JP4634273B2 - 樹脂乳化液の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法などにおいて使用される電子写真用トナーの製造に好適に用いられる樹脂乳化液を製造する方法に関する。
ケミカルトナーの製造方法として、重合法や乳化分散法が知られている。これらの方法の中で乳化分散法によるトナーの製造方法は、例えば結着樹脂と着色剤などの混合物を水性媒体と混合し、乳化させてトナー粒子を得る方法である。この方法においては、例えば結着樹脂としてポリエステルを用い、ポリエステル乳化分散液を調製する場合、一般に有機溶剤を用いた転相乳化法や高圧/高温条件での強制乳化法が用いられる。しかしながら、前者の方法では有機溶剤の除去回収や排水負荷が大きく、後者の方法では特別な装置が必要であった。
有機溶剤を用いない技術として、例えば、(1)イオン性基を有する静電荷像現像トナー用合成樹脂と着色顔料との混練物を加熱溶融して成る着色樹脂溶融体と、該イオン性基を中和する物質を含むとともに、加熱、加圧することにより該合成樹脂の軟化点以上の温度に加熱した水性媒体とを混合し、(2)該混合物の温度を該合成樹脂の軟化点以上の温度に維持しながら、前記着色樹脂溶融体を水性媒体中に機械的手段により微分散させ、(3)その後直ちに急速冷却することにより着色樹脂微粒子の水分散液を製造し、(4)該分散液から該着色樹脂微粒子を分離し、(5)分離された該着色樹脂微粒子を乾燥させる静電荷像現像用トナーの製造方法が開示されている(特許文献1参照)。
また、少なくともポリエステル樹脂を含有するトナー用原料を加熱溶融することにより該トナー用原料の溶融体を製造し、次いで該溶融体を水性媒体中に乳化させることにより樹脂微粒子を形成させ、その後、該樹脂微粒子を凝集させ、 更に融着させることにより該樹脂微粒子の会合体を製造する静電荷像現像用トナーの製造方法が開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、前記の特許文献1及び特許文献2の技術は、いずれも、樹脂をその軟化点以上に加熱して溶融し、高速回転型連続式乳化分散機などの特殊な装置を用いて乳化分散させる技術に関するものである。
特開平9−311502号公報 特開2002−351140号公報
本発明は、有機溶剤や特別な装置を用いずに、電子写真用トナーの製造に好適に用いられる樹脂乳化液を効率よく製造する方法、該樹脂乳化液を製造する方法を含む電子写真用トナーの製造方法及び該樹脂乳化液を用いてなる電子写真用トナーを提供することを目的とする。
本発明は、
(1)ポリエステルを80重量%以上含有する酸基を有する樹脂を、塩基性水性媒体中において、前記樹脂の軟化点未満の温度で分散させる工程、(b)前記(a)工程で得られた分散液を、前記樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で30分以上攪拌して中和する工程、及び(c)前記(b)工程で中和された分散液に、前記樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で水性液を添加して水性媒体中で該樹脂を乳化する工程、を有する樹脂乳化液の製造方法、
(2)上記(1)の製造方法で樹脂乳化液を得る工程、及び得られた樹脂乳化液中の乳化粒子を、着色剤の存在下、凝集、合一させる工程、を有する電子写真用トナーの製造方法
に関する。
本発明によれば電子写真法、静電記録法、静電印刷法などにおいて使用される電子写真用トナーの製造に好適に用いられる樹脂乳化液を、有機溶剤や特別な装置を用いずに効率よく製造することができる。
本発明の樹脂乳化液の製造方法は上記(a)工程、(b)工程及び(c)工程を有する。以下、各工程について説明する。
[(a)工程]
この工程は、酸基を有する樹脂を、塩基性水性媒体中において、前記樹脂の軟化点未満の温度で分散させる工程である。
酸基を有する樹脂は、トナーにおける結着樹脂として用いられる樹脂であって(以下、「酸基を有する樹脂」を「結着樹脂」ということがある)、トナーに用いられる公知の樹脂、例えば、ポリエステル、スチレン−アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等が使用できる。なかでも、ポリエステルまたはスチレン−アクリル共重合体が好ましく、着色剤分散性、定着性及び耐久性の観点から、ポリエステルがより好ましい。結着樹脂中におけるポリエステルの含有量は60重量%以上が好ましく、より好ましくは70重量%以上、さらに好ましくは80重量%以上である。本発明においては、上記樹脂は、結着樹脂として単独で用いても良いが、2種以上組み合わせて用いてもよい。
酸基を有する樹脂がポリエステルを含む場合、結晶性ポリエステル及び非晶質ポリエステルのいずれであってもよい。
ポリエステルの結晶化の度合いは、軟化点と示差走査熱量計による吸熱の最高ピーク温度との比(軟化点/吸熱の最高ピーク温度)で定義される結晶性指数によって表すことができ、一般にこの値が1.5を超えると樹脂は非晶質であり、0.6未満のときは結晶性が低く非晶質部分が多い。従って、本発明における結晶性ポリエステルとしては、この結晶性指数が0.6〜1.5のものが好ましく用いられ、低温定着性の観点からは、0.8〜1.3がより好ましく、さらに好ましくは0.9〜1.1である。
この結晶化の度合いは、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。ここで、吸熱の最高ピーク温度とは、観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を指す。吸熱の最高ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば、このピーク温度を融点とし、軟化点との差が20℃を超える場合は、このピークをガラス転移に起因するピークとする。結晶性指数を規定する軟化点及び吸熱の最高ピーク温度の測定方法については後で説明する。
