JP3637611B2

JP3637611B2 - Method for producing toner composition

Info

Publication number: JP3637611B2
Application number: JP26913294A
Authority: JP
Inventors: 幹夫海野; 隆新卓
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JPH08129270A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子写真法、静電記録等において使用されるトナー組成物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機等で使用される現像剤は、その現像工程において、例えば静電荷像が形成されている感光体等の像担持体に一旦付着され、次に転写工程において感光体から転写紙に転写された後、定着工程においてコピー紙面に定着される。その際、潜像保持面上に形成される静電荷像を現像するための現像剤として、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤およびキャリアを必要としない一成分系現像剤（磁性トナー、非磁性トナー）が知られている。
該現像剤に含有されるトナーとしては、正荷電性トナーと負荷電性トナーがあり、従来より正荷電性トナーに帯電性を付与するものとしては、ニグロシン系染料、４級アンモニウム塩等、また負荷電性トナーに帯電性を付与するものとしては含金染料等の帯電制御剤やキャリアに所定の帯電性を付与するコーティング剤等が知られていた。
【０００３】
通常行われるトナー製造フローの一例を図１に示す。まず樹脂と着色剤等の材料を所定量配合、混合し、ニーダーで溶融混練し、冷却後粉砕し、分級する。更に、分級トナーと外添剤を攪拌、混合した後、粗大物を篩別し、容器に充填する。
従来、トナー性能を向上させる目的で混練技術に関する種々の提案がある。例えば、特開平６−１１８７１３号公報には押出機のシリンダー温度を規定することでトナーからの遊離する離型剤の発生を少なくするとの提案があり、特開平６−９５４３３号公報には押出機の（パドル全長）／Ｄ（スクリュ径）とニーディング部の位置を規定することで定着特性、現像性を良好にするとの提案があり、特開平５−３１３４１５号公報には混練工程におけるシリンダ温度もしくは主軸回転数によりトナー帯電立ち上がり速度を制御する提案があり、特開平６−１９４８７８号公報には押出機のシリンダー設定温度を吐出される混練物の最低温度Ｔ℃の±２０℃以内に設定することでトナー定着強度を向上させる提案がある。
【０００４】
しかしながら、従来の混練技術では十分なトナー性能が得られず問題があった。特に、近年では（ａ）複写機等の高速度化、ファーストコピー時間短縮化等に伴い使用されるバインダー樹脂のフロー軟化温度は定着面より低い温度に設計されるためにトナー製造時の混練工程でのトナー組成物の不均一化を引き起こしやすいこと、（ｂ）複写物の高画質化等に伴いトナーを小粒径化するためにトナー組成物の均一化が問題になること等から、より良いトナー製造技術が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の第１の目的はトナーの定着性能および画像濃度、カブリ等の画像特性に優れたトナーの製造方法を提供することにある。第２の目的はトナー中の添加物の分散が良く、均一な組成のトナー製造方法を提供することにある。第３の目的は温度、湿度等に対する環境依存性が少なく、高温でも貯蔵安定性に優れたトナーの製造方法を提供することにある。第４の目的は連続コピーした場合でも、画像特性、画像品質、帯電特性等が安定していて、耐久性能に優れたトナーの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが種々鋭意検討した結果、混練工程で用いる連続式押出機の第１ニーディング部の温度を特定することでトナー性能が改善できることを見出して、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は、少なくとも樹脂および着色剤からなるトナー原料を配合、混合した後、連続式押出機で混練し、次いで粉砕、分級するトナー組成物の製造方法において、連続式押出機はバレル部とスクリュを有し、該スクリュは少なくとも１つのニーディング部を有し、第１ニーディング部のバレル設定温度をＴａ（℃）、樹脂のフロー軟化温度をＴｍ（℃）、樹脂のガラス転移温度をＴｇ（℃）とするとき、Ｔｇ＜Ｔａ≦Ｔｍ−３０の関係を有することを特徴とするトナー組成物の製造方法に存する。また、本発明の他の要旨は、少なくとも樹脂および着色剤からなるトナー原料を配合、混合した後、連続式押出機で混練し、次いで粉砕、分級するトナー組成物の製造方法において、連続式押出機はバレル部とスクリュを有し、該スクリュは少なくとも１つのニーディング部を有し、第１ニーディング部のバレル設定温度をＴａ（℃）、樹脂のフロー軟化温度をＴｍ（℃）とするとき、Ｔｍ−５０≦Ｔａ≦Ｔｍ−３０の関係を有することを特徴とするトナー組成物の製造方法に存する。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる樹脂としてはトナーに適した公知の種類のものが使用できる。例えば、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−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およびスチレン−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およびスチレン−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およびスチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、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、ポリエステル樹脂（飽和、不飽和を含む）、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、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、ポリビニルブチラール樹脂、並びにポリカーボネート樹脂等があるが、本発明に用いるのに特に好ましい樹脂としてはスチレン系樹脂、ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂等を挙げることができる。また、上記樹脂は単独に使用するに限らず、２種以上併用することもできる。
