JP2023021582A - トナー粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】湿潤トナー粒子を乾燥する工程において、融着を抑制する製造方法を提供する。【解決手段】湿潤トナー粒子をループ型乾燥管を循環している気流に供給し乾燥させるループ型気流式乾燥機4であり、乾燥機が、(i)ループ型の乾燥管8と(ii)乾燥管に湿潤粒子を供給するための投入口7と(iii)乾燥管から乾燥された粒子を排出するための排出口13と(iv)乾燥管に気体を吹き込む第一吹込み口10と(v)乾燥管に気体を吹き込む第二吹込み口12とを具備し、第一吹込み口が第二吹込み口よりも上流側に位置し、第一吹込み口からの風速をA(m/s)、風量をC(m3/s)、第二吹込み口からの風速をB(m/s)、風量をD(m3/s)とした時、A、B、C&Dが式(1)~(3)を満たし、気流の温度が60~80℃であることを特徴とする。4.5≦A≦14.5(1)19.0≦B≦38.5(2)0.20≦C/(C+D)≦0.60(3)【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真法による画像形成に使用されるトナー粒子の製造方法に関する。
近年、複写機およびレーザービームプリンターなどの画像形成装置は省エネルギー化、印刷速度の高速化に対応するために、より低温で溶融するトナーが求められている。
こうした要求に対し、離型剤や結晶性樹脂を多量に導入するために有利であり、トナー形状の制御がしやすい点などから、水系媒体中でトナー粒子を製造する湿式トナーが多く用いられている。湿式製法として、重合性単量体等を使用した懸濁重合法、乳化重合凝集法や、結着樹脂等を溶剤中で造粒する溶解懸濁法等の湿式製法のトナーに関する提案がなされている。
一般的にこれら湿式製法では、製造過程の中でトナー粒子スラリーを固液分離し湿潤トナー粒子を得る濾過工程と、濾過工程後、湿潤トナー粒子を種々の方法にて乾燥させ分散媒を除去する乾燥工程を経てトナー粒子を得る。
乾燥工程では、分散媒の除去に熱媒体を使用することが一般的であり、熱媒体として気体を利用する気流式乾燥機が生産性の観点から多く用いられる。気流式乾燥機の中でも、ループ型気流式乾燥機は、乾燥したトナー粒子が適宜乾燥管から排出されるため、他の気流式乾燥機に比べ乾燥後に乾燥気体にさらされる時間が短く過剰な熱が加えられにくいため、品質を一定に保てることから好適に用いられている(特許文献1)。
こうした要求に対し、離型剤や結晶性樹脂を多量に導入するために有利であり、トナー形状の制御がしやすい点などから、水系媒体中でトナー粒子を製造する湿式トナーが多く用いられている。湿式製法として、重合性単量体等を使用した懸濁重合法、乳化重合凝集法や、結着樹脂等を溶剤中で造粒する溶解懸濁法等の湿式製法のトナーに関する提案がなされている。
一般的にこれら湿式製法では、製造過程の中でトナー粒子スラリーを固液分離し湿潤トナー粒子を得る濾過工程と、濾過工程後、湿潤トナー粒子を種々の方法にて乾燥させ分散媒を除去する乾燥工程を経てトナー粒子を得る。
乾燥工程では、分散媒の除去に熱媒体を使用することが一般的であり、熱媒体として気体を利用する気流式乾燥機が生産性の観点から多く用いられる。気流式乾燥機の中でも、ループ型気流式乾燥機は、乾燥したトナー粒子が適宜乾燥管から排出されるため、他の気流式乾燥機に比べ乾燥後に乾燥気体にさらされる時間が短く過剰な熱が加えられにくいため、品質を一定に保てることから好適に用いられている(特許文献1)。
しかしながら、上記のループ型気流式乾燥機に吹き込まれる乾燥気体は湿潤トナー粒子を解砕や搬送、乾燥させるために速度の大きいものを用いている。そのため、乾燥管内の速度が大きい部分が局所的にあり、配管内部に衝突するトナー粒子が存在する。そして、トナー粒子のガラス転移温度を低くする等、トナー画像が低温定着しやすいトナーほど前記衝突によって配管内部への融着が発生するという課題がある。
一方、これらの問題を抑えるために乾燥気体の速度を小さくすると、乾燥熱量が不足し乾燥効率を低下させてしまう。
本発明は上述の如き問題を解決したトナー粒子の製造方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、湿式で製造された湿潤トナー粒子を乾燥する乾燥工程において、被処理物の乾燥処理効率は低下させずに、湿潤トナー粒子が乾燥管内に衝突して発生する融着を抑制する製造方法を提供することである。
一方、これらの問題を抑えるために乾燥気体の速度を小さくすると、乾燥熱量が不足し乾燥効率を低下させてしまう。
本発明は上述の如き問題を解決したトナー粒子の製造方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、湿式で製造された湿潤トナー粒子を乾燥する乾燥工程において、被処理物の乾燥処理効率は低下させずに、湿潤トナー粒子が乾燥管内に衝突して発生する融着を抑制する製造方法を提供することである。
本発明は、水系分散媒体中で生成して得られる湿潤トナー粒子を、乾燥手段によって乾燥する工程を有するトナー粒子の製造方法であって、
該乾燥手段が、該湿潤トナー粒子を、ループ型乾燥管を循環している気流に供給し、乾燥させるループ型気流式乾燥機であり、該ループ型気流式乾燥機が、
(i)ループ型の乾燥管と
(ii)該乾燥管に該湿潤トナー粒子を供給するための投入口と
(iii)該乾燥管から乾燥されたトナー粒子を排出するための排出口と
(iv)該乾燥管に気体を吹き込むための第一吹込み口と
(v)該乾燥管に気体を吹き込むための第二吹込み口と
を具備し、
該第一吹込み口が、該第二吹込み口よりも該湿潤トナー粒子の搬送経路に対して上流側に位置し、
該第一吹込み口から供給される気体の風速をA(m/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風速をB(m/s)とし、該第一吹込み口から供給される気体の風量をC(m3/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風量をD(m3/s)としたときに、該A、該B、該C及び該Dが、下記式(1)(2)及び(3)を満たし、該第一吹込み口および該第二吹込み口から供給される気流の温度が、60℃以上80℃以下であることを特徴とするトナー粒子の製造方法に関する。
4.5≦A≦14.5 (1)
19.0≦B≦38.5 (2)
0.20≦C/(C+D)≦0.60 (3)
該乾燥手段が、該湿潤トナー粒子を、ループ型乾燥管を循環している気流に供給し、乾燥させるループ型気流式乾燥機であり、該ループ型気流式乾燥機が、
(i)ループ型の乾燥管と
(ii)該乾燥管に該湿潤トナー粒子を供給するための投入口と
(iii)該乾燥管から乾燥されたトナー粒子を排出するための排出口と
(iv)該乾燥管に気体を吹き込むための第一吹込み口と
(v)該乾燥管に気体を吹き込むための第二吹込み口と
を具備し、
該第一吹込み口が、該第二吹込み口よりも該湿潤トナー粒子の搬送経路に対して上流側に位置し、
該第一吹込み口から供給される気体の風速をA(m/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風速をB(m/s)とし、該第一吹込み口から供給される気体の風量をC(m3/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風量をD(m3/s)としたときに、該A、該B、該C及び該Dが、下記式(1)(2)及び(3)を満たし、該第一吹込み口および該第二吹込み口から供給される気流の温度が、60℃以上80℃以下であることを特徴とするトナー粒子の製造方法に関する。
4.5≦A≦14.5 (1)
19.0≦B≦38.5 (2)
0.20≦C/(C+D)≦0.60 (3)
本発明によれば、被処理物の乾燥処理効率は低下させずに、湿潤トナー粒子が乾燥管内に衝突して発生する融着を抑制するトナー粒子の製造方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
本発明は、水系分散媒体中で生成して得られる湿潤トナー粒子を、乾燥手段によって乾燥する工程を有するトナー粒子の製造方法であって、該乾燥手段が、該湿潤トナー粒子を、ループ型乾燥管を循環している気流に供給し、乾燥させるループ型気流式乾燥機であり、該ループ型気流式乾燥機が、(i)ループ型の乾燥管、(ii)該乾燥管に該湿潤トナーを供給するための投入口、(iii)該乾燥管から乾燥されたトナー粒子を排出するための排出口、(iv)該乾燥管に気体を吹き込むための第一吹込み口、(v)該乾燥管に気体を吹き込むための第二吹込み口を具備し、該第一吹込み口が該第二吹込み口よりも該湿潤トナー粒子の搬送経路に対して上流側に位置している。
そして、該第一吹込み口から供給される気体の風速をA(m/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風速をB(m/s)とし、該第一吹込み口から供給される気体の風量をC(m3/s)とし、該第二吹込み口から供給される気体の風量をD(m3/s)としたときに、該A、該B、該C及び該Dが下記式(1)、(2)及び(3)