ポリエステルの原料モノマーとしては、公知の2価以上のアルコール成分と、2価以上のカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル等の公知のカルボン酸成分が用いられる。
具体的には、アルコール成分としては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール等の脂肪族ジオール:式(1):
Figure 0004634273
(式中、Rは炭素数2又は3のアルキレン基、x及びyは各々正の数を示し、xとyの和は1〜16、好ましくは1.5〜5.0である)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物等の芳香族ジオール;グリセリン、ペンタエリスリトールなどの3価以上の多価アルコール等が挙げられる。ポリエステルの結晶化を促進する観点から、炭素数2〜8の脂肪族ジオールを用いることが好ましく、中でもα,ω−直鎖アルカンジオール、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオールまたはこれらの混合物が好ましい。これらのアルコール成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記炭素数2〜8の脂肪族ジオールの全アルコール成分中の含有量は、ポリエステルの結晶性を促進する観点から、好ましくは80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%である。なかでも、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、又はこれらの混合物が、全アルコール成分中、好ましくは80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%含有されていることが望ましい。
カルボン酸成分としては、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸等の脂肪族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸;トリメリット酸;ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸;及びこれらの酸の無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等が挙げられる。上記のような酸、酸無水物、及び酸のアルキルエステルを本明細書では、以下総称してカルボン酸化合物と呼ぶ。
本発明における結着樹脂は、酸基を有するものであり、特に分子鎖末端に酸基を有することが好ましい。酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、スルフィン酸基等が挙げられ、樹脂の乳化性とそれを用いたトナーの耐環境特性との両立の観点からカルボキシル基が好ましい。上記酸基を有する樹脂の分子鎖末端の酸基の量は、乳化粒子の安定性並びにトナーの粒度分布及び粒径を決定する重要な因子の一つである。乳化粒子を安定にし、かつ小粒径のトナーをシャープな粒度分布で得るため、結着樹脂の酸価は、10〜50mgKOH/gが好ましく、12〜45mgKOH/gがより好ましく、15〜40mgKOH/gが更に好ましく、15〜30mgKOH/gが更に好ましい。
また、樹脂粒子を迅速かつ均一に分散させる観点から、酸基を有する樹脂として、開口径5.6mmの篩いを95重量%以上、更に98重量%以上通過する粒度を有する樹脂粒子を用いることが好ましい。このような粒度を有する樹脂粒子を用いることにより、均一に分散することができ、次の中和工程において、均一な中和が可能となり、均質な乳化粒子を作製することができる。
非晶質ポリエステルを用いる場合、該非晶質ポリエステルのアルコール成分には、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2〜3)オキサイド(平均付加モル数1〜16)付加物等の、前記式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が含有されていることが好ましい。
非晶質ポリエステルとしては、その軟化点が95〜160℃、ガラス転移点が50〜75℃、酸価は1〜40mgKOH/g、及び水酸基価は3〜60mgKOH/gの少なくとも一つの性状を有するものが好ましく用いられる。
非晶質ポリエステルの数平均分子量は、耐久性及び定着性の観点から、1,000〜100,000が好ましく、1,000〜50,000がより好ましく、1,000〜12,000が更に好ましい。
上記非晶質ポリエステルは、トナーの耐久性及び帯電性の点から、結着樹脂中好ましくは60重量%以上、更に好ましくは70重量%以上の割合で含有される。
低温定着性の観点から、結晶性ポリエステルを用いる場合は、結晶性ポリエステルの数平均分子量は、乳化性、定着性、耐オフセット性等の観点から、2,000〜100,000が好ましく、2,000〜20,000がより好ましく、2,000〜10,000がさらに好ましく、2,000〜8,000がさらに好ましい。
結晶性ポリエステルの軟化点及び融点は、低温定着性の観点から、好ましくは60〜150℃、より好ましくは60〜130℃、更に好ましくは60〜120℃である。