【０００８】
本発明で用いる樹脂のフロー軟化温度（Ｔｍ）は８０℃〜１４５℃、特には８０〜１４０℃程度が好ましい。８０℃未満では紙への定着温度は低くて良好であるが、ホットオフセットが発生しやすく、またトナーが現像槽内部で破砕されやすくなり、キャリア表面またはドクターブレードにトナーが固着するいわゆるスペント現像が発生して帯電特性の悪化を引き起こし、ひいては現像剤の耐久性能の悪化を招き問題がある。また、１４５℃より高いと定着紙への定着温度が高く、またトナー粉砕性が悪い等の問題がある。
【０００９】
樹脂のガラス転移温度は４５℃程度以上が好ましく、４５℃未満では４０℃の高温で長時間トナーを放置した場合にトナーの固い凝集或いは固着を招く等保存安定性が悪く、また、外添工程でトナー凝集物を生成し易い、更に篩別装置のスクリーン、側壁等に付着し凝集物を生成し易い等の使用上問題がある。
また、樹脂の製造は公知の溶液重合、懸濁重合、塊状重合、乳化重合等により行えばよく、必要に応じ低分子量体と高分子量体の重合方法は違えてもよい。更に、トナー臭気面より樹脂中の残存モノマーおよび残存溶剤量等の軽沸物成分の総量は１，０００ｐｐｍ以下、好ましくは、５００ｐｐｍ以下がよい。
【００１０】
本明細書で使用する樹脂の各試験方法を以下に説明する。
［フロー軟化温度（Ｔｍ）、フロー終了温度（Ｔｅ）］
フローテスター（（株）島津製作所社製ＣＦＴ−５００）において、試料１ｇをノズル１ｍｍ×１０ｍｍのダイ、荷重３０ｋｇ、予熱時間５０℃で５分、昇温速度３℃／分の条件下で測定を行い、フロー開始から終了までの距離の中間点の温度を軟化温度Ｔｍとし、フローの終了した温度を終了温度Ｔｅとする。
【００１１】
［ガラス転移温度（Ｔｇ）］
示差熱分析計（（株）島津製作所社製ＤＴＡ−４０）において、昇温速度１０℃／分の条件で測定した曲線の転移（変曲）開始部に接線を引き、その交点温度をガラス転移温度とする。
本発明で用いる着色剤としては、公知の顔料、染料を用いればよい。例えば、カーボンブラック、酸化チタン、亜鉛華、アルミナホワイト、炭酸カルシウム、群青、紺青、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧ、ローダミン系染料、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料、アントラキノン染料、モノアゾおよびジアゾ系染顔料等の着色剤を単独または２種以上混合して使用できる。
【００１２】
着色剤の含有量は、現像により可視像を形成することができるようトナーを着色するに十分な量あればよく、例えば樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部、好ましくは３〜１５重量部含有させることができる。
更に、公知の正荷電性または負荷電性の帯電制御剤を単独または併用してトナーに使用してもよく、その使用量は所望する帯電量見合いで選定すればよく、例えば樹脂１００重量部に対して０．０５〜１０重量部程度である。正荷電性帯電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂等がある。負荷電性帯電制御剤としては、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物等がある。
【００１３】
更に、必要に応じてその他内添剤を助剤として単独または併用して使用してもよく、例えば公知の離型剤の低分子量オレフィン重合体、フィラー等が挙げることができる。
まず、本発明のトナー製造フローについて図１に従い一例を説明するが、その要旨を超えない限り以下の説明に何等制限されるものではない。
トナー内添剤として、少なくとも樹脂および着色剤を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコーン・ミキサー、Ｖ型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等がある。
【００１４】
次に混練工程では、連続生産できる等の優位性から連続式の混練装置を用いるが、近年は１軸または２軸押出機が主流であり、２軸押出機等については（株）シグマ出版の「二軸スクリュ押出し−その技術と理論−」（１９９３年３月１日発行、著者ＪａｍｅｓＬ．Ｗｈｉｔｅ）等で紹介されているが、例えば、神戸製鋼所社製ＫＴＫ型２軸押出機、東芝機械社製ＴＥＭ型２軸押出機、ケイ・シー・ケイ社製２軸押出機、池貝鉄工社製ＰＣＭ型２軸押出機、栗山製作所社製２軸押出機、ブス社製コ・ニーダー等がよい。
混練後、トナーは２本ロール等で圧延され、空冷・水冷等で冷却する冷却工程を経る。
【００１５】
次いで、粉砕工程では、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルー等で粗粉砕し、ジェットミル、高速ローター回転式ミル等で細粉砕し、段階的に所定トナー粒度まで粉砕する。
粉砕後、慣性分級方式のエルボジェット、遠心力分級方式のミクロプレックス、ＤＳセパレーター等でトナーを分級し、平均粒子径３〜１５μｍのトナーを得る。分級工程で発生したトナー粗粉は粉砕工程に戻し、また発生した微粉はトナー原料の配合工程に戻して再利用してもよい。
【００１６】
更に、トナーに外添処理する場合には、分級トナーと公知の各種外添剤を所定量配合して、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の粉体にせん断力を与える高速攪拌機等で攪拌・混合するのがよい。この際、外添機内部で発熱があり、凝集物を生成し易くなるので外添機の容器部周囲を水で冷却する等手段で温度調整をする方が好ましく、更には外添機容器内部の材料温度は樹脂のガラス転移温度より約１０℃低めの管理温度以下が好適である。
【００１７】
外添剤としては公知の無機または有機の各種外添剤を使用することができるが、特にトナーの流動性向上、凝集性抑制を図るためにチタニア、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の無機微粉末が好適である。外添剤の混合量は、使用する外添剤およびトナー粒子の平均粒径、粒度分布等によりことなるが、所望するトナー流動性を得る量がよく、例えばトナー粒子１００重量部に対して０．０５〜１０重量部、更には０．１〜８重量部が好適である。混合量が０．０５重量部未満では流動性改善効果がなく、高温での貯蔵安定性が悪く、また混合量が１０重量部より多いと一部遊離した外添剤により感光体にフイルミングを発生したり、現像槽内部に堆積し現像剤の帯電機能の劣化等の障害を引き起こし好ましくない。
【００１８】