4.5≦A≦14.5 (1)
19.0≦B≦38.5 (2)
0.20≦C/(C+D)≦0.60 (3)
を満たし、該第一吹込み口および該第二吹込み口から供給される気流の温度が、60℃以上80℃以下であることを特徴としている。
4.5≦A≦14.5 (1)
19.0≦B≦38.5 (2)
0.20≦C/(C+D)≦0.60 (3)
を満たし、該第一吹込み口および該第二吹込み口から供給される気流の温度が、60℃以上80℃以下であることを特徴としている。
上記構成の本発明のトナー粒子の製造方法は、結着樹脂と着色剤や離型剤などを含有する湿潤トナー粒子から分散媒や洗浄工程で用いた洗浄液を除去して、湿潤トナー粒子を乾燥させる乾燥工程を含む。本発明のトナー粒子の製造方法は、溶解懸濁法、乳化凝集法、懸濁重合法、および、その他の湿式でのトナー粒子の製造方法に用いることができる。
以下に、その一例として、本発明を懸濁重合法によるトナー粒子の製造方法に用いた場合について説明する。
懸濁重合法とは、重合性単量体及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を、水系媒体中で造粒し、重合性単量体組成物の粒子を形成し、重合性単量体組成物の粒子に含まれる重合性単量体を重合してトナー粒子を得る製造方法である。
具体的には、重合性単量体組成物の調製工程、造粒工程、重合工程、有機揮発成分の除去工程、洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程、及び分級工程を含む。
以下、懸濁重合法によるトナー粒子の製造方法に本発明を用いた場合について工程毎に説明する。
(重合性単量体組成物の調製工程)
重合性単量体および着色剤を含む重合性単量体組成物を調製する。着色剤は予め媒体撹拌ミルなどで重合性単量体中に分散させた後に他の組成物と混合してもよいし、全ての組成物を混合した後に分散させてもよい。
重合性単量体および着色剤を含む重合性単量体組成物を調製する。着色剤は予め媒体撹拌ミルなどで重合性単量体中に分散させた後に他の組成物と混合してもよいし、全ての組成物を混合した後に分散させてもよい。
(造粒工程)
無機分散安定剤を含む水系媒体に重合性単量体組成物を投入し、分散させることにより造粒し、水系媒体中に重合性単量体組成物の粒子を形成することによって重合性単量体組成物の分散液を得る。造粒工程は例えば高剪断力を有する撹拌機を設置した竪型撹拌槽で行うことができる。高剪断力を有する撹拌機としては特に限定されるものではないが、例えば、以下の如き市販のものを用いることができる。ハイシェアミキサー(IKA社製)、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)、T.K.フィルミックス(プライミクス(株)製)、クレアミックス(エム・テクニック(株)製)。
無機分散安定剤を含む水系媒体に重合性単量体組成物を投入し、分散させることにより造粒し、水系媒体中に重合性単量体組成物の粒子を形成することによって重合性単量体組成物の分散液を得る。造粒工程は例えば高剪断力を有する撹拌機を設置した竪型撹拌槽で行うことができる。高剪断力を有する撹拌機としては特に限定されるものではないが、例えば、以下の如き市販のものを用いることができる。ハイシェアミキサー(IKA社製)、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)、T.K.フィルミックス(プライミクス(株)製)、クレアミックス(エム・テクニック(株)製)。
無機分散安定剤としては、例えば、以下のもの等を挙げることができる。炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸バリウム、リン酸亜鉛等のリン酸金属塩;硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩;水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化第二鉄の金属水酸化物。これらは、単独、あるいは2種類以上を組み合わせて使用することができる。これらは、水系媒体中に微粒子として存在することにより分散安定剤としての機能を発揮する。
(重合工程)
上述のようにして得られた重合性単量体組成物の分散液を重合工程に導入することにより、トナー粒子の分散液を得る。本発明における重合工程には、温度調節可能な一般的な撹拌槽を用いることができる。
上述のようにして得られた重合性単量体組成物の分散液を重合工程に導入することにより、トナー粒子の分散液を得る。本発明における重合工程には、温度調節可能な一般的な撹拌槽を用いることができる。
重合温度は40℃以上、一般的には50~90℃である。重合温度は終始一定でもよいが、所望の分子量分布を得る目的で重合工程後半に昇温してもよい。撹拌に用いられる撹拌羽根はトナー用原料の分散液を滞留させることなく浮遊させ、かつ槽内の温度を均一に保てるようなものならばどのようなものを用いても良い。撹拌羽根又は撹拌手段としては、以下のものなどが挙げられる。パドル翼、傾斜パドル翼、三枚後退翼、プロペラ翼、ディスクタービン翼、ヘリカルリボン翼及びアンカー翼のごとき一般的な撹拌羽根、並びに、「フルゾーン」(神鋼環境ソリューション(株)製)、「ツインスター」(神鋼環境ソリューション(株)製)、「マックスブレンド」(住友重機械工業(株)製)、「スーパーミックス」(佐竹化学機械工業(株)製)及び「Hi-Fミキサー」(綜研化学(株)製)。
(有機揮発成分の除去工程)
重合工程で得られたトナー粒子の分散液中にある未反応の重合性単量体や副生成物等の揮発性不純物を除去することができる。有機揮発成分の除去工程は常圧もしくは減圧下で行うことができ、所望の濃度まで有機揮発成分を除去できる種々の除去方法を用いることができる。
重合工程で得られたトナー粒子の分散液中にある未反応の重合性単量体や副生成物等の揮発性不純物を除去することができる。有機揮発成分の除去工程は常圧もしくは減圧下で行うことができ、所望の濃度まで有機揮発成分を除去できる種々の除去方法を用いることができる。
(洗浄工程、固液分離工程)
トナー粒子の表面に付着した分散安定剤を除去する目的で、トナー粒子の分散液を酸またはアルカリで処理をすることもできる。この後、一般的な固液分離法によりトナー粒子は液相と分離されるが、酸またはアルカリおよびそれに溶解した分散安定剤成分を完全に取り除くため、再度、水を添加してトナー粒子を洗浄する。この洗浄工程を何度か繰り返し、十分な洗浄が行われた後に、再び固液分離して湿潤トナー粒子を得る。
トナー粒子の表面に付着した分散安定剤を除去する目的で、トナー粒子の分散液を酸またはアルカリで処理をすることもできる。この後、一般的な固液分離法によりトナー粒子は液相と分離されるが、酸またはアルカリおよびそれに溶解した分散安定剤成分を完全に取り除くため、再度、水を添加してトナー粒子を洗浄する。この洗浄工程を何度か繰り返し、十分な洗浄が行われた後に、再び固液分離して湿潤トナー粒子を得る。
(乾燥工程)
得られた湿潤トナー粒子は、含まれる水および水系媒体を除去し乾燥することができる。一般的な乾燥工程としては、真空乾燥、流動層乾燥、気流式乾燥等、種々の乾燥方式を用いることができる。
得られた湿潤トナー粒子は、含まれる水および水系媒体を除去し乾燥することができる。一般的な乾燥工程としては、真空乾燥、流動層乾燥、気流式乾燥等、種々の乾燥方式を用いることができる。
本発明においては、乾燥で使用する熱媒体によるトナー性能の劣化を抑制するために、気体の吹込み口として第一吹込み口と第二吹込み口とを備えたループ型気流式乾燥機が用いられる。
ループ型気流式乾燥機としては、例えば図1に示すループ型気流式乾燥機4には、吐出ブロア1より供給される気体を、気体加熱装置2にて加熱して供給する。供給された気体は、第一吹込み口10および第二吹込み口12よりループ型の乾燥管8に送られる。第一吹込み口10および第二吹込み口12の風量を任意に調整するためには、風量調整バルブ3の開度により調整されることが好ましい。
湿潤トナー粒子は、湿潤トナー粒子供給ホッパー5に具備されるフィーダーより定量的に供給され、乾燥管8を循環している気体に合流する。湿潤トナー粒子は気体とともに循環することで湿潤トナー粒子は乾燥され、排出口13から乾燥管8の系外へ送られる。
投入口7は、投入管6と乾燥管8あるいは第一吹込み管9が接合する部位で形成される開口部のことを言う。投入管6に第一吹込み管9が接合されている場合、投入口7は投入管の開口部であり、図3の点線で示す部分である。湿潤トナー粒子を投入する投入口7は、乾燥管8および第一吹込み管9に対して任意の位置に具備することができ、第一吹込み管9が接合する位置に具備されることがより好ましい。図1のように投入口7が第一吹込み9に接合される場合、第一吹込み管9から乾燥管内へ吹き込まれる気体の流れに湿潤トナー粒子が追従することで、乾燥管内部への衝突が生じにくくなる。
乾燥管8は湿潤トナー粒子が周回する管体である。乾燥管8の形状は特に限定されないが、進行方向を変える部分においては曲率をもった形状で構成されることが好ましい。