当該(a)工程で用いられる塩基性水性媒体とは、塩基性化合物を含む水性媒体を指す。塩基性化合物としては、無機塩基性化合物及び有機塩基性化合物のいずれであってもよい。無機塩基性化合物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属、それらの炭酸塩や酢酸塩などの弱酸の塩あるいは部分中和塩、及びアンモニアなどが挙げられる。有機塩基性化合物としては、例えばメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン類、ジエタノールアミン等のアルカノールアミン類、コハク酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウムなどの脂肪酸塩等が挙げられる。これらの塩基性化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
一方、水性媒体は、水を主成分とするものであり、環境保全の観点から、水の含有量は、水性媒体中80重量%以上が好ましく、90重量%以上がより好ましく、100重量%がさらに好ましい。本発明では、実質的に有機溶媒を用いることなく水のみを用いても結着樹脂を分散させることができる。水以外の成分としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等の水に溶解する有機溶媒が挙げられる。これらのなかでは、トナーへの混入を防止する観点から、樹脂を溶解しない有機溶媒である、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系有機溶媒が好ましい。
塩基性水性媒体における塩基性化合物の含有量は、用いる塩基性化合物の種類により左右されるが、結着樹脂の加水分解の抑制の点から、通常1〜30重量%、好ましくは3〜20重量%、より好ましくは5〜10重量%である。
(a)工程においては、前記の塩基性水性媒体の使用量は、均一な樹脂乳化液を効果的に調製し得る点から、酸基を有する樹脂100重量部に対して、5〜100重量部が好ましく、10〜90重量部がより好ましく、20〜80重量部がさらに好ましい。
また、本発明においては、界面活性剤を分散処理時に加えることができる。その添加量は、分散工程での発泡抑制の観点及び最終的に得られる樹脂乳化液の乳化安定性の向上などを目的として、樹脂に対して好ましくは5重量%以下、より好ましくは0.5〜4重量%、より好ましくは1〜3重量%である。この界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン界面活性剤;ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン界面活性剤;ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン界面活性剤が挙げられる。これらの中で、乳化安定性などの観点から、アニオン界面活性剤及びノニオン界面活性剤が好ましく、アニオン界面活性剤がより好ましい。これらの界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
当該(a)工程においては、結着樹脂に着色剤を加え、さらに必要に応じて離型剤、荷電制御剤などの添加剤を加え、これらの混合物を分散処理することができる。
着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤がいずれも使用でき、適宜選択することができる。具体的には、カーボンブラック、無機系複合酸化物、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレート等の種々の顔料やアクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、インジコ系、チオインジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、チアゾール系等の各種染料を1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
結着樹脂と着色剤との使用割合は、トナーの帯電性、耐久性、印字濃度などの観点から、重量比で70:30〜97:3が好ましく、80:20〜97:3がより好ましい。
離型剤の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、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等の鉱物・石油系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の含有量は、添加効果及び帯電性への悪影響を考慮して、結着樹脂と着色剤との合計量100重量部に対して、通常1〜20重量部程度、好ましくは2〜15重量部である。
荷電制御剤としては、例えば安息香酸の金属塩、サリチル酸の金属塩、アルキルサリチル酸の金属塩、カテコールの金属塩、含金属ビスアゾ染料、テトラフェニルボレート誘導体、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
荷電制御剤の含有量は、結着樹脂と着色剤との合計量100重量部に対して、通常10重量部以下、好ましくは0.01〜5重量部である。
当該(a)工程においては、樹脂粒子あるいは樹脂粒子と着色剤と必要に応じて用いられる各種添加剤との混合物を、均一に分散させる観点から、該樹脂粒子の軟化点未満の温度で分散処理を行う。該樹脂粒子の軟化点未満、好ましくは軟化点より50℃低い温度(以下、「軟化点−50℃」と記す)以下の温度で分散処理することにより、樹脂粒子同士の融着を抑制し、均一な樹脂分散液を調製することができる。また、分散処理の下限温度は、媒体の流動性及び樹脂乳化液の製造エネルギーの観点から0℃より高い温度が好ましく、10℃以上がより好ましい。混合樹脂を用いる場合は、その混合比率で混合し溶融した混合樹脂の軟化点を結着樹脂の軟化点とする。また、マスターバッチを使用する場合は、それに用いた樹脂をも含めた混合樹脂の軟化点とする。