また、外添剤は高湿環境下での安定性面より、無機微粉末の場合には公知のシランカップリング等の処理剤で疎水化処理されたものがより好ましく、更に、帯電性を考慮する場合には負荷電性を付与する処理剤としてはジメチルジクロルシラン、モノオクチルトリクロルシラン、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等、正荷電性を付与する処理剤としてはアミノシラン等を使用すればよい。
【００１９】
この他、トナー外添剤として抵抗調整、研磨剤等の目的で、流動性改善用以外の公知のマグネタイト、ファライト、導電性チタン、酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム、ハイドロタルサイト類化合物、アクリルビーズ、シリコーンビーズ、ポリエチレンビーズ等の微粉末を適量混合してもよく、その混合量はトナー１００重量部に対して０．００５〜１０重量部が好ましい。
得られたトナーは、キャリアを使用しない１成分系現像剤（マグネタイト等の磁性物を含有した磁性１成分トナー、または磁性物を含有しない非磁性１成分トナー）、或いは、鉄粉、フェライト、マグネタイト、磁性樹脂キャリア等の磁性キャリアと混合した２成分系現像剤として用いることができる。
【００２０】
図２に本発明で用いる連続式押出機の一例を示し、混練工程について更に詳細に説明する。シリンダー４はバレル５〜１３の９ブロックに分割され、その内バレル６〜１３の８ブロックとダイ１５は内部または外部に電気ヒーター等の加熱手段と水等の冷媒で冷却する冷却手段を有し、温度制御盤によって温調されるものである。そして、バレル５には上部に原料供給口１を有し、バレル１０、バレル１２の上部にはベント口２、３をそれぞれ有する。押出機内部には３条タイプの２つの軸がかみ合って同方向に１００〜５００ｒｐｍ程度の高速に回転するスクリュが設けられている。スクリュ構成は適宜選択することができるが、例えば、図４に示す様なスクリュ構成で、送り部スクリュ３０、３１、３２とニーディング部スクリュ３３、３４等で構成すればよく、ニーディング部スクリュは少なくとも１ケ所以上配置するのがよい。本発明における第１ニーディング部とは、実質的にトナー原料がニーディングされる最初の部分をいい、第１ニーディング部（スクリュ３３の部位）のバレル９の設定温度Ｔａ（℃）は、使用する樹脂のフロー軟化温度Ｔｍ（℃）＋２０℃以下であり、Ｔｍ以下が好適である。またＴａは樹脂のガラス転移温度Ｔｇ（℃）以上、中でも特にＴｇ＋５℃以上であることが好ましい。ＴａがＴｇより低いと自己発熱により十分な溶融状態が得られにくく、場合によってはベント口２からトナー成分の一部が粉じんとなって系外に排出されることでトナー中の組成物の充分な均一性が得られず、カブリ、トナー飛散等の悪化を招きやすく好ましくなく、ＴａがＴｍ＋２０℃より高いと第１のニーディング部で十分な負荷がかかりにくくトナー組成物の十分な均一性が得られず、階調性不良の画像になりトナー飛散の悪化等を招きやすく好ましくない。
【００２１】
トナー原料は、原料ホッパー２０からスクリュフィーダー２１により原料供給口１に投入され、送り部スクリュ３０に供給される。そこで原料は徐々に予熱されて行き、第１のニーディング部スクリュ３３で強い負荷がかかることで原料自体の自己発熱により原料は分散し、固体から溶融状態に変化する。バレル１０を通過する時点では原料は充分に溶融状態になっており、更に、第２のニーディング部スクリュ３４で混練物の混和性を向上させる。そして、最終的に混練物は出口１６より系外に押し出されて行く。排出される混練物の温度（Ｔｋ）は使用する樹脂のフロー終了温度（Ｔｅ）以上がよく、好ましくは、Ｔｋ≧Ｔｅ＋１０が好適である。ＴｋがＴｅより低いと樹脂中に添加物が充分に分散しにくく組成が不均一となり、カブリ悪化やトナー飛散の悪化を招きやすく好ましくない。なお、ベント２は大気に開放しているが、混練途中に設けたベント３は真空ポンプ２４で吸引して、混練物中の空気等のガスを抜くことで混和性がよくなり分散が向上し、並びにトナー中の残存モノマー成分、残存溶剤成分等を取り除くことができ、不純物除去、臭気低減等をすることができる。押出機のスクリュの内部には、内部冷却するために冷媒供給装置３６より冷媒供給経路３５（４１、４２）を経て、例えば水、ブラインなどを供給してもよい。
【００２２】
シリンダー内径をＤ（ｍｍ）とし、材料供給口中心からシリンダー先端までの長さＬ（ｍｍ）とした場合のＬ／Ｄは２０以上がよく、好ましくは２５以上がよい。Ｌ／Ｄが２０より小さいとトナーの混練が十分に行いにくく、トナー組成の不均一による、カブリやトナー飛散の悪化を招きやすいので好ましくない。更に、第１のニーディング部スクリュは、材料供給口中心から第１ニーディング部開始点までの長さをＬ₁（ｍｍ）とした場合、Ｌ₁／Ｄが５以上に相当する位置に設けるのがよく、好ましくはＬ₁／Ｄが１０以上に相当する位置に設けるのがよい。Ｌ₁／Ｄが５未満の位置に第１ニーディング部開始点を設けると原料の予熱が充分に行えず、樹脂にいきなり負荷がかかり、組成の均一化がされにくく、カブリやトナー飛散の悪化を招きやすく好ましくない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のトナー組成物の製造方法を用いることにより、フロー軟化温度の低い樹脂を用いてもトナー中の組成を均一にすることができ、トナーの定着性能が良好で、連続使用時でも画像・画質特性が安定しており、耐久性能に優れ、使用環境の依存度が少なく、貯蔵安定性がよいトナー性能を与える等多大な工業的利益を提供するものである。
【００２４】
【実施例】
下記実施例中、単に「部」とあるのはいずれも「重量部」を意味するものとする。
【００２５】
【表１】
・スチレン／ｎ−ブチルアクリレートの共重合樹脂１００部
（Ｔｍ＝１３０℃、Ｔｅ＝１４０℃、Ｔｇ＝６０℃）
・着色剤カーボンブラックＭＡ−１００Ｓ（三菱化成（株）））６部
・帯電制御剤ボントロンＰ−５１（オリエント化学工業（株））２部
・低分子量ワックスビスコール５５０Ｐ（三洋化成工業（株））２部
【００２６】
を、Ｖ型混合機で混合し、図２の連続式押出機（（株）池貝製ＰＣＭ型）で混練し、冷却固化し、粗粉砕後にジェットミル粉砕、風力分級して平均粒径９μｍの黒色トナーを得た。この黒色トナー１００重量部に対してシリカ粉末（日本アエロジル（株）Ｒ９７２）０．３５部とマグネタイト微粉末（戸田工業（株）ＥＰＴ１０００）０．２部をヘンシェルミキサーにて外添処理し、外添トナーを得た。このトナー４部とメチルシリコーン含有樹脂で表面コートされたＣｕ−Ｚｎ−フェライトキャリア（平均粒径＝１００μｍ）９６部をＶ型混合機で攪拌・混合し現像剤を作製した。
【００２７】
［通常耐久性試験］
