JP2688438B2 - ポリマー粒子の製造方法 - Google Patents
ポリマー粒子の製造方法Info
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Description
適しているポリマー粒子(又は粉末)の製造方法に関す
る。更に詳しくは本発明は、コントロールされた所定サ
イズ及びサイズ分布を有するトナー及び/又はキャリヤ
ー粒子の製造方法に関する。
リマーを溶剤に溶解し次いで該溶剤と混和性である非溶
剤を添加することによって溶剤から沈澱させる溶液方
法;溶融ポリマーを石鹸のような分散剤を含有する水溶
液に導入する分散液方法、及びポリマー粒子をポリマー
の非溶剤である液体に分散させ、該分散液を撹拌しなが
ら該ポリマーの融点以上で加熱し、次いで冷却して固形
化ポリマー粒子を回収することにより粉末を製造する方
法である該特許の請求の範囲に記載された発明を含むい
くつかの同様の技術などのポリマー粉末を製造する多く
の技術が開示されている。これらの技術はある特定の条
件下では有用であるが、これらは、全て、使用される水
又はその他の非溶剤の沸点よりもポリマー粒子の溶融温
度が高いので加圧容器が必要であるといったプロセス条
件で、又は界面活性剤もしくは類似物で被覆するといっ
た技術の終点での粒子化条件で不利益がある。このよう
な条件は、多くの応用での使用、特に所望の結果を達成
するために粒子が摩擦電気的に荷電される静電写真で使
用する場合に粒子を実用的でなくする。
混和性極性溶剤に溶解し、一般に乳化剤を使用して該溶
液を水中に乳化させ、該溶剤と混和性であるがポリマー
の非溶剤である水非混和性有機液体を添加し、そしてポ
リマー粒子を回収することにより固体ポリマーの小さい
粒子を製造する方法が教示されている。
剤でありポリプロピレンの酸変性ポリマーを含む非プロ
トン性液体中の結晶性ポリマーの流動混合物をポリマー
の結晶溶融点以上の温度で撹拌し、冷却し、そして非プ
ロトン性液体から固体粒子を回収することによって、結
晶性縮合型ポリマーの小さい球状粒子を製造する方法が
提供されている。これら最後の二つの方法は、それらが
粉末粒子を製造するために使用されるポリマーの種類、
又は方法で使用される種々の成分のための結果である粉
末化条件に関して制限されるという不利益がある。
ゲン化炭化水素溶剤に分散させ、混合溶液を水性媒体に
分散させ、そして溶剤を除去した後脱水し得られた粒子
を乾燥することによってトナーを製造する方法が開示さ
れている。
っても製造できる。懸濁重合に於て、モノマーの滴は水
溶液中に分散し、重合は各滴の中で起きる。固形化ポリ
マー粒子は系の残留物から分離される。「限定凝結」
(limited coalescence)といわれるこれらの技術を利
用する特許には、米国特許第2,934,530号、同第3,615,9
72号、同第2,932,629号及び同第4,314,932号などがあ
る。しかしながら、これらの方法は製造できるポリマー
の種類に関して制限される。
多くの方法、多分その最も単純なものは塊状ポリマー材
料を粉砕して適当な粒子サイズ及び/又は粒子サイズ分
布にする方法により製造される。この方法が不利である
ことは広く知られている。第一に、粒子は粉砕後に全体
的に不規則な形状をしており、意図した目的のために適
当ではなく、第二に、ある種のポリマー材料は強靭であ
るために粉砕ができない。そのため、ポリマーの種類又
はポリマーの物理的性質に関係なく、均一で所定のサイ
ズ及びサイズ分布のポリマー粉末を製造する方法を開発
する必要性がある。
液を形成し、ポリマー−溶剤溶液を、シリカ粒子を水相
とポリマー/溶剤滴との間の界面に移動させる促進剤
(以下、単に促進剤という)及び0.001μm〜1μmの
平均粒子サイズを有するシリカ粒子を含有する水中で、
存在するポリマー及び溶剤100g当り50重量%水中分散液
0.5〜21mlの濃度で、好ましくは、50重量%分散液、0.5
〜10ml/溶剤及びポリマー100gの量で存在するように分
散させ、該シリカが水不溶性固体粒子懸濁安定剤として
存在し、該分散液を高剪断作用に附して水中の滴の粒子
サイズを減少させ、このようにして形成されたポリマー
粒子から水非混和性溶剤及び固体シリカ粒子状懸濁安定
剤を除去し、そして、水相からポリマー粉末を回収する