第一吹込み口10は、第一吹込み管9と乾燥管8が接合する部位で形成される開口部のことを言う。第一吹込み口10は第二吹込み口12よりも小さな風速で気体を供給し、乾燥管内部へのトナーの衝突を抑制しながら乾燥熱量を与えるために具備される。この第一吹込み口10は第二吹込み口12よりも湿潤トナー粒子の搬送経路14(図3)に対して上流側に位置しており、乾燥管8に対して図1および図2のような位置に具備することができるが、これに限定されるものではない。ただし、第一吹込み口10から供給される気体は、図1のように乾燥管8に吹き込まれる前に湿潤トナー粒子を含んでいることがより好ましい。
第二吹込み口12は、第二吹込み管11と乾燥管8が接合する部位で形成される開口部のことを言う。第二吹込み口12は第一吹込み口10よりも大きな風速で気体を供給し、乾燥管内を湿潤トナー粒子が循環する推進力与え、効率的に乾燥するために具備される。この第二吹込み口12は第一吹込み10よりも湿潤トナー粒子の搬送経路14に対して下流側に位置しており、乾燥管に対して図1および図2のような位置に具備することができるが、これに限定されるものではない。
排出口13は、排出管と乾燥管8が接合する部位で形成される開口部のことを言う。
上記のような構成のループ型気流式乾燥機を用いる本発明においては、湿潤トナー粒子の乾燥中に、乾燥管内に湿潤トナー粒子が過度に衝突しない循環速度を維持させる。
気流式乾燥は連続で処理が行われるため処理効率としては非常に有用である一方、湿潤トナー粒子を解砕や搬送、乾燥させるために速度の大きい乾燥気体が使用される。また、湿潤トナー粒子は乾燥気体の吹込み口を通過した直後に最も速度が加わる。このような速度が大きいことで乾燥管内部壁面に衝突してしまい、その際にトナーが融着してしまう。ここでの衝突速度を緩やかにすることが、融着を引き起こさないために重要であるが、単に乾燥気体の速度を小さくすると、乾燥熱量が不足し乾燥効率を低下させてしまう。
本発明は従来の乾燥気体の吹込み口の上流側に新たな吹込み口を用意することで、乾燥気体の速度を小さくしながらも不足する乾燥熱量を補うことができる。そのため、乾燥効率は低下させずに、衝突による融着を抑制することが可能となる。
本発明において、第一吹込み口(図1では符号10)から供給される気体の風速Aは4.5m/s以上14.5m/s以下である。第一吹込み口から供給される気体の風速Aが4.5m/s以上であれば、乾燥管を循環するのに必要な風速を与えることができ、乾燥効率の低下が防げる。ただし、4.5m/s未満であった場合、第一吹込み口からの速度が遅すぎることで吹込み口へ湿潤トナー粒子が逆流し、乾燥処理ができなくなる。第一吹込み口から供給される気体の風速Aが14.5m/s以下であれば、乾燥管内部の風速を段階的に速めることができ、乾燥管内部の壁面にトナーが衝突しにくくなり、融着を抑制することができる。
本発明において、第二吹込み口(図1では符号12)から供給される気体の風速は19.0m/s以上38.5m/s以下である。第二吹込み口から供給される気体の風速が19.0m/s以上であれば、乾燥管を循環するのに必要な風速を与えることができ、乾燥効率の低下が防げる。第二吹込み口から供給される気体の風速が38.5m/s以下であれば、乾燥管内部の風速が十分に小さいことで乾燥管内部の壁面にトナーが衝突しにくくなり、融着を抑制することができる。
本発明において、第一吹込み口から供給される気体の風量C、該第二吹込み口から供給される気体の風量Dとしたときに下記式を満たす。
0.20≦ C/(C+D)≦0.60
0.20≦ C/(C+D)≦0.60
C/(C+D)が0.20以上であれば、風速が大きすぎない気体を吹き込むことで、乾燥管内部の融着を抑制することができる。また、更には0.40以上であることがより好ましい。C/(C+D)が0.60以下であれば、乾燥管内の循環流が乱されることが抑制できるため、排出部における誤回収がなく、乾燥トナー粒子の含水率を低い水準に保つことが可能となる。
本発明において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気流(気体)の温度は60℃以上80℃以下であることがより好ましい。吹込み口から供給される気体の温度が60℃以上であれば、十分な熱量を湿潤トナー粒子に与えることができ、乾燥効率を高めることができる。吹込み口から供給される気体の温度が80℃以下であれば、トナーが熱的に弱くなることなく乾燥できることにより、融着が防ぐことができる。
本発明において、第二吹込み口は複数あることがより好ましい。第二吹込み口が複数具備されていることで、局所的に風速を高めることがないため、乾燥配管内の速度分布をより均一にすることができる。そのため、融着の抑制および乾燥効率を高められる。また、第一吹込み口に関しても複数あってもよい。
本発明において、トナー粒子のガラス転移温度(Tg)は40℃以上であることがより好ましい。トナー粒子のTgが40℃以上であることで、乾燥中のトナーが溶融することなく乾燥できるため、乾燥配管内部の融着を防ぐことができる。
(分級工程)
こうして得られたトナー粒子は従来の粉砕法トナーと比較して十分シャープな粒度を有するものであるが、さらにシャープな粒度を要求される場合には風力分級機などで分級を行うことにより、所望の粒度分布から外れる粒子を分別して取り除くこともできる。
こうして得られたトナー粒子は従来の粉砕法トナーと比較して十分シャープな粒度を有するものであるが、さらにシャープな粒度を要求される場合には風力分級機などで分級を行うことにより、所望の粒度分布から外れる粒子を分別して取り除くこともできる。
次に、上述したようなトナーの製造に用いられるトナーの構成材料について説明する。
<重合性単量体>
本発明のトナーに好適に用いられる重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体が挙げられる。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性のものまたは多官能性のものを使用することができる。単官能性重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
本発明のトナーに好適に用いられる重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体が挙げられる。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性のものまたは多官能性のものを使用することができる。単官能性重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、ο-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレンの如きスチレン誘導体類;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレートの如きアクリル系モノマー類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体類;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルの如きビニルエステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンの如きビニルケトン類。
多官能性重合性単量体としては、以下のものが挙げられる。ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’-ビス(4-(アクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル。
本発明においては、上記した単官能性重合性単量体を単独、あるいは2種以上組み合わせて、または上記した単官能性重合性単量体と多官能性重合性単量体を組み合わせて使用する。上述の単量体の中でもスチレンまたはスチレン誘導体を単独もしくは混合して、またはそれらとほかの単量体と混合して使用することがトナーの現像特性及び耐久性などの点から好ましい。
<着色剤>
本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料または染料、無機顔料が挙げられる。
本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料または染料、無機顔料が挙げられる。
シアン系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が利用できる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66。
マゼンタ系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、以下のものが挙げられる。
縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントレッド23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254。