前記現像剤をスタート用現像剤とし、外添トナーを補給トナーとし、負荷電性有機光半導体の感光体を装着した複写速度６０枚／分の複写機１００，０００枚の実写テストを実施した。尚、実写環境は温度２３〜２５℃、湿度５０〜６０％ＲＨとした。
【００２８】
［高温保管試験］
前記現像剤と補給トナー（＝外添トナー）をそれぞれボトルに入れキャップで密閉して、温度４５℃、湿度４０〜５０％ＲＨの環境下で１０日間貯蔵した後、室温に取り出し冷却した。そして、高温貯蔵後の現像剤と補給トナーで通常耐久試験と同じ方法で１０，０００枚の実写テストを実施した。
＜実施例１＞
押出機の混練条件は次の通りとした。
【００２９】
【表２】
・スクリュ条数３条
・Ｌ／Ｄ３５
・Ｔａ８０℃
・Ｔｋ１８２℃
【００３０】
実施例１の条件で作製したトナーの実写テスト結果を表１に示すが、カーボンブラックの分散がよく、通常耐久試験および高温保管試験共に画像濃度、カブリ等の画像特性が連続コピー中に安定しており、実写テスト後の複写機内のトナー飛散による汚染も少なく良好であった。
＜実施例２＞
押出機の混練条件を次の通り変更した以外は実施例１と同様に現像剤、補給トナーの実写テストをした結果を表１に示すが、良好なトナー性能であった。
【００３１】
【表３】
・スクリュ条数３条
・Ｌ／Ｄ３５
・Ｔａ１００℃
・Ｔｋ１８５℃
【００３２】
＜比較例１＞
押出機の混練条件を次の通り変更した以外は実施例１と同様に現像剤、補給トナーの実写テストをした結果を表１に示すが、通常耐久試験５０，０００枚過ぎよりカブリの悪化があり、実写後の機内のトナー飛散量もかなり多く問題あった。また、高温貯蔵試験でも初期を過ぎてからのカブリ悪化があり、実写後の機内のトナー飛散もかなり多く問題あった。
【００３３】
【表４】
・スクリュ条数３条
・Ｌ／Ｄ３５
・Ｔａ１６０℃
・Ｔｋ１９２℃
【００３４】
＜実施例３＞
押出機の混練条件を次の通り変更した以外は実施例１と同様に現像剤、補給トナーの実写テストをした結果を表１に示すが、良好なトナー性能であった。
【００３５】
【表５】
・スクリュ条数２条
・Ｌ／Ｄ４１
・Ｔａ８０℃
・Ｔｋ１８７℃
【００３６】
【表６】

【００３７】
【図面の簡単な説明】
【図１】通常トナー製造フローの一例
【図２】連続式押出機の概略図
【図３】図２の断面図の一例
【図４】ニーディング部スクリュ（３３）と送り部スクリュ（３０，３１）の一例
【符号の説明】
１原料供給口
２ベント口１
３ベント口２
４シリンダー部
５バレル
６バレルＣ１
７バレルＣ２
８バレルＣ３
９バレルＣ４
１０バレルＣ５
１１バレルＣ６
１２バレルＣ７
１３バレルＣ８
１４駆動部
１５ダイ
１６出口
２０原料ホッパー
２１スクリュフィーダー
２４真空ポンプ
３０第１の送り部スクリュ
３１第２の送り部スクリュ
３２第３の送り部スクリュ
３３第１のニーディング部スクリュ
３４第２のニーディング部スクリュ
３５冷媒供給経路
３６冷媒供給装置
４０スクリュ本体
４１冷媒供給経路入
４２冷媒供給経路出[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for producing a toner composition used in electrophotography, electrostatic recording and the like.
[0002]
[Prior art]
The developer used in an electronic copying machine or the like is temporarily attached to an image carrier such as a photoreceptor on which an electrostatic charge image is formed in the development process, and then transferred from the photoreceptor to transfer paper in the transfer process. Then, it is fixed on the copy paper surface in the fixing step. At that time, as a developer for developing an electrostatic charge image formed on the latent image holding surface, a two-component developer composed of a carrier and a toner and a one-component developer that does not require a carrier (magnetic toner, non-toner) Magnetic toner) is known.
As the toner contained in the developer, there are a positively charged toner and a negatively charged toner. Conventionally, those that impart chargeability to the positively charged toner include a nigrosine dye, a quaternary ammonium salt, and the like. Known examples of imparting chargeability to negatively charged toners include charge control agents such as gold-containing dyes and coating agents that impart predetermined chargeability to carriers.
[0003]
An example of a normal toner production flow is shown in FIG. First, a predetermined amount of materials such as a resin and a colorant are blended and mixed, melt kneaded with a kneader, pulverized after cooling, and classified. Further, the classified toner and the external additive are stirred and mixed, and then the coarse product is sieved and filled into a container.