ことにより、所定のサイズ及びサイズ分布のために、使
用されたポリマーの化学的性質に関係なく、トナー及び
/又はキャリヤー粒子を製造する方法を提供することに
よって、前記課題を解決する。
ゆる種類のポリマーからトナー及び/又はキャリヤーを
製造することを意図している。この方法により、得られ
る粒子のサイズ及びサイズ分布は、使用される特定のポ
リマー及び溶剤の相対量、水不溶性固体シリカ粒子懸濁
安定剤の量及びサイズ、並びに溶剤−ポリマー滴が使用
する撹拌によって減じられるサイズにより、所定通りコ
ントロールされる。かくして、溶剤中のポリマーの有機
溶液(但し、Aは溶剤中のポリマーの重量分率である)
に対して、半径R1の最初の粒子サイズに対し連続水相中
で高剪断により不連続の滴に減少される最終粒子の概略
半径R2は、式R2=3A1/3R1により計算される。最初の粒
子サイズは、添付の第1図にしたがって使用されたシリ
カ安定剤の濃度により定めることができる。本発明の方
法はトナー又はキャリヤー粒子の何れかに等しく適用す
ることができるが、本発明の記載を単純にする目的で、
以下、本明細書を通してトナー粒子についてのみ説明す
る。
ある或る量の溶剤に溶解する。溶剤の量は、与えられた
撹拌条件下で製造された粒子のサイズがその結果生じる
粉末粒子のサイズに影響を与えるので重要である。一般
的に溶剤中のポリマーのより高い濃度は、同じ溶剤中で
ポリマーのより低い濃度により製造されるものよりも、
より低い収縮度を有するより大きい粒子サイズの粉末粒
子を生成する。溶剤中のポリマーの濃度は、約1〜80重
量%、好ましくは約2〜60重量%にすべきである。電子
写真トナーを製造する際に、溶剤中のポリマーの濃度
は、一般的に、数平均分子量10,000及び重量平均分子量
200,000を有するポリエステル樹脂について10〜35重量
%に維持される。
子分散剤を水相と、系における撹拌により形成されるポ
リマー溶剤滴との間の界面に移動させる促進剤を含有す
る水溶液に導入する。この効果を達成するために、系の
pHを約2〜7、好ましくは約3〜6、そして最も好まし
くは4に調節することが一般的に望ましい。促進剤は、
ポリマー及び溶剤の重量基準で1〜約10%、好ましくは
約2〜7%の量で存在させるのが好ましい。形成される
滴のサイズは、系の剪断作用と使用される粒子分散剤の
量とに依存する。どの様な高剪断型撹拌装置も本発明の
方法に適用できるけれども、溶液中のポリマーはミクロ
フルッディクスマニュファクチュアリング(Microfluid
ics Manufacturing)により製造された型式No.110Tのよ
うなミクロ流動化機(microfluidizer)中で水相に導入
するのが好ましい。この装置で溶剤中のポリマー滴は、
高剪断撹拌域中で水相中で分散され、そのサイズが減少
し、この域から出ると溶剤中のポリマーの粒子サイズは
連続水相中の不連続相になる。それぞれの溶液中ポリマ
ー滴は、第1図に従って予定された限界内に、溶剤−ポ
リマー滴のサイズ及びサイズ分布の両者を制限し調節す
る固体分散剤により取り囲まれる。
溶剤滴の粒子サイズが定まる。次ぎに、例えば系全体を
加熱して溶剤を蒸発せしめ、SiO2粒子によって囲まれて
いる水溶液中に残留する不連続相滴から溶剤を除くなど
の、あらゆる適当な技術により溶剤を滴から除去する。
などの適当な技術により、又は水酸化カリウムのような
アルカリ剤をポリマー粒子を含有する水相に添加して撹
拌中にpHを少なくとも約12に上げることにより、SiO2分
散剤をポリマー粒子の表面から除去する。この方法は好
ましい。pHを上げシリカを溶解した後、ポリマー粒子を
濾過により回収し、最後に水又は薬剤で洗浄しその表面
から目的とする不純物を除去する。
に溶解し得るあらゆる種類のポリマーからのポリマート
ナー粒子の製造に適用でき、そのようなポリマーとして
は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソ
ブチレン、及びポリイソペンチレンのようなオレフィン
ホモポリマー及びコポリマー;ポリテトラフルオロエチ
レン及びポリトリフルオロクロロエチレンのようなポリ
フルオロオレフィン;ポリヘキサメチレンアジパミド、
ポリヘキサメチレンセバカミド、及びポリカプロラクタ
ムのようなポリアミド;ポリメチルメタクリレート、ポ
リメチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、及
びスチレン−メチルメタクリレートコポリマーのような
アクリル樹脂;エチレン−メチルアクリレートコポリマ
ー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、エチレ
ン−エチルメタクリレートコポリマー、ポリスチレン並
びにスチレンと上記不飽和モノマーとのコポリマー、セ
ルロースアセテート、セルロースアセテートブチレー
ト、セルロースプロピオネート、セルロースアセテート
プロピオネート、及びエチルセルロースのようなセルロ
ース誘導体;ポリカーボネートのようなポリエステル;
ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニルとのコポリマ
ー、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、エ
チレン−酢酸ビニルコポリマー、及びエチレン−ビニル
アルコールコポリマーのようなポリビニル樹脂;エチレ
ン−アリルアルコールコポリマー、エチレン−アリルア
セテートコポリマー、エチレン−アリルアセトンコポリ
マー、エチレン−アリルベンゼンコポリマー、エチレン
−アリルエーテルコポリマー、及びエチレン−アクリル
コポリマーのようなエチレン−アリルコポリマー;ポリ
オキシメチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリア
ミド、ポリカーボネートなどのような重縮合ポリマーな
どをあげることができる。
ル、塩化ビニル、MEK、トリクロロメタン、四塩化炭
素、エチレンクロライド、トリクロロエタン、トルエ
ン、キシレン、シクロヘキサノン、2−ニトロプロパン
などのような、該ポリマーを溶解し水と非混和性でもあ
るあらゆる適当な溶剤が、本発明の実施で使用できる。
本発明の実施で特に有用な溶剤は、多くのポリマーにと
って良溶剤であり同時に水と非混和性である理由で、ジ
クロロメタンである。更に、その揮発性は、蒸発により
不連続相滴から容易に除去されるようなものである。
約5〜35ナノメーター、最も好ましくは約10〜25ナノメ
ーターの寸法のものがよい。これらのサイズ及び濃度は
最終トナー粒子のサイズをコントロールして所定の値に
する。特に有用なシリカ分散剤はLudoxTMの名前でデュ
ポン社から販売されている。
るシリカ粒子について、シリカ粒子の濃度が増大するに
つれてポリマーと溶剤との滴のサイズが減少することが
示されている第1図を参照することができる。このよう
にして、このグラフ及び溶剤中のポリマーの濃度から、
最終トナーのサイズが合理的に予示できる。
ルボキシメチルセルロース、テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド又はクロライド、ジエチルアミノエチルメ
タクリレート、ジエタノールアミンとアジピン酸との水
溶性縮合生成物、この種の特に適当なものはポリ(アジ
ピン酸−共−メチルアミノエタノール)である、エチレ
ンオキシド、ホルムアルデヒド及びポリエチレンイミン
の水溶性縮合生成物のような水溶性複樹脂状アミン縮合
生成物のような、水溶性であり水性溶液中の固体分散剤
の親水性/疎水性バランスに影響する全ての適当な促進
剤が、固体分散剤をポリマー/溶剤滴−水界面に移動さ
せるために使用できる。また、ゼラチン、にかわ、カゼ
イン、アルブミン、グルテン、及び類似物も促進剤とし
て有効である。一般的に、促進剤は水性溶液100重量部
当り少なくとも約0.2重量部、好ましくは0.25〜約0.6重
量部の量で使用される。
広範囲に変えることができるが、しかしながら、ポリマ
ーの溶剤に対する比は、ポリマーと溶剤の一緒にした重
量の約1〜80重量%の量で変えることができ、溶剤中の
ポリマーの一緒にした重量は、使用する水の量に関して
約25〜50重量%の量で変えることができる。また、固体
分散剤のサイズ及び量は、固体分散剤の粒子のサイズに
依存し、所望のトナー粒子のサイズにも依存する。かく
して、ポリマー/溶剤滴のサイズが高剪断撹拌により一
層小さくされるとき、SiO2分散剤の量は粒子のコントロ
ールされない凝集を防ぐために、そして得られる粒子の
均一なサイズ及びサイズ分布を達成するために変化す