具体的には、界面活性剤を含む塩基性水性媒体中において、例えばポリエステルなどの酸基を有する樹脂粒子を着色剤などと共に、該樹脂粒子の軟化点未満、例えば10〜50℃程度の温度で攪拌して分散処理するなどの通常の方法により、均一な樹脂分散液を調製することができる。
[(b)工程]
この工程は、前記(a)工程で分散された樹脂分散液を、該樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で一定時間攪拌して実質的に中和する工程である。樹脂を均一に中和する観点から、該攪拌時間は好ましくは30分以上、より好ましくは1時間以上である。
中和を前記範囲の温度で行うことにより、中和が十分に行われ、次工程の乳化処理で大きな乳化粒子の生成が抑制され、また、加熱に特別な装置を必要としない。この点で、中和温度は、該樹脂のガラス転移温度+10℃以上の温度であることが好ましく、また軟化点−5℃以下の温度であることが好ましい。
この中和工程における中和の度合いは、次工程で乳化粒子を作製するのに必要な親水性を樹脂に付与できる程度でよく、必ずしも100%中和する必要はない。例えば、極性基を多く有する親水性の高い樹脂を用いる場合は、中和度は低くてもよく、逆に親水性の低い樹脂を用いる場合は、中和度は高くするほうが好ましい。本発明においては、上記中和度は、50%以上であることが好ましく、60〜100%であることがより好ましく、70〜100%であることが更に好ましい。中和度は、一般に中和前後の酸基のモル数の比(中和後の酸基のモル数/中和前の酸基のモル数)で表わすことができる。
具体的には、前記(a)工程で分散された樹脂分散液を、攪拌しながら該樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度、例えばガラス転移温度が60〜65℃程度で軟化点が110〜120℃程度のカルボキシル基をもつポリエステルを用いた場合には、90〜100℃程度の温度に昇温し、所定の中和度に達するまで、その温度で適当な時間保持することにより中和を行う。
[(c)工程]
この工程は、前記(b)工程で中和された分散液に、該樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で水性液を添加して水性媒体中で該樹脂を乳化する工程である。
この乳化工程においては、微細な樹脂乳化液を調製する観点から、(b)工程で中和された樹脂分散液を、該樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度に保持し、攪拌しながら、これに水性液を添加し、水性媒体中で乳化を行う。
また、乳化を前記範囲の温度で行うことにより、乳化がスムーズに行われ、又加熱に特別の装置を必要としない。このことから、乳化を行う際の温度は、ガラス転移温度+10℃以上の温度であることが好ましく、また、軟化点−5℃以下の温度であることが好ましい。
この乳化工程においては、乳化開始直前では、転相が容易である等の点から、分散液中の樹脂含有量が好ましくは50〜90重量%程度、より好ましくは50〜80重量%である。ここで乳化開始直前とは、系内の粘度が全工程中で最も高くなる時点をいい、したがって、攪拌機に例えばトルクメーターなどを取り付けておくことで、その時点を容易に知ることができる。
乳化開始時点は、用いる樹脂の酸価や中和度などにより任意に調整することができる。例えば、樹脂の酸価を高くしたり、中和度を高くすると樹脂の親水性が高くなり、少量の水性媒体と接触させることで乳化を開始させることができる。
乳化に用いられる水性液としては、前記(a)工程における水性媒体の説明において示したものと同じものを挙げることができる。該水性液の添加速度は、乳化を効果的に実施し得る点から、樹脂100g当たり、好ましくは0.5〜50g/分、より好ましくは0.5〜30g/分、さらに好ましくは1〜20g/分である。この添加速度は、一般にO/W型の乳化液を実質的に形成するまで維持されていればよく、O/W型の乳化液を形成した後の水性液の添加速度に特に制限はない。
このようにして得られた樹脂乳化液の固形分濃度は、乳化液の安定性及び後で実施される凝集工程での樹脂乳化液の取扱い性の観点から、7〜50重量%が好ましく、7〜45重量%がより好ましく、10〜40重量%がさらに好ましい。
また、乳化粒子の体積中位粒径(D50)は、凝集工程での均一な凝集を行うために、好ましくは0.02〜2μm、より好ましくは0.05〜1μm、さらに好ましくは0.05〜0.6μmである。
[電子写真用トナーの製造方法]
次に、このようにして得られた樹脂乳化液中の乳化粒子を、着色材の存在下、凝集させ(以下、凝集工程という)、さらに合一させる(以下、合一工程という)ことにより、本発明の電子写真用トナーが得られる。着色剤は樹脂乳化液に含有されていてもよいし、着色剤の分散液を樹脂乳化液と混合して凝集、合一させてもよい。
凝集工程においては、混合液の分散安定性と、結着樹脂及び着色剤等の微粒子の凝集性とを両立させる観点から、系内のpH値は2〜10が好ましく、2〜9がより好ましく、3〜8がさらに好ましい。
同様の観点から、凝集工程における系内の温度は、結着樹脂の軟化点−50℃以上(軟化点より50℃低い温度以上の意味、以下同様)、軟化点−10℃以下が好ましく、軟化点−30℃以上、軟化点−10℃以下がより好ましい。