イエロー系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、縮合アゾ化合物、イソイン ドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、111、120、127、128、129、147、、154、155、168、174、175、176、180、181、191、194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、及び、上記イエロー系/マゼンタ系/シアン系着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。
該着色剤は、好ましくは結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下添加して用いられる。
着色剤を選択する上で、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要がある。特に染料やカーボンブラックは重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。好ましくはこれらに表面改質、例えば重合阻害のない物質による疎水化処理を施しておいたほうが良い。染料を表面処理する方法としては、予めこれら染料の存在下に重合性単量体を重合させる方法が挙げられ、得られた着色重合体を重合性単量体組成物等トナー用原料に添加する。さらにカーボンブラックについては上記染料と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、例えばポリオルガノシロキサンでグラフト処理を行ってもよい。
<離型剤>
本発明で用いられる離型剤としては、室温で固体状態のワックスがトナーの耐ブロッキング性、多数枚耐久性、低温定着性、耐オフセット性の点でよい。
本発明で用いられる離型剤としては、室温で固体状態のワックスがトナーの耐ブロッキング性、多数枚耐久性、低温定着性、耐オフセット性の点でよい。
ワックスとしては以下のものが挙げられる。パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如きポリメチレンワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、長鎖アルコール、エステルワックス及びこれらのグラフト化合物、及びこれらのブロック化合物。これらは低分子量成分が除去されており、示差走査熱量計によって得られる吸熱曲線の最大吸熱ピークがシャープなものが好ましい。OHPに定着した画像の透光性を向上させるためには特に直鎖状エステルワックスが好適に用いられる。直鎖状エステルワックスは重合性単量体100質量部に対して1質量部以上40質量部以下、より好ましくは4質量部以上30質量部以下で含有されるのがよい。
本発明においては、トナー粒子の可塑性を増し、低温領域での定着性をよくするために、融点が80℃より小さい第2の離型剤を併用することができる。第2の離型剤としては炭素数15~100個の直鎖状のアルキルアルコール、直鎖状脂肪酸、直鎖状酸アミド、直鎖状エステルあるいはモンタン系誘導体のワックスが好ましく用いられる。これらのワックスから液状脂肪酸の如き不純物を予め除去してあるものはより好ましい。
<荷電制御剤>
本発明により製造されるトナーは荷電制御剤を含有してもよい。荷電制御剤としては公知のものが利用できる。例えばトナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ系染料金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類。さらに、以下のものが挙げられる。尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、ケイ素化合物、スチレン-アクリル酸共重合体、スチレン-メタクリル酸共重合体、スチレン-アクリル-スルホン酸共重合体、非金属カルボン酸系化合物。
本発明により製造されるトナーは荷電制御剤を含有してもよい。荷電制御剤としては公知のものが利用できる。例えばトナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ系染料金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類。さらに、以下のものが挙げられる。尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、ケイ素化合物、スチレン-アクリル酸共重合体、スチレン-メタクリル酸共重合体、スチレン-アクリル-スルホン酸共重合体、非金属カルボン酸系化合物。
トナーを正荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物;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の如き4級アンモニウム塩;ホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、またはフェロシアン化物)、高級脂肪酸の金属塩。これらを単独でまたは2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも4級アンモニウム塩の如き荷電制御剤が特に好ましく用いられる。
これらの荷電制御剤は重合性単量体100質量部に対して0.01質量部以上20質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上10質量部以下使用するのがよい。
<重合開始剤>
本発明に用いることができる重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤がある。アゾ系重合開始剤としては以下のものが挙げられる。2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスメチルブチロニトリル。
本発明に用いることができる重合開始剤としては、アゾ系重合開始剤がある。アゾ系重合開始剤としては以下のものが挙げられる。2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスメチルブチロニトリル。
また、有機過酸化物系重合開始剤を用いることもできる。有機過酸化物系重合開始剤としては以下のものが挙げられる。ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4-ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert-ブチル-パーオキシピバレート。
また、酸化性物質と還元性物質を組み合わせたレドックス系重合開始剤を用いることもできる。酸化性物質としては過酸化水素、過硫酸塩(ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩など)の無機過酸化物、4価のセリウム塩の如き酸化性金属塩が挙げられる。還元性物質としては還元性金属塩(2価の鉄塩、1価の銅塩、3価のクロム塩)、アンモニア、低級アミン(メチルアミン、エチルアミンの如き炭素数1~6のアミン)、ヒドロキシルアミン等のアミノ化合物、チオ硫酸ナトリウム、ナトリウムハイドロサルファイト、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートの如き還元性硫黄化合物、低級アルコール(炭素数1~6)、アスコルビン酸又はその塩、および低級アルデヒド(炭素数1~6)。重合開始剤は10時間半減期温度を参考に選択され単独又は混合して利用される。該重合開始剤の添加量は目的とする重合度により変化するが、一般的には重合性単量体100質量部に対し0.5質量部以上20質量部以下が添加される。
<架橋剤>
本発明には各種架橋剤を用いることもできる。架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、4,4’-ジビニルビフェニル、ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート。
本発明には各種架橋剤を用いることもできる。架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、4,4’-ジビニルビフェニル、ヘキサンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート。
<結着樹脂>
溶解懸濁法等で用いられる結着樹脂としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、例えばスチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα-メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、などの単独重合体、又は共重合体などが挙げられる。