Conventionally, various proposals regarding kneading techniques have been made for the purpose of improving toner performance. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-118713 has proposed that the generation of a release agent released from toner is reduced by regulating the cylinder temperature of the extruder, and Japanese Patent Laid-Open No. 6-95433 has been proposed. (Paddle total length) / D (screw diameter) and the position of the kneading portion have been proposed to improve the fixing characteristics and developability. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-313415 discloses a cylinder temperature in the kneading process. Alternatively, there is a proposal to control the toner charging rising speed by the number of revolutions of the main shaft. Japanese Patent Laid-Open No. 6-194878 sets the cylinder set temperature of the extruder within ± 20 ° C. of the minimum temperature T ° C. of the discharged kneaded material. There is a proposal to improve the toner fixing strength.
[0004]
However, the conventional kneading technique has a problem that sufficient toner performance cannot be obtained. In particular, in recent years, (a) the flow softening temperature of the binder resin used to increase the speed of copying machines and the like and shorten the first copy time is designed to be lower than the fixing surface. (B) the uniformity of the toner composition becomes a problem in order to reduce the particle size of the toner as the image quality of the copy is increased. A good toner manufacturing technique has been desired.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a toner production method having excellent toner fixing performance and image characteristics such as image density and fog. The second object is to provide a method for producing a toner having a uniform composition in which the additive is well dispersed in the toner. A third object is to provide a method for producing a toner that is less dependent on the environment with respect to temperature, humidity, etc., and has excellent storage stability even at high temperatures. A fourth object is to provide a method for producing a toner which has stable image characteristics, image quality, charging characteristics and the like and has excellent durability performance even in the case of continuous copying.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various studies by the present inventors, it was found that the toner performance can be improved by specifying the temperature of the first kneading part of the continuous extruder used in the kneading process, and the present invention has been achieved. That is, the gist of the present invention, blending the toner materials comprising at least a resin and a colorant, it was mixed and kneaded with a continuous extruder, and then pulverized in a method for producing a toner composition of classifying, continuous extruder A barrel portion and a screw, the screw has at least one kneading portion, the barrel setting temperature of the first kneading portion is Ta (° C.), the flow softening temperature of the resin is Tm (° C.) , and the resin glass when the transition temperature Tg (° C.), consists in producing a toner composition comprising Rukoto to have a relationship of Tg <Ta ≦ Tm-30. Another gist of the present invention is a method for producing a toner composition in which a toner raw material comprising at least a resin and a colorant is blended, mixed, kneaded by a continuous extruder, and then pulverized and classified. The machine has a barrel portion and a screw, the screw has at least one kneading portion, the barrel setting temperature of the first kneading portion is Ta (° C.), and the flow softening temperature of the resin is T m (° C.). In this case, the toner composition has a relationship of Tm-50 ≦ Ta ≦ Tm-30.
[0007]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As the resin used in the present invention, known types suitable for toner can be used. For example, polystyrene, polychlorostyrene, poly-α-methylstyrene, styrene-chlorostyrene copolymer, styrene-propylene copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-vinyl chloride copolymer, styrene-vinyl acetate copolymer Polymer, styrene-acrylate copolymer (styrene-methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl acrylate copolymer, styrene-butyl acrylate copolymer, styrene-octyl acrylate copolymer and styrene- Phenyl acrylate copolymers, etc.), styrene-methacrylate copolymers (styrene-methyl methacrylate copolymers, styrene-ethyl methacrylate copolymers, styrene-butyl methacrylate copolymers, and styrene-phenyl methacrylates). Copolymer), styrene-α- Styrenic resins (monopolymer or copolymer containing styrene or styrene substitution product) such as methyl chloroacrylate copolymer and styrene-acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, vinyl chloride resin, rosin-modified maleic acid resin, Phenol resin, epoxy resin, polyester resin (including saturated and unsaturated), polyethylene resin, polypropylene resin, ionomer resin, polyurethane resin, silicone resin, ketone resin, ethylene-ethyl acrylate copolymer, xylene resin, polyvinyl butyral resin, In addition, there are polycarbonate resins and the like. Particularly preferable resins for use in the present invention include styrene resins, polyester resins, and epoxy resins. Moreover, the said resin is not restricted to being used alone, but can be used in combination of two or more.
[0008]
The flow softening temperature (Tm) of the resin used in the present invention is preferably 80 ° C to 145 ° C, particularly preferably about 80 to 140 ° C. Below 80 ° C., the fixing temperature on the paper is low and good, but hot offset is likely to occur, the toner tends to be crushed inside the developing tank, and so-called spent development in which the toner adheres to the carrier surface or the doctor blade is performed. Occurring to cause deterioration of charging characteristics, which in turn causes deterioration of the durability of the developer. On the other hand, when the temperature is higher than 145 ° C., the fixing temperature to the fixing paper is high, and the toner pulverization property is poor.
[0009]
The glass transition temperature of the resin is preferably about 45 ° C. or more, and if it is less than 45 ° C., the storage stability is poor because the toner is hard agglomerated or fixed when left at a high temperature of 40 ° C. for a long time. Therefore, there are problems in use such that toner aggregates are easily generated, and further, the toner aggregates easily adhere to screens, side walls and the like of the sieving apparatus.
The resin may be produced by known solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, emulsion polymerization or the like, and the polymerization method of the low molecular weight substance and the high molecular weight substance may be different as required. Further, in terms of toner odor, the total amount of light-boiling components such as residual monomer and residual solvent in the resin is 1,000 ppm or less, preferably 500 ppm or less.
[0010]
Each test method of the resin used in this specification will be described below.