凝集工程においては、凝集を効果的に行うために凝集剤を添加することが好ましい。凝集剤としては、4級塩のカチオン性界面活性剤、ポリエチレンイミン等の有機系凝集剤、無機金属塩、2価以上の金属錯体等の無機系凝集剤が用いられる。無機金属塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩、及びポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体などが挙げられる。中でも、3価のアルミニウム塩およびその重合体が少ない添加量で凝集能力が高く、簡便に製造できるため好ましい。また、帯電特性制御の観点からは、金属錯体、4級塩のカチオン性界面活性剤が特に好ましい。
凝集剤の使用量は、凝集能力及びトナーの耐環境特性の観点から、結着樹脂100重量部に対して、30重量部以下が好ましく、0.01〜20重量部がより好ましく、0.1〜10重量部が更に好ましい。
凝集剤は、水性媒体に溶解させて添加することが好ましく、凝集剤の添加時及び添加終了後には十分な攪拌をすることが好ましい。得られた凝集粒子は、凝集粒子を合一させる工程(合一工程)に供される。
合一工程においては、系内の温度は凝集工程の系内の温度と同じかそれ以上であることが好ましいが,目的とするトナーの粒径、粒度分布、形状制御、及び粒子の融着性の観点から、結着樹脂の軟化点−50℃以上、軟化点+10℃以下が好ましく、軟化点−40℃以上、軟化点+10℃以下がより好ましく、軟化点−30℃以上、軟化点+10℃以下が更に好ましい。また、攪拌速度は凝集粒子が沈降しない速度であることが好ましい。
合一工程は、例えば昇温を連続的に行うことにより、あるいは凝集かつ合一が可能な温度まで昇温後、その温度で攪拌を続けることにより、凝集工程と同時に行うこともできる。
得られた合一粒子を、必要に応じ、適宣、ろ過などの固液分離工程、洗浄工程、乾燥工程に供することにより、トナー母粒子を得ることができる。
洗浄工程では、トナーとして十分な帯電特性及び信頼性を確保する目的から、トナー母粒子表面の金属イオンを除去するため酸を用いることが好ましく、洗浄は複数回行うことが好ましい。
また、乾燥工程では、振動型流動乾燥法、スプレードライ法、冷凍乾燥法、フラッシュジェット法等、任意の方法を採用することができる。トナー母粒子の乾燥後の水分含量は、帯電性の観点から、好ましくは1.5重量%以下、さらには1.0重量%以下に調整することが好ましい。
[電子写真用トナー]
本発明の電子写真用トナーは、上述のようにして得られた合一粒子(トナー母粒子)を含むものであるが、該合一粒子のトナー中における含有量は、トナーの帯電性及び定着性の点から、95〜100重量%であることが好ましく、96.5〜99重量%であることが更に好ましい。
また、高画質化と生産性の観点から、トナー粒子の体積中位粒径(D50)は1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmがさらに好ましい。粒度分布は、同様の観点から、CV値(粒度分布の標準偏差/体積平均粒径(D50)×100)は25%以下が好ましく、20%以下がより好ましく、18%以下がさらに好ましい。
また、トナーの軟化点は、低温定着性の観点から、60〜140℃あることが好ましく、より好ましくは60〜130℃、さらに好ましくは60〜120℃である。また、示差走査熱量計による吸熱の最大ピーク温度は、同様の観点から、60〜140℃であることが好ましく、より好ましくは60〜130℃、さらに好ましくは0〜120℃である。
本発明のトナーには、外添剤として流動化剤等の助剤をトナー母粒子表面に添加処理することができる。外添剤としては、表面を疎水化処理したシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、カーボンブラック等の無機微粒子やポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン樹脂等のポリマー微粒子等、公知の微粒子が使用できる。
外添剤の配合量は、外添剤による処理前のトナー母粒子100重量部に対して、1〜5重量部が好ましく、1.5〜3.5重量部がより好ましい。ただし、外添剤として疎水性シリカを用いる場合は、外添剤による処理前のトナー母粒子100重量部に対して、疎水性シリカを1〜3重量部用いることが好ましい。
本発明の電子写真用トナーが適用される被転写体(記録材)としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンターなどに使用される普通紙、OHPシートなどが挙げられる。これらの被転写体表面に転写されたトナー画像は、例えば、過熱型定着器により熱定着され、最終的なトナー画像が形成される。加熱型定着器としては加熱ロール等を用いる接触加熱型定着方式や、オーブン加熱よる非接触加熱型定着方式が挙げられるが、信頼性や安全性、また熱効率の観点から接触型定着装置を用いることが好ましい。
各性状値は以下の方法により測定、評価した。
[樹脂の酸価]
JIS K0070に従って測定する。
[樹脂及びトナーの軟化点、吸熱の最高ピーク温度、融点及びガラス転移点]
(1)軟化点
フローテスター(島津製作所、「CFT−500D」)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出す。温度に対し、フローテスターのブランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とする。
(2)吸熱の最高ピーク温度及び融点
示差走査熱量計(セイコー電子工業社製、DSC210)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定する。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を吸熱の最高ピーク温度とする。最高ピーク温度が軟化点と20℃以内の差のときには該ピーク温度を融点とし、軟化点より20℃以上低いときには該ピークはガラス転移に起因するピークとする。