溶解懸濁法等で用いられる結着樹脂としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、例えばスチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα-メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、などの単独重合体、又は共重合体などが挙げられる。
前記スチレン又はその置換体の重合体としては、例えば、ポリスチレン、ポリp-クロロスチレン、ポリビニルトルエン、等が挙げられる。前記スチレン系共重合体としては、例えば、スチレン-p-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-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、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、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-α-クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸エステル共重合体、等が挙げられる。
特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン-アクリル酸アルキル共重合体、スチレン-メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<外添剤>
本発明の製造方法では、トナーへの各種特性付与を目的として外添剤を使用することができる。外添剤はトナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。外添剤としては、以下のものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化錫、酸化亜鉛の如き金属酸化物;窒化ケイ素の如き窒化物;炭化物炭化ケイ素の如き炭化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムの如き無機金属塩;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムの如き脂肪酸金属塩;カーボンブラック、シリカ。
本発明の製造方法では、トナーへの各種特性付与を目的として外添剤を使用することができる。外添剤はトナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。外添剤としては、以下のものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化錫、酸化亜鉛の如き金属酸化物;窒化ケイ素の如き窒化物;炭化物炭化ケイ素の如き炭化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムの如き無機金属塩;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムの如き脂肪酸金属塩;カーボンブラック、シリカ。
これら外添剤はトナー粒子100質量部に対し0.01質量部以上10質量部以下が用いられ、好ましくは0.05質量部以上5質量部以下が用いられる。外添剤は単独で用いても、また複数併用しても良いがそれぞれ疎水化処理を行ったものがより好ましい。
<磁性材料>
本発明の製造方法は、磁性材料を含有する磁性トナーの製造にも適用でき、トナーに含有される磁性材料は着色剤の役割を兼ねることもできる。本発明において、磁性トナー中に含まれる磁性材料としてはマグネタイト、ヘマタイト、フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物。
本発明の製造方法は、磁性材料を含有する磁性トナーの製造にも適用でき、トナーに含有される磁性材料は着色剤の役割を兼ねることもできる。本発明において、磁性トナー中に含まれる磁性材料としてはマグネタイト、ヘマタイト、フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物。
これらの磁性体は体積平均粒径(Dv)が0.5μm以下、好ましくは0.1~0.5μmのものがよい。
磁性体の体積平均粒径(Dv)は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用い、1万倍ないしは4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体の投影面積に等しい円の相当径を求め、それをもとに体積平均粒径の算出を行う。
上記磁性体のトナー中への含有量は、重合性単量体100質量部に対して20質量部以上200質量部以下、特に好ましくは40質量部以上150質量部以下がよい。
また、上記磁性体の800kA/m印加時の磁気特性が、飽和磁化(σs)50~200Am2/kg、残留磁化(σr)2~20Am2/kgのものが好ましい。磁性体の磁気特性は、振動型磁力計VSM P-1-10(東英工業(株)製)を用いて、25℃の室温にて外部磁場79.6kA/mで測定する。
さらに、トナー粒子中でのこれらの磁性体の分散性を向上させるために、磁性体の表面を疎水化処理することも好ましい。疎水化処理にはシランカップリング剤やチタンカップリング剤などのカップリング剤類が用いられる。中でもシランカップリング剤が好ましく用いられる。シランカップリング剤としては以下のものが挙げられる。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n-ヘキサデシルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリメトキシシラン。
<現像剤>
本発明により製造されるトナーは、前述したように、一成分及び二成分系現像剤のいずれとしても使用できる。
本発明により製造されるトナーは、前述したように、一成分及び二成分系現像剤のいずれとしても使用できる。
一成分系現像剤として磁性体をトナー中に含有させた磁性トナーの場合には、現像スリーブ中に内蔵されたマグネットを利用して磁性トナーを搬送したり帯電したりする方法が用いられる。また、磁性体を含有しない非磁性トナーを用いる場合には、ブレード及びファーブラシを用い現像スリーブにて強制的に摩擦帯電しスリーブ上にトナーを付着させることで搬送させる方法がある。
本発明の製造方法により得られるトナーを、二成分系現像剤として用いる場合には、トナーと共にキャリアを用い現像剤として使用する。本発明に使用されるキャリアとしては特に限定されるものではないが、主として鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガンおよびクロム原子からなる単独または複合フェライト状態で構成される。
飽和磁化、電気抵抗を広範囲にコントロールできる点からキャリア形状も重要であり、たとえば球状、扁平、不定形を選択し、更にキャリア表面状態の微細構造たとえば表面凹凸性をもコントロールすることが好ましい。一般的には上記金属の化合物を焼成、造粒することにより、あらかじめキャリアコア粒子を生成した後、樹脂をコーティングする方法が用いられている。キャリアのトナーへの負荷を軽減する意味合いから、金属化合物と樹脂を混練後、粉砕、分級して低密度分散キャリアを得る方法がある。さらには直接金属化合物と重合性単量体との混練物を水系媒体中にて懸濁重合させて真球状に分散した重合キャリアを得る方法も利用することも可能である。
キャリアの粒径の測定は、シンパテック(SYNPATEC)社製で乾式分散機(ロドス<RODOS>)を備えたレーザー回折式粒度分布測定装置(へロス<HELOS>)を用いてキャリアの体積基準の50%平均粒径として測定する。
これらキャリアの体積基準の50%平均粒径は10~100μm、より好ましくは20~50μmであることが好ましい。
二成分系現像剤を調製する場合のキャリアと本発明におけるトナーとの混合比率は現像剤中のトナー濃度として2~15質量%、好ましくは4~13質量%である。かかる範囲とすると通常良好な結果が得られる。
実施例における含水率とガラス転移温度の測定は、次に記載の方法に則して行ったものである。
<含水率の測定>
含水率は、トナー粒子5gをアルミ皿に採取し、それを精秤(A[g])し、温度105℃に設定した乾燥機に1時間静置し、冷却後に精秤(B[g])し、以下の式で計算した値である。
含水率[%]=((A-B)/A)×100
含水率は、トナー粒子5gをアルミ皿に採取し、それを精秤(A[g])し、温度105℃に設定した乾燥機に1時間静置し、冷却後に精秤(B[g])し、以下の式で計算した値である。
含水率[%]=((A-B)/A)×100
<トナー粒子のガラス転移温度(Tg)の測定>
ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instr uments社製)を用いてASTM D3418-82に準じて測定した。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いた。具体的には、トナー粒子約3mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定範囲30~200℃の間で、昇温速度10℃/分で測定を行った。この昇温過程で、温度40℃~100℃の範囲において比熱変化が得られた。比熱変化が出る前のベースラインを延長した直線を第1の直線とし、比熱変化が出た後のベースラインを延長した直線を第2の直線とし、第1の直線と第2の直線とから縦軸方向に等距離にある直線を第3の直線とした。第3の直線と、示差熱曲線の階段状変化部分との交点の温度(いわゆる、中間点ガラス転移温度)をトナー粒子のガラス転移温度Tgとした。
ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instr uments社製)を用いてASTM D3418-82に準じて測定した。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いた。具体的には、トナー粒子約3mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定範囲30~200℃の間で、昇温速度10℃/分で測定を行った。この昇温過程で、温度40℃~100℃の範囲において比熱変化が得られた。比熱変化が出る前のベースラインを延長した直線を第1の直線とし、比熱変化が出た後のベースラインを延長した直線を第2の直線とし、第1の直線と第2の直線とから縦軸方向に等距離にある直線を第3の直線とした。第3の直線と、示差熱曲線の階段状変化部分との交点の温度(いわゆる、中間点ガラス転移温度)をトナー粒子のガラス転移温度Tgとした。
本発明を以下に示す実施例により具体的に説明する。すなわち、湿潤トナー粒子を作製し、得られた湿潤トナー粒子を所定の条件下で乾燥する乾燥手段に供する実施例を示す。
〔湿潤トナー粒子1の作製〕
下記の手順によって湿潤トナー粒子1を製造した。
下記の手順によって湿潤トナー粒子1を製造した。
(顔料分散組成物の調製工程)
スチレン23.0質量部に対して、C.I.ピグメントイエロー155を1.88質量部、荷電制御剤(ボントロンE88;オリエント化学工業(株)製)を0.58質量部用意した。これらを、アトライタ(日本コークス工業(株)製)に導入し、半径5.00mmのジルコニアビーズを用いて200rpmにて温度25℃で300分間撹拌を行い、顔料分散組成物を調製した。
スチレン23.0質量部に対して、C.I.ピグメントイエロー155を1.88質量部、荷電制御剤(ボントロンE88;オリエント化学工業(株)製)を0.58質量部用意した。これらを、アトライタ(日本コークス工業(株)製)に導入し、半径5.00mmのジルコニアビーズを用いて200rpmにて温度25℃で300分間撹拌を行い、顔料分散組成物を調製した。
(着色剤含有組成物の調製工程)
下記材料を同一容器内に投入しT.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)を用いて、周速20m/秒にて混合・分散した。
・顔料分散組成物 25.02質量部
・スチレン 11.51質量部
・n-ブチルアクリレート 13.42質量部
・ポリエステル樹脂 1.92質量部
・スチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル-αメチルスチレン共重合体
5.75質量部(スチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル/αメチルスチレン=80.85/2.50/1.65/15.0、Mp=19,700、Mw=7,900、TgB=96℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)
・スルホン酸基含有樹脂(アクリベースFCA-1001-NS、藤倉化成(株)製)
0.05質量部
更に、60℃に加温した後、離型剤として融点が75℃のマイクロクリスタリンワックス(Hi-Mic-2065;日本精蝋(株)製)4.79質量部を投入し、30分間分散・混合を行った。そして、重合開始剤2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)4.31質量部を溶解し、着色剤含有組成物を調製した。
下記材料を同一容器内に投入しT.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)を用いて、周速20m/秒にて混合・分散した。
・顔料分散組成物 25.02質量部
・スチレン 11.51質量部
・n-ブチルアクリレート 13.42質量部
・ポリエステル樹脂 1.92質量部
・スチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル-αメチルスチレン共重合体
5.75質量部(スチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル/αメチルスチレン=80.85/2.50/1.65/15.0、Mp=19,700、Mw=7,900、TgB=96℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)
・スルホン酸基含有樹脂(アクリベースFCA-1001-NS、藤倉化成(株)製)
0.05質量部
更に、60℃に加温した後、離型剤として融点が75℃のマイクロクリスタリンワックス(Hi-Mic-2065;日本精蝋(株)製)4.79質量部を投入し、30分間分散・混合を行った。そして、重合開始剤2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)4.31質量部を溶解し、着色剤含有組成物を調製した。
(水系分散媒体の調製工程)
造粒タンクにイオン交換水129.71質量部、リン酸ナトリウム12水和物2.51質量部、10質量%塩酸1.13質量部を添加しリン酸ナトリウム水溶液を作製し、60℃に加温した。イオン交換水10.20質量部に塩化カルシウム2水和物1.46質量部を溶解し塩化カルシウム水溶液を得た。前述のリン酸ナトリウム水溶液に塩化カルシウム水溶液を添加し、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)を用いて周速25m/秒にて30分間撹拌した。
造粒タンクにイオン交換水129.71質量部、リン酸ナトリウム12水和物2.51質量部、10質量%塩酸1.13質量部を添加しリン酸ナトリウム水溶液を作製し、60℃に加温した。イオン交換水10.20質量部に塩化カルシウム2水和物1.46質量部を溶解し塩化カルシウム水溶液を得た。前述のリン酸ナトリウム水溶液に塩化カルシウム水溶液を添加し、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)を用いて周速25m/秒にて30分間撹拌した。
(造粒工程)
水系分散媒体中に着色剤含有組成物を投入し、温度60℃、窒素雰囲気下において、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)にて周速25m/秒で20分間撹拌して着色剤含有組成物の分散液を得た。
水系分散媒体中に着色剤含有組成物を投入し、温度60℃、窒素雰囲気下において、T.K.ホモミクサー(プライミクス(株)製)にて周速25m/秒で20分間撹拌して着色剤含有組成物の分散液を得た。
(反応工程)
着色剤含有組成物の分散液を別のタンクに移し、パドル撹拌翼で撹拌しつつ温度70℃(反応温度)に昇温し4時間反応させた。その後、更に85℃に昇温し、2時間反応させてトナー粒子の分散液を得た。
着色剤含有組成物の分散液を別のタンクに移し、パドル撹拌翼で撹拌しつつ温度70℃(反応温度)に昇温し4時間反応させた。その後、更に85℃に昇温し、2時間反応させてトナー粒子の分散液を得た。
(洗浄/濾過/工程)
有機揮発物質除去工程を経たトナー粒子の分散液を冷却後、塩酸を加えpHを1.4にし、2時間撹拌した。その後、トナー粒子の分散液を濾別し、ろ液と同量の水で水洗・濾過し湿潤トナー粒子1を得た。湿潤トナー粒子1の重量平均粒径は7.0μm、含水率は24%であった。
有機揮発物質除去工程を経たトナー粒子の分散液を冷却後、塩酸を加えpHを1.4にし、2時間撹拌した。その後、トナー粒子の分散液を濾別し、ろ液と同量の水で水洗・濾過し湿潤トナー粒子1を得た。湿潤トナー粒子1の重量平均粒径は7.0μm、含水率は24%であった。
〔湿潤トナー粒子2、3の作製〕
着色剤含有組成物の調製工程において、表1に示した相違点以外は湿潤トナー粒子1と同様の条件、方法により湿潤トナー粒子2、3を得た。
着色剤含有組成物の調製工程において、表1に示した相違点以外は湿潤トナー粒子1と同様の条件、方法により湿潤トナー粒子2、3を得た。
〔実施例1〕
(乾燥工程)
湿潤トナー粒子1の乾燥を図1に示す乾燥システムを用いて以下の条件で行い、トナー粒子1を得た。