[Flow softening temperature (Tm), Flow end temperature (Te)]
In a flow tester (CFT-500 manufactured by Shimadzu Corporation), a sample 1 g was measured under the conditions of a die of 1 mm × 10 mm nozzle, a load of 30 kg, a preheating time of 50 ° C. for 5 minutes, and a heating rate of 3 ° C./min. The temperature at the midpoint of the distance from the start to the end of the flow is defined as the softening temperature Tm, and the temperature at which the flow ends is defined as the end temperature Te.
[0011]
[Glass transition temperature (Tg)]
In a differential thermal analyzer (DTA-40, manufactured by Shimadzu Corporation), a tangent line is drawn at the start of the transition (inflection) of the curve measured at a temperature rising rate of 10 ° C./min, and the intersection temperature is the glass transition. Let it be temperature.
As the colorant used in the present invention, known pigments and dyes may be used. For example, carbon black, titanium oxide, zinc white, alumina white, calcium carbonate, ultramarine, bitumen, phthalocyanine blue, phthalocyanine green, Hansa Yellow G, rhodamine dye, chrome yellow, quinacridone, benzidine yellow, rose bengal, triallylmethane Colorants such as dyes, anthraquinone dyes, monoazo and diazo dyes and pigments can be used alone or in admixture of two or more.
[0012]
The content of the colorant may be an amount sufficient to color the toner so that a visible image can be formed by development. For example, 1 to 20 parts by weight, preferably 3 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin. A part by weight can be contained.
Further, a known positively or negatively chargeable charge control agent may be used alone or in combination for the toner, and the amount used may be selected according to the desired charge amount, for example, 100 parts by weight of resin. On the other hand, it is about 0.05 to 10 parts by weight. Examples of the positive charge control agent include nigrosine dyes, quaternary ammonium salt compounds, triphenylmethane compounds, imidazole compounds, and polyamine resins. Examples of negative charge control agents include metal-containing azo dyes such as Cr, Co, Al, and Fe, salicylic acid metal compounds, alkyl salicylic acid metal compounds, and curix arene compounds.
[0013]
Furthermore, if necessary, other internal additives may be used alone or in combination as auxiliary agents, and examples thereof include low molecular weight olefin polymers of known release agents, fillers, and the like.
First, an example of the toner manufacturing flow of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited to the following description as long as the gist thereof is not exceeded.
As the toner internal additive, at least a predetermined amount of resin and colorant are weighed, mixed, and mixed. Examples of the mixing device include a double cone mixer, a V-type mixer, a drum-type mixer, a super mixer, a Henschel mixer, and a Nauter mixer.
[0014]
Next, in the kneading process, a continuous kneading apparatus is used because of its advantage of being capable of continuous production. In recent years, single-screw or twin-screw extruders are the mainstream, and twin-screw extruders and the like are available from Sigma Publishing Co., Ltd. "Twin screw extrusion-technology and theory-" (issued March 1, 1993, author James L. White), etc., for example, KTK type twin screw extruder manufactured by Kobe Steel, Toshiba TEM type twin screw extruder manufactured by Kikai Co., Ltd., twin screw extruder manufactured by Kay Sea Kay Co., Ltd., PCM type twin screw extruder manufactured by Ikekai Tekko Co., Ltd., twin screw extruder manufactured by Kuriyama Seisakusho Co., Ltd. Good.
After kneading, the toner is rolled by a two-roll or the like, and undergoes a cooling step of cooling by air cooling, water cooling or the like.
[0015]
Next, in the pulverization step, coarse pulverization is performed with a crusher, hammer mill, feather mill, or the like, fine pulverization is performed with a jet mill, a high-speed rotor rotary mill, or the like, and then pulverized to a predetermined toner particle size step by step.
After pulverization, the toner is classified with an inertia classification type elbow jet, a centrifugal classification type microplex, a DS separator, or the like to obtain a toner having an average particle diameter of 3 to 15 μm. The toner coarse powder generated in the classification process may be returned to the pulverization process, and the generated fine powder may be returned to the toner raw material mixing process and reused.
[0016]
Further, when externally adding to the toner, a predetermined amount of classified toner and various known external additives are blended, and the mixture is stirred and mixed with a high-speed stirrer that gives shearing force to powder such as a Henschel mixer or a super mixer. It is good. At this time, since heat is generated inside the external additive machine and it becomes easy to generate aggregates, it is preferable to adjust the temperature by means such as cooling the periphery of the container part of the external additive machine with water. The material temperature is preferably a management temperature of about 10 ° C. lower than the glass transition temperature of the resin.
[0017]
As the external additive, various known inorganic or organic external additives can be used. In particular, titania, silica, alumina, zinc oxide, magnesium oxide and the like are used in order to improve the fluidity of the toner and suppress the aggregation. Inorganic fine powders are preferred. The amount of the external additive to be mixed depends on the external additive to be used and the average particle size, particle size distribution, etc. of the toner particles, but is sufficient to obtain the desired toner fluidity, for example, 0 for 100 parts by weight of the toner particles. .05 to 10 parts by weight, more preferably 0.1 to 8 parts by weight. If the mixing amount is less than 0.05 parts by weight, there is no effect of improving fluidity, storage stability at high temperature is poor, and if the mixing amount is more than 10 parts by weight, filming occurs on the photoreceptor due to a partly free external additive. Or accumulated in the developing tank and causing problems such as deterioration of the charging function of the developer.
[0018]
In addition, the external additive is more preferably hydrophobized with a known treatment agent such as silane coupling in the case of an inorganic fine powder from the viewpoint of stability in a high-humidity environment. In such a case, dimethyldichlorosilane, monooctyltrichlorosilane, hexamethyldisilazane, silicone oil, etc. may be used as the treatment agent imparting negative charge, and aminosilane, etc. may be used as the treatment agent imparting positive charge. .