(3)ガラス転移点
示差走査熱量計(セイコー電子工業社製、DSC210)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定する。軟化点より20℃以上低い温度でピークが観測される場合にはそのピークの温度を、また軟化点より20℃以上低い温度でピークが観測されずに段差が観測されるときは該段差部分の曲線の最大傾斜を示す接線と該段差の高温側のベースラインの延長線との交点の温度を、ガラス転移点として読み取る。なお、ガラス転移点は、樹脂の非晶質部分に特有の物性であり、一般には非晶質ポリエステルで観測されるが、結晶性ポリエステルでも非晶質部分が存在する場合には観測されることがある。
[結着樹脂の数平均分子量]
以下の方法により、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量分布を測定し、数平均分子量を算出する。
(1)試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mlになるように、結着樹脂又はトナーをクロロホルムに溶解させる。次いで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター[住友電気工業(株)製、「FP−200」]を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とする。
(2)分子量分布測定
下記装置を用いて、クロロホルムを毎分1mlの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させる。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行う。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出する。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレンを標準試料として作成したものを用いる。
測定装置:CO−8010(東ソー社製)
分析カラム:GMHLX+G3000HXL(東ソー社製)
[乳化粒子の分散粒径及び合一粒子の粒径]
レーザー回折型粒径測定機(島津製作所製、「SALD−2000J」)を用いて、測定用セルに蒸留水を加え、吸光度が適正範囲になる濃度で体積中位粒径(D50)を測定する。
[トナーの粒径]
(1)分散液の調製:分散液[「エマルゲン 109P」(花王製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB:13.6)5重量%水溶液]5mlに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、電解質[「アイソトンII」(ベックマンコールター社製)]25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させ分散液を得る。
(2)測定装置:「コールターマルチサイザーII」(ベックマンコールター社製)
アパチャー径:100μm
測定粒径範囲:2〜40μm
解析ソフト:「コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン 1.19」(ベックマンコールター社製)
(3)測定条件:ビーカーに電解液100mlと分散液を加え、3万個の粒子の粒径を20秒で測定できる濃度で、3万個の粒子について、体積中位粒径(D50)を求める。また、CV値は下記の式に従って算出した。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径)×100
製造例1 ポリエステル樹脂Aの製造
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン8320g、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン80g、テレフタル酸1592g及びジブチル錫オキサイド(エステル化触媒)32gを窒素雰囲気下、常圧下230℃で5時間反応させ、更に減圧下で反応させた。210℃に冷却し、フマル酸1672g、ハイドロキノン8gを加え、5時間反応させた後に、更に減圧下で反応させて、ポリエステル樹脂Aを得た。ポリエステル樹脂Aの軟化点は110℃、ガラス転移点は66℃、酸価は24.4mgKOH/g、数平均分子量は3760であった。得られたポリエステル樹脂Aを開口径5.6mmの篩いで1kgふるったところ、篩い上には何も残らなかった。
製造例2 ポリエステル樹脂Bの製造
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン17500g、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン16250g、テレフタル酸11454g、ドデセニルコハク酸無水物1608g、トリメリット酸無水物4800g及びジブチル錫オキサイド15gを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、220℃で攪拌し、ASTM D36−86に準拠して測定した軟化点が120℃に達するまで反応させて、ポリエステル樹脂Bを得た。ポリエステル樹脂Bの軟化点は123℃、ガラス転移点は65℃、酸価は21.0mgKOH/g、数平均分子量は2230であった。得られたポリエステル樹脂Bを開口径5.6mmの篩いで1kgふるったところ、篩い上には何も残らなかった。
製造例3 マスターバッチ1の製造