る。
を有する粒子が、本発明に従って製造できる。
ような広範囲の種々の染料及び顔料から選択された着色
剤のような、静電写真トナー中に一般に存在する種々の
添加剤が、溶剤に溶解される前のポリマー又は溶解工程
自体に添加できる。白黒電子写真複写機で使用されるト
ナーのために特に有用な着色剤はカーボンブラックであ
る。トナーの重量基準で約1〜30重量%の量で着色剤が
使用される。好ましくは約1〜8重量%の着色剤が使用
される。
い。適当な電荷調節剤は、例えば、米国特許第3,893,93
5号、同第4,079,014号、同第4,323,634号、英国特許第
1,501,065号、同第1,420,839号に開示されている。電荷
調節剤は、一般に、トナーの重量基準で約0.1〜3重量
%、好ましくは約0.2〜1.5重量%のような少量で使用さ
れる。
して適当な粉末も、本発明に従って製造できる。キャリ
ヤー粒子の製造に於て、例えば、最終的に溶解されるポ
リマーに、又は水と非混和性である溶剤にポリマーを溶
解する工程で、米国特許第4,546,060号、又は同第4,34
5,014号に開示されているもののような磁性物質を含ま
せることが望ましい。
2−プロパンジオール約95g及びグリセロール約5gから製
造した、10,000の数平均分子量及び約120,000の重量平
均分子量を有する分枝ポリエステルポリマー約80gを、
エストフィルブルー(Estofil Blue)顔料約5gと共にジ
クロロメタン約170g及びトルエン約86.7gに溶解した。
この溶液は約25重量%の固体含有量を有しており、顔料
含有量は全固体含有量の約6%であった。
ーのサイズを有するシリカ粒子10ml(この物質はデュポ
ン社から商標LudoxTMで販売されている)及びポリ(ア
ジピン酸−共−メチルアミノエタノール)の10%溶液約
3mlを含有する水懸濁液に添加した。ポリエステル溶液
を添加する前に、1規定の塩酸を添加することによって
水相のpHを約4に調整した。水性懸濁液にポリエステル
/溶剤有機相を添加して、系を直ちに、ブリンクマン
(Brinkmann)販売のポリトロン(Polytron)次いでミ
クロ流動化機を使用して剪断に附した。取り出して、開
放容器内で40℃で一夜撹拌することによって、このよう
にして形成された粒子から溶剤を除去した。形成された
粒子は2〜5μmの範囲の粒子サイズを有し、シリカ粒
子で被覆された全く球状のビーズであった。このビーズ
を水で、次いで、デュポン社から商標Zonyl FSNで販売
されている弗化炭化水素界面活性剤の1%溶液を含有す
る1規定水酸化ナトリウムで洗浄し、翌日シリカのない
ポリエステルポリマービーズを濾過により水酸化ナトリ
ウム溶液から回収し、水で洗浄し乾燥した。この粒子は
2〜5μmの範囲のサイズ分布を有し、電子写真トナー
として有用であった。
damine)3D沃化プロピル約30gをジクロロメタン約400g
に溶解し、固体の3%が顔料である20%固体溶液を得
た。ポリエステル及びローダミンを一夜混合し、粉砕す
ることによりジクロロメタンに溶解し、次いでこの溶液
をポリトロン、次いでミクロ流動化機を通過させて、水
約15,090ml、Ludox377ml及びポリ(アジピン酸−共−メ
チルアミノエタノール)の10%溶液113mlを含有する水
溶液に添加した。流下膜蒸発器を約4〜5回通してスラ
リーからジクロロメタンを除去し、形成されたポリマー
粒子を濾過により水から除去し、次いで1%Zonyl FSN
を添加した1規定水酸化カリウムで一夜洗浄した。一夜
処理後、粒子を水で繰り返し洗浄し、乾燥した。得られ
た粒子は均一であり、2μmの平均粒子サイズを有し、
静電トナー粒子として有用であった。
る80%スチレン−20%ブチルアクリレートコポリマー約
7gを溶解することにより有機相を調製し、そして一夜粉
砕することにより磁鉄鉱粒子約7gをジクロロメタン約80
gに分散させた。これは14%固体を含有する懸濁液とな
り、この有機相を、水約300ml、Ludox約2.5ml、及び1
規定塩酸を添加することにより予じめpH4に調節したポ
リ(アジピン酸−共−メチルアミノエタノール)の10%
溶液約0.75mlを含有する水性相に添加した。混合はポリ
トロンホモジナイザー中で行った。窒素を水性分散液中
に一夜バブルさせてジクロロメタンを有機相から除去