[0019]
In addition, for the purpose of resistance adjustment, abrasives, etc. as toner external additives, known magnetite, farite, conductive titanium, antimony oxide, tin oxide, cerium oxide, hydrotalcite compounds, acrylics other than those for improving fluidity An appropriate amount of fine powders such as beads, silicone beads and polyethylene beads may be mixed, and the mixing amount is preferably 0.005 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the toner.
The obtained toner is a one-component developer not using a carrier (a magnetic one-component toner containing a magnetic material such as magnetite or a non-magnetic one-component toner containing no magnetic material), or iron powder, ferrite, magnetite. And a two-component developer mixed with a magnetic carrier such as a magnetic resin carrier.
[0020]
FIG. 2 shows an example of a continuous extruder used in the present invention, and the kneading process will be described in more detail. The cylinder 4 is divided into 9 blocks of barrels 5 to 13, and 8 blocks of the barrels 6 to 13 and the die 15 have heating means such as an electric heater and cooling means for cooling with a coolant such as water inside or outside. The temperature is controlled by a temperature control panel. The barrel 5 has a raw material supply port 1 at the top, and the barrels 10 and 12 have vent ports 2 and 3 at the top. Inside the extruder, there are provided screws that rotate at a high speed of about 100 to 500 rpm in the same direction by engaging two shafts of the three-row type. The screw configuration can be selected as appropriate. For example, the screw configuration shown in FIG. 4 may be configured by the feeding unit screws 30, 31, 32 and the kneading unit screws 33, 34, etc. It is preferable to arrange at least one place. The first kneading portion in the present invention means a first portion where the toner material is substantially kneaded, and the set temperature Ta (° C.) of the barrel 9 of the first kneading portion (the portion of the screw 33) is: The flow softening temperature of the resin used is Tm (° C.) + 20 ° C. or less, and Tm or less is preferable. Further, Ta is preferably not less than the glass transition temperature Tg (° C.) of the resin, and particularly preferably not less than Tg + 5 ° C. When Ta is lower than Tg, it is difficult to obtain a sufficient molten state due to self-heating, and in some cases, a part of the toner component becomes dust from the vent port 2 and is discharged out of the system. The uniformity of the toner composition is not preferable because it is difficult to obtain uniform uniformity, and is liable to cause deterioration of fogging, toner scattering, and the like, and when Ta is higher than Tm + 20 ° C., the first kneading portion is not sufficiently loaded. This is not preferable because it is difficult to obtain an image with poor gradation and tends to deteriorate toner scattering.
[0021]
The toner raw material is supplied from the raw material hopper 20 to the raw material supply port 1 by the screw feeder 21 and supplied to the feeding unit screw 30. Therefore, the raw material is gradually preheated, and a strong load is applied to the first kneading part screw 33, whereby the raw material is dispersed by the self-heating of the raw material itself and changes from a solid to a molten state. At the time of passing through the barrel 10, the raw material is in a sufficiently molten state, and the second kneading part screw 34 improves the miscibility of the kneaded material. Finally, the kneaded product is pushed out of the system through the outlet 16. The temperature (Tk) of the discharged kneaded material should be equal to or higher than the flow end temperature (Te) of the resin used, and preferably Tk ≧ Te + 10. When Tk is lower than Te, it is difficult to sufficiently disperse the additive in the resin, the composition becomes non-uniform, and fogging and toner scattering are likely to be deteriorated. Although the vent 2 is open to the atmosphere, the vent 3 provided in the middle of kneading is sucked by the vacuum pump 24 and the gas such as air in the kneaded product is extracted to improve miscibility and improve dispersion. In addition, residual monomer components, residual solvent components, and the like in the toner can be removed, and impurities can be removed and odors can be reduced. For example, water or brine may be supplied into the screw of the extruder from the refrigerant supply device 36 via the refrigerant supply path 35 (41, 42) for internal cooling.
[0022]
When the cylinder inner diameter is D (mm) and the length L (mm) from the center of the material supply port to the cylinder tip is L / D, 20 or more is preferable, and 25 or more is preferable. When L / D is less than 20, it is not preferable because the toner is not sufficiently kneaded and fog and toner scattering are easily deteriorated due to non-uniform toner composition. Further, the first kneading part screw is provided at a position corresponding to L ₁ / D of 5 or more when the length from the center of the material supply port to the first kneading part starting point is L ₁ (mm). Preferably, it should be provided at a position corresponding to L ₁ / D of 10 or more. If the first kneading start point is provided at a position where L ₁ / D is less than 5, the raw material cannot be sufficiently preheated, the resin is suddenly loaded, the composition is not easily homogenized, and fog and toner scattering are deteriorated. This is not preferable because
[0023]
【The invention's effect】
By using the method for producing a toner composition of the present invention, the composition in the toner can be made uniform even if a resin having a low flow softening temperature is used, the toner fixing performance is good, and even when used continuously, The image quality characteristics are stable, the durability performance is excellent, the dependence on the use environment is small, and the toner performance with good storage stability is provided.
[0024]
【Example】
In the following examples, “parts” simply means “parts by weight”.
[0025]
[Table 1]
Styrene / n-butyl acrylate copolymer resin 100 parts (Tm = 130 ° C., Te = 140 ° C., Tg = 60 ° C.)
・ Colorant Carbon Black MA-100S (Mitsubishi Kasei Co., Ltd.) 6 parts ・ Charge control agent Bontron P-51 (Orient Chemical Co., Ltd.) 2 parts ・ Low molecular weight wax Biscol 550P (Sanyo Chemical Industries Co., Ltd.) 2 parts 【0026】
Are mixed with a V-type mixer, kneaded with a continuous extruder of FIG. 2 (PCM type, manufactured by Ikegai Co., Ltd.), cooled and solidified, coarsely pulverized, jet milled, and air-classified to have an average particle size of 9 μm. A black toner was obtained. To 100 parts by weight of this black toner, 0.35 part of silica powder (Nippon Aerosil Co., Ltd. R972) and 0.2 part of magnetite fine powder (Toda Kogyo Co., Ltd. EPT1000) are externally added using a Henschel mixer. An additive toner was obtained. 4 parts of this toner and 96 parts of Cu-Zn-ferrite carrier (average particle size = 100 μm) surface-coated with a methylsilicone-containing resin were stirred and mixed with a V-type mixer to prepare a developer.