製造例1で得たポリエステル樹脂Aの微粉末70重量部及び大日精化製銅フタロシアニンのスラリー顔料(ECB−301:固形分46.2重量%)を顔料分30重量部になる様にヘンシェルミキサーに仕込み5分間混合し湿潤させた。次にこの混合物をニーダー型ミキサーに仕込み徐々に加熱した。ほぼ90〜110℃にて樹脂が溶融し、水が混在した状態で混練し、水を蒸発させながら20分間90〜110℃で混練を続けた。
更に120℃にて混練を続け残留している水分を蒸発させ、脱水乾燥させた。更に120〜130℃にて10分間混練を続けた。冷却後更に加熱三本ロールにより混練し、冷却、粗砕して青色顔料を30重量%の濃度で含有する高濃度着色組成物の粗砕品(マスターバッチ1)を得た。これをスライドグラスに乗せて加熱溶融させて顕微鏡で観察したところ、顔料粒子は全て微細に分散しており、粗大粒子は認められなかった。得られたマスターバッチ1を開口径5.6mmの篩いで1kgふるったところ、篩い上には何も残らなかった。
実施例1 樹脂乳化液1の製造
2リットル容のステンレス釜で、ポリエステル樹脂A319.9g、ポリエステル樹脂B210.0g、マスターバッチ1 100.2g(ポリエステル樹脂A、ポリエステル樹脂B及びマスターバッチ1に用いた樹脂を前記配合割合で混合溶融した混合樹脂の軟化点は114℃、ガラス転移温度は64℃であった)、及び、アニオン性界面活性剤「ネオペレックス G−65(花王社製)」ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(固形分:65重量%)9.23g、非イオン性界面活性剤「レオドール AS−10(花王社製)」ソルビタンモノステアレート(融点60℃、HLB:4.7)3.0gおよび、非イオン性界面活性剤「エマルゲン 430(花王社製)」ポリオキシエチレン(26mol)オレイルエーテル(HLB:16.2)6.0g、及び5重量%水酸化カリウム水溶液278.5gをカイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、25℃で分散させた。内容物を96℃で安定させ、カイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下で2時間保持した(中和度100%)。続いて、カイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、脱イオン水を6g/minで滴下し、合計1735.4gを添加した。この間、脱イオン水を300g添加した時点で、系内の粘度が極大値となった。また、系の温度は96℃に保持し、200メッシュ(目開き:105μm)の金網を通して、微粒化した樹脂乳化液1を得た。得られた樹脂乳化液1中の樹脂粒子の体積中位粒径は0.56μm、固形分濃度は24.7重量%であり、金網上には樹脂成分は何も残らなかった。
各配合割合及び結果を表1に示す。
実施例2〜7 樹脂乳化液2〜7の製造
表1に示す配合割合で、実施例1と同様にして樹脂乳化液2〜7を作製した。結果を表1に示す。
比較例1
2リットル容のステンレス釜で、ポリエステル樹脂A160.0g、ポリエステル樹脂B105.0g、マスターバッチ1 50.1g及び、アニオン性界面活性剤「ネオペレックス G−65(花王社製)」ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(固形分:25重量%)12.0gおよび、非イオン性界面活性剤「エマルゲン 430(花王社製)」ポリオキシエチレン(26mol)オレイルエーテル(HLB:16.2)3.0g及び、5重量%水酸化カリウム水溶液139.2gをカイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、25℃で分散させた。内容物を96℃に昇温した直後、カイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、脱イオン水を6mL/min滴下し、計545.8gを添加した。この間、系の温度は96℃に保持し、200メッシュ(目開き:105μm)の金網を通して、微粒化した樹脂乳化液を得た。金網上にはほとんどの樹脂成分が残った。
各配合割合及び結果を表1に示す。
比較例2
2リットル容のステンレス釜で、ポリエステル樹脂A160.0g、ポリエステル樹脂B105.0g、マスターバッチ1 50.1gをカイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、130℃で溶融させた。カイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、アニオン性界面活性剤「ネオペレックス G−65(花王社製)」ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(固形分:25重量%)12.0gおよび、非イオン性界面活性剤「エマルゲン430(花王社製)」ポリオキシエチレン(26mol)オレイルエーテル(HLB:16.2)3.0g及び、5重量%水酸化カリウム水溶液139.2gを添加したところ、内容物の温度が105℃になった時点で攪拌不能となり、乳化粒子の調整を中断した。
各配合割合及び結果を表1に示す。
Figure 0004634273
なお、上記表1において、各成分の数値は、それぞれポリエステルA,ポリエステルB及びマスターバッチ1に含まれる樹脂成分の合計量を100とした時の部数を表す。
実施例8 トナーの製造
(1)凝集粒子の作製
実施例1で得た樹脂乳化液500g、脱イオン水73gを1リットル容の容器に入れ、次に、カイ型の攪拌機で100r/minの攪拌下、60℃で1重量%硫酸水溶液233gを添加した。1分後に25重量%アンモニア水3.2gを添加し、凝集剤として10重量%硫酸ナトリウム水溶液168gを添加し、60℃で3分攪拌した。その後、攪拌しながら、60℃から昇温速度0.16℃/minで加熱した。
