としては、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた。
まず、前記各原材料を所定割合で計量後、高速混合機にて3分間混合して、原材料の混合物を得た。次に、この回収微粉と無機フィラーの混合物と残りの原材料とを高速混合機にて3分間混合し、原材料の混合物を得た(予備混合)。
次に、得られたトナー母体粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(R974、日本アエロジル(株)製)を1.0重量部添加し、高速混合機にて、周速40m/secで3分間混合し、実施例1のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、実施例2のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、実施例3のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、実施例4のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、実施例5のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とは、表1、表2に示す割合で用いた。実施例6では、まず無機フィラー以外の各原材料を高速混合機に投入して1分間混合した後、ついで無機フィラーを高速混合機に投入して2分間混合し、原材料の混合物を得た(2段混合)。次に、この回収微粉と無機フィラーの混合物と残りの原材料とを高速混合機にて3分間混合し、原材料の混合物を得た(予備混合)。
次に、得られたトナー母体粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(R974、日本アエロジル(株)製)を1.0重量部添加し、高速混合機にて、周速40m/secで3分間混合し、実施例6のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料としては、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とは、表1、表2に示す割合で用いた。
実施例7では、まず回収微粉以外の各原材料を高速混合機に投入して1分間混合した後、ついで回収微粉を高速混合機に投入して2分間混合し、原材料の混合物を得た(2段混合)。
次に、得られたトナー母体粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(R974、日本アエロジル(株)製)を1.0重量部添加し、高速混合機にて、周速40m/secで3分間混合し、実施例7のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料としては、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーと、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた。実施例8では、回収微粉と無機フィラーのみを予め高速混合機にて3分間混合し、予備混合を実施した。次に、この回収微粉と無機フィラーの混合物と、残りの原材料とを高速混合機にて3分間混合し、原材料の混合物を得た。
次に、得られたトナー母体粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(R974、日本アエロジル(株)製)を1.0重量部添加し、高速混合機にて、周速40m/secで3分間混合し、実施例8のトナーを得た。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、回収微粉とを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、比較例1のトナーを得た。つまり、無機フィラーを用いなかった。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーとを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、比較例2のトナーを得た。つまり、回収微粉を用いなかった。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーとを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、比較例3のトナーを得た。つまり、回収微粉を用いなかった。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
トナーの原材料として、結着樹脂と、着色剤と、荷電制御剤と、離型剤と、無機フィラーとを、表1、表2に示す割合で用いた他は、実施例1と同様にして、比較例2のトナーを得た。つまり、回収微粉を用いなかった。得られたトナーのトナー物性を評価し、また、実機耐久性試験から画像特性を評価した。結果を表1及び表2に示した。
Claims (7)
- 少なくとも結着樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有するトナー原材料を混合工程で混合し、得られた混合物を混練工程で溶融混練し、得られた混練物を粉砕分級工程で粉砕、分級するとともに、前記粉砕分級工程からの回収微粉を前記混合工程に戻して再利用するトナーの製造方法であって、回収微粉を再利用する前記混合工程において、該回収微粉とともに、少なくとも炭酸カルシウム、カオリンクレー、タルク、硫酸バリウムから選ばれる1種類以上の無機フィラーを添加することを特徴とするトナーの製造方法。
- 前記無機フィラーをトナー100重量部に対して5〜30重量部添加す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。
- 前記回収微粉はトナー100重量部に対して5〜40重量部添加されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のトナーの製造方法。
- トナー100重量部に対して前記回収微粉の添加量をA[重量部]、無機顔料の添加量をB[重量部]としたとき、前記回収微粉の添加量と無機フィラーの添加量とが下記式を満たすことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトナーの製造方法。
A≧B+5 ・・・式(1) - 前記回収微粉の再利用を行う混合工程において、前記回収微粉の混合を、無機フィラーの混合と同時に、又は無機フィラーより先に行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のトナーの製造方法。
- 前記回収微粉の再利用を行う混合工程において、前記回収微粉と無機フィラーとを予め混合又は混練したものを添加することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のトナーの製造方法。
- 前記結着樹脂が少なくともポリエステル樹脂を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のトナーの製造方法。
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