し、次いで得られた粒子を濾過により水相から除き、洗
浄し乾燥した。得られた粒子は3〜10μmの範囲のサイ
ズであり、5.9μmの数平均及び7.7μmの容積平均を有
していた。この粒子は単一成分磁性トナー粒子として有
用であった。
粒子約15g及びジクロロメタン約70gを使用して、有機相
を30%固体分散液として製造した他は、実施例3の方法
を繰り返した。次いでこの有機相を水性相と共に、前記
実施例と同じ方法でポリトロンミキサーを通し、流下膜
蒸発器中でジクロロメタンを水性相粒子から分離した。
粒子を濾過により水性相から分離し、洗浄し乾燥した。
得られた磁鉄鉱粒子を含有するスチレンブチルアクリレ
ートの磁性トナーは、4μmの数平均及び14μmの容積
平均を有する1〜10μmの範囲の粒子サイズを有してい
た。この粒子は静電トナー又はキャリヤー粒子として有
用であった。
5.8%の塩素を含有する塩素化ポリエチレン約10g及び磁
鉄鉱10gを、メチレンクロライド250g中で一夜粉砕し、
この分散有機相を水約200ml、酸化珪素粒子約5ml及びポ
リ(アジピン酸−共−メチルアミノエタノール)の10%
溶液約1.5mlを含有する水相に添加することによって製
造した。混合物をポリトロンホモジナイザーに通すこと
により高剪断を伴う迅速混合させ、窒素を混合物中に一
夜バブルさせてメチレンクロライドを除去した。粒子を
水相から分離するために濾過し、水で数回洗浄し乾燥し
た。得られた磁性キャリヤー粒子は4〜15μmの範囲の
粒子を含有し、7.5μmの数平均サイズ及び11.3μmの
容積平均サイズを有していた。
ビーズをマピコブラック(Mapicoblack)約20g及び80%
スチレン20%ブチルアクリレートコポリマー約20gをジ
クロロメタン約160g中に分散させることにより製造し
た。分散液を一夜粉砕してコポリマーの全部がジクロロ
メタン中に確実に溶解させた。次いでこの分散液100g
を、水約200ml、シリカ10ml及び1規定塩酸を添加する
ことにより予じめpH4に調節したポリ(アジピン酸−共
−メチルアミノエタノール)3mlから作られた水性相と
共に、ポリトロンホモジナイザーに通す。窒素を懸濁液
中に一夜バブルさせることにより、得られた有機粒子か
らジクロロメタンを除去した。得られた粒子を濾過によ
り水性相から除去し、水で洗浄し乾燥した。
トルエン20gとに下記成分を溶解させることによって静
電写真トナーを製造した。
3g、第3ブチルスチレン−共−2(N,N,N−トリメチル
アンモニウム)エチルメタクリレートパラトルエンスル
ホネート約0.5gを使用した。
規定塩酸を添加することにより予じめpH4に調節したポ
リ(アジピン酸−共−メチルアミノエタノール)10%溶
液1.5mlと共に、ポリトロン、次いでミクロ流動化機中
で混合し、開放容器内で環境条件下に一夜撹拌すること
によって、水溶液に含まれる得られた粒子から溶剤を除
去した。若し塊があれば、400メッシュの篩を通してふ
るい分けすることによって得られた粒子から除去する。
水中ゾニル(Zonyl)FSNの1%溶液の存在下で1規定水
酸化カリウム溶液で17時間洗浄してシリカを除去した。
この粒子は16μmの平均粒子サイズを有していた。
1−トリクロロエタンなどのような全ての適当なポリマ
ー溶剤が匹敵する量で使用できることが理解されるべき
である。
均一なサイズ及びサイズ分布を有するトナー及びキャリ
ヤーの両者を製造できる。
ーであるとき、シリカ粒子の濃度(ミリリットル/滴中
の有機物100g)の、本発明の方法により形成された溶剤
を含む最初のポリマー粒子のサイズ(μm)に対する関
係を示すグラフである。本明細書を通して、シリカ粒子
の濃度がmlで示される場合、mlの容積は、水中シリカ粒
子の50重量%分散液を意味する。
Claims (1)
- 【請求項1】ポリマーを水と非混和性であるポリマーの
溶剤に溶解して溶液を形成し、シリカ粒子を水相とポリ
マー/溶剤滴との間の界面に移動させる促進剤及び0.00
1μm〜1μmの平均粒子サイズを有するシリカ粒子を
含有する水中で該溶液の小滴の懸濁液を形成せしめ、該
滴から溶剤を除去し、そして水から固形化ポリマー粒子
を分離することを含んで成るポリマー粒子の製造方法。
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