・第一吹込み口から供給される風速A:10.0m/s
・第二吹込み口から供給される風速B:30.0m/s
・第一吹込み口から供給される風量Cと第二吹込み口から供給される風量Dの関係式C/(C+D):0.50
・気体温度:70℃
・第二吹込み口の数:3個
得られたトナー粒子1のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。
(乾燥工程)
湿潤トナー粒子1の乾燥を図1に示す乾燥システムを用いて以下の条件で行い、トナー粒子1を得た。
・第一吹込み口から供給される風速A:10.0m/s
・第二吹込み口から供給される風速B:30.0m/s
・第一吹込み口から供給される風量Cと第二吹込み口から供給される風量Dの関係式C/(C+D):0.50
・気体温度:70℃
・第二吹込み口の数:3個
得られたトナー粒子1のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。
乾燥工程の終了後、今回の条件に対する評価をするにあたって、含水率が1.0%未満のトナー粒子が得られた時の乾燥効率の評価を行った。乾燥効率の評価基準は以下の通りである。
A:70kg/h以上の供給量
B:60kg/h以上70kg/h未満の供給量
C:50kg/h以上60kg/h未満の供給量
D:50kg/h未満の供給量、あるいは含水率が1.0%以上
A:70kg/h以上の供給量
B:60kg/h以上70kg/h未満の供給量
C:50kg/h以上60kg/h未満の供給量
D:50kg/h未満の供給量、あるいは含水率が1.0%以上
更には、乾燥装置を分解し、内視鏡あるいは目視で乾燥管内部の融着状況を確認した。トナー融着の評価基準は以下の通りである。
A:付着無し
B:若干付着しているが、簡単に落とすことができる。
C:付着が多く、1mm以上1cm未満の厚みの融着物がある。
D:付着が堆積し、1cm以上の厚みの融着物がある。
A:付着無し
B:若干付着しているが、簡単に落とすことができる。
C:付着が多く、1mm以上1cm未満の厚みの融着物がある。
D:付着が堆積し、1cm以上の厚みの融着物がある。
評価結果は表3に示す。
〔実施例2、3〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが4.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子2を得た。また、気体の風速Aが14.3m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子3を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが4.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子2を得た。また、気体の風速Aが14.3m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子3を得た。
得られたトナー粒子2及び3のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例4、5〕
乾燥工程において、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが19.0m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子4を得た。また、気体の風速Bが38.4m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子5を得た。
乾燥工程において、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが19.0m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子4を得た。また、気体の風速Bが38.4m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子5を得た。
得られたトナー粒子4及び5のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例6、7〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.20となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子6を得た。また、関係式C/(C+D)が0.60となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子7を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.20となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子6を得た。また、関係式C/(C+D)が0.60となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子7を得た。
得られたトナー粒子6及び7のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例8、9〕
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を60℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子8を得た。また、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を80℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子9を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を60℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子8を得た。また、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を80℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子9を得た。
得られたトナー粒子8及び9のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例10、11〕
乾燥工程において、湿潤トナー粒子2を乾燥させたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子10を得た。また、湿潤トナー粒子3を乾燥させたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子11を得た。
乾燥工程において、湿潤トナー粒子2を乾燥させたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子10を得た。また、湿潤トナー粒子3を乾燥させたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子11を得た。
得られたトナー粒子10及び11のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例12、13〕
乾燥工程において、第二吹込み口の数が2個であること以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子12を得た。また、第二吹込み口の数が1個であること以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子13を得た。
乾燥工程において、第二吹込み口の数が2個であること以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子12を得た。また、第二吹込み口の数が1個であること以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子13を得た。
得られたトナー粒子12及び13のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例14〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.4となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子14を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.4となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子14を得た。
得られたトナー粒子14のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔実施例15〕