[0027]
[Normal durability test]
A live-action test was conducted on 100,000 sheets of a copying machine with a copying speed of 60 sheets / min, in which the developer was a start developer, the externally added toner was a replenishment toner, and a negatively charged organic photoconductor photoconductor was mounted. The actual shooting environment was set to a temperature of 23 to 25 ° C. and a humidity of 50 to 60% RH.
[0028]
[High temperature storage test]
The developer and the replenishing toner (= externally added toner) were each put in a bottle, sealed with a cap, stored for 10 days in an environment of a temperature of 45 ° C. and a humidity of 40-50% RH, then taken out to room temperature and cooled. Then, a live-action test of 10,000 sheets was performed by the same method as the normal durability test with the developer and the replenishment toner after high temperature storage.
<Example 1>
The kneading conditions of the extruder were as follows.
[0029]
[Table 2]
-Number of screw strips: 3-L / D 35
・ Ta 80 ℃
・ Tk 182 ℃
[0030]
Table 1 shows the results of actual shooting tests of the toner produced under the conditions of Example 1. The dispersion of carbon black is good, and image characteristics such as image density and fog are stable during continuous copying in both the normal durability test and the high-temperature storage test. As a result, there was little contamination due to toner scattering in the copying machine after the actual shooting test.
<Example 2>
Table 1 shows the results of actual shooting tests of the developer and the replenishing toner as in Example 1 except that the kneading conditions of the extruder were changed as follows. The toner performance was good.
[0031]
[Table 3]
-Number of screw strips: 3-L / D 35
・ Ta 100 ℃
・ Tk 185 ℃
[0032]
<Comparative Example 1>
Table 1 shows the results of actual shooting tests of the developer and the replenishment toner as in Example 1 except that the kneading conditions of the extruder were changed as follows. The fogging deteriorated more than the normal durability test of more than 50,000 sheets. There was also a considerable problem with the amount of toner scattered in the machine after actual shooting. Further, even in the high-temperature storage test, fogging deteriorated after the initial stage, and there was a considerable problem of toner scattering in the machine after actual shooting.
[0033]
[Table 4]
-Number of screw strips: 3-L / D 35
・ Ta 160 ℃
・ Tk 192 ℃
[0034]
<Example 3>
Table 1 shows the results of actual shooting tests of the developer and the replenishing toner as in Example 1 except that the kneading conditions of the extruder were changed as follows. The toner performance was good.
[0035]
[Table 5]
-Number of screw strips: 2-L / D 41
・ Ta 80 ℃
・ Tk 187 ℃
[0036]
[Table 6]

[0037]
[Brief description of the drawings]
1 is an example of a normal toner production flow. FIG. 2 is a schematic diagram of a continuous extruder. FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of FIG. 2. FIG. 4 is a kneading unit screw (33) and a feeding unit screw (30, 30). 31) Example [Explanation of symbols]
1 Raw material supply port 2 Vent port 1
3 Vent port 2
4 Cylinder part 5 Barrel 6 Barrel C1
7 Barrel C2
8 Barrel C3
9 Barrel C4
10 Barrel C5
11 Barrel C6
12 barrel C7
13 Barrel C8
14 Drive unit 15 Die 16 Exit 20 Raw material hopper 21 Screw feeder 24 Vacuum pump 30 First feed unit screw 31 Second feed unit screw 32 Third feed unit screw 33 First kneading unit screw 34 Second knee Ding part screw 35 Refrigerant supply path 36 Refrigerant supply device 40 Screw body 41 Refrigerant supply path entry 42 Refrigerant supply path exit

Claims

In a method for producing a toner composition in which at least a toner raw material comprising a resin and a colorant is blended and mixed, then kneaded with a continuous extruder, then pulverized and classified, the continuous extruder has a barrel portion and a screw, The screw has at least one kneading part, the barrel setting temperature of the first kneading part is Ta (° C.), the flow softening temperature of the resin is Tm (° C.) , and the glass transition temperature of the resin is Tg (° C.). to time, method for producing a toner composition comprising Rukoto to have a relationship of Tg <Ta ≦ Tm-30.

In a method for producing a toner composition in which at least a toner raw material comprising a resin and a colorant is blended and mixed, then kneaded with a continuous extruder, then pulverized and classified, the continuous extruder has a barrel portion and a screw, The screw has at least one kneading part, where the barrel setting temperature of the first kneading part is Ta (° C.) and the flow softening temperature of the resin is Tm (° C.), Tm-50 ≦ Ta ≦ Tm— 30. A method for producing a toner composition, comprising 30 relationships.

The method for producing a toner composition according to claim 1 or 2 , wherein the temperature of the kneaded product discharged from the outlet of the continuous extruder is equal to or higher than the resin flow end temperature.

4. The method for producing a toner composition according to claim 1 , wherein the flow softening temperature of the resin is 80 ° C. or higher and 145 ° C. or lower.

Claims relationship from the material supply port center of continuous extruder to the first kneading portion starting point a length L ₁ (mm) and inside diameter of cylinder D (mm) is characterized in that it is a L ₁ / D ≧ 5 Item 5. A method for producing a toner composition according to any one of Items 1 to 4 .

6. The relation between the length L (mm) from the center of the material supply port of the continuous extruder to the tip of the cylinder and the cylinder inner diameter D (mm) is L / D ≧ 20 . A method for producing the toner composition described in 1.