乾燥工程において、図2に示す乾燥システムを用いたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子15を得た。
乾燥工程において、図2に示す乾燥システムを用いたこと以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子15を得た。
得られたトナー粒子15のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔比較例1〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが4.2m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法で乾燥を行った。その結果、第一吹込み口に湿潤トナー粒子が逆流してしまい、トナー粒子を得ることができなかった。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが4.2m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法で乾燥を行った。その結果、第一吹込み口に湿潤トナー粒子が逆流してしまい、トナー粒子を得ることができなかった。
〔比較例2〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが14.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子16を得た。得られたトナー粒子16のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風速Aが14.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子16を得た。得られたトナー粒子16のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔比較例3、4〕
乾燥工程において、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが18.9m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子17を得た。また、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが38.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子18を得た。
乾燥工程において、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが18.9m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子17を得た。また、第二吹込み口から供給される気体の風速Bが38.6m/sとなる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子18を得た。
得られたトナー粒子17及び18のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔比較例5~7〕
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.00なる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子19を得た。また、関係式C/(C+D)が0.18となる条件にした以外は実施例1と同様の条件方法によりトナー粒子20を得た。さらに、関係式C/(C+D)が0.61となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子21を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口から供給される気体の風量Cと第二吹込み口から供給される気体の風量Dの関係式C/(C+D)が0.00なる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子19を得た。また、関係式C/(C+D)が0.18となる条件にした以外は実施例1と同様の条件方法によりトナー粒子20を得た。さらに、関係式C/(C+D)が0.61となる条件にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子21を得た。
得られたトナー粒子19~21のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔比較例8、9〕
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を59℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子22を得た。また、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を81℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子23を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を59℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子22を得た。また、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を81℃にした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子23を得た。
得られたトナー粒子22及び23のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
〔比較例10〕
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を81℃にして、湿潤トナーの供給量を80kg/hにした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子24を得た。
乾燥工程において、第一吹込み口および第二吹込み口から供給される気体の温度を81℃にして、湿潤トナーの供給量を80kg/hにした以外は実施例1と同様の条件と方法によりトナー粒子24を得た。
得られたトナー粒子24のガラス転移温度の測定結果を表2に、含水率を表3に示す。評価は実施例1と同様に行い、表3に示す。
1:吐出ブロア、2:気体加熱装置、3:風量調整バルブ、4:ループ型気流式乾燥機、5:湿潤トナー粒子供給ホッパー、6:投入管、7:投入口、8:乾燥管、9:第一吹込み管、10:第一吹込み口、11:第二吹込み管、12:第二吹込み口、13:排出口、14:湿潤トナー粒子の搬送経路
Claims (4)
- 水系分散媒体中で生成して得られる湿潤トナー粒子を、乾燥手段によって乾燥する工程を有するトナー粒子の製造方法であって、
該乾燥手段が、該湿潤トナー粒子を、ループ型乾燥管を循環している気流に供給し、乾燥させるループ型気流式乾燥機であり、
該ループ型気流式乾燥機が、
(i)ループ型の乾燥管と
(ii)該乾燥管に該湿潤トナー粒子を供給するための投入口と
(iii)該乾燥管から乾燥されたトナー粒子を排出するための排出口と
(iv)該乾燥管に気体を吹き込むための第一吹込み口と
(v)該乾燥管に気体を吹き込むための第二吹込み口と
を具備し、
該第一吹込み口が、該第二吹込み口よりも該湿潤トナー粒子の搬送経路に対して上流側に位置し、
該第一吹込み口から供給される気体の風速をA(m/s)とし、
該第二吹込み口から供給される気体の風速をB(m/s)とし、
該第一吹込み口から供給される気体の風量をC(m3/s)とし、
該第二吹込み口から供給される気体の風量をD(m3/s)としたときに、
該A、該B、該C及び該Dが、下記式(1)、(2)及び(3)を満たし、
該第一吹込み口および該第二吹込み口から供給される気流の温度が、60℃以上80℃以下である
ことを特徴とするトナー粒子の製造方法。
4.5≦A≦14.5 (1)
19.0≦B≦38.5 (2)
0.20≦C/(C+D)≦0.60 (3) - 前記C及び前記Dが、下記式(3)’を満たす請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
0.40≦C/(C+D)≦0.60 (3)’ - 前記ループ型気流式乾燥機が、前記第二吹込み口を複数具備する請求項1または2に記載のトナー粒子の製造方法。
- 該トナー粒子のガラス転移温度(Tg)が、40℃以上である請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
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---|---|---|---|
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