(2)合一粒子の作製
分散液の温度が85℃になった時点で加熱を止め、攪拌しながら室温まで徐冷した(合一粒子の作製)。内容物を、吸引ろ過、洗浄、乾燥して着色樹脂微粒子を得た。着色樹脂微粒子の体積中位粒径(D50)は4.5μmであった。
(3)トナーの作製
この着色樹脂微粒子100重量部に対して1.0重量部の疎水性シリカ(日本アエロジル社製、R972、個数平均粒子径16nm)をヘンシェルミキサーを用いて外添し、シアントナーとした。得られたシアントナーの体積中位粒径(D50)は4.0μm、CV値は23%、軟化点は90.2℃、ガラス転移温度は54.1℃であった。トナーの物性を表2に示す。
得られたシアントナーに平均粒径60μmのシリコンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)を添加し、トナーの重量/(トナーとキャリアの重量)T/D=5.0重量%に混合した現像剤をリコー社製IPSIO NX85Sでベタ画像を印字し、シリコンオイル塗布型定着機で100℃から200℃まで10℃刻みで定着試験を行ったところ、120℃で定着可能であることを確認した。
[トナーの定着試験]
各温度で定着させたベタ画像の画像濃度を「透過型マクベスTR−927」を用いて測定した後、その印刷用紙を金属ブレードを備えた擦り試験機にセットし、その印刷用紙との接触面に印刷用紙と同じ白紙を巻き付け、1kgの荷重をかけた金属ブレードにより、ベタ部を10往復擦った。擦り後の画像濃度を再度測定し、下記式より擦り残存率を求め、擦り残存率が90%を超える定着ロールの温度を最低定着温度として低温定着性を評価した。
擦り残存率(%)=(擦り後の画像濃度/擦り前の画像濃度)×100
実施例9 トナーの製造
(1)凝集粒子の作製
実施例2で得た樹脂含有粒子を含む分散液500g、脱イオン水86gを1リットル容の容器に入れ、次に、カイ型の攪拌機で100r/minの攪拌下、60℃で1重量%硫酸水溶液238gを添加した。1分後に25重量%アンモニア水3.3gを添加し、凝集剤として10重量%硫酸ナトリウム水溶液172gを添加し、60℃で3分攪拌した。その後、攪拌しながら、60℃から昇温速度0.16℃/minで加熱した。
(2)合一粒子の作製
分散液の温度が87℃になった時点で加熱を止め、攪拌しながら室温まで冷却した(合一粒子の作製)。内容物を、吸引ろ過、洗浄、乾燥して着色樹脂微粒子を得た。着色樹脂微粒子の体積中位粒径(D50)は5.0μmであった。
(3)トナーの作製
この着色樹脂微粒子100重量部に対して1.0重量部の疎水性シリカ(日本アエロジル社製、R972、個数平均粒子径:16nm)をヘンシェルミキサーを用いて外添し、シアントナーとした。得られたシアントナーの体積中位粒径(D50)は3.7μm、CV値は20%、軟化点は89.8℃、ガラス転移温度は55.5℃であった。トナーの物性を表2に示す。
得られたシアントナーに平均粒径60μmのシリコンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)を添加し、T/D=5.0重量%に混合した現像剤をリコー社製IPSIO NX85Sでベタ画像を印字し、シリコンオイル塗布型定着機で100℃から200℃まで10℃刻みで実施例8と同様にして定着試験を行ったところ、120℃で定着可能であることを確認した。
実施例10 トナーの製造
(1)凝集粒子の作製
実施例3で得られた樹脂乳化液500g、脱イオン水57gを1リットル容の容器に入れ、次に、カイ型の攪拌機で100r/minの攪拌下、60℃で1重量%硫酸水溶液226gを添加した。1分後に25重量%アンモニア水3.1gを添加し、凝集剤として10重量%硫酸ナトリウム水溶液16.4gを添加し、60℃で3分間攪拌した。その後、攪拌しながら、60℃から昇温速度0.16℃/minで加熱した。
(2)合一粒子の作製
分散液の温度が95℃になった時点で加熱を止め、攪拌しながら室温まで冷却した(合一粒子の作製)。内容物を、吸引ろ過、洗浄、乾燥して着色樹脂微粒子を得た。着色樹脂微粒子の体積中位粒径(D50)は4.0μmであった。
(3)トナーの作製
この着色樹脂微粒子100重量部に対して1.0重量部の疎水性シリカ(日本アエロジル社製、R972、個数平均粒子径:16nm)をヘンシェルミキサーを用いて外添し、シアントナーとした。得られたシアントナーの体積中位粒径(D50)は3.8μm、CV値は16%、軟化点は102℃、ガラス転移温度は59.2℃であった。トナーの物性を表2に示す。
得られたシアントナーに平均粒径60μmのシリコンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)を添加し、T/D=5.0重量%に混合した現像剤をリコー社製IPSIO NX85Sでベタ画像を印字し、シリコンオイル塗布型定着機で100℃から200℃まで10℃刻みで実施例8と同様にして定着試験を行ったところ、120℃で定着可能であることを確認した。
Figure 0004634273
本発明の樹脂乳化液の製造方法は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法などにおいて使用される電子写真用トナーの製造に好適に用いることができる。

Claims (8)

  1. (a)ポリエステルを80重量%以上含有する酸基を有する樹脂を、塩基性水性媒体中において、前記樹脂の軟化点未満の温度で分散させる工程、(b)前記(a)工程で得られた分散液を、前記樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で30分以上攪拌して中和する工程、及び(c)前記(b)工程で中和された分散液に、前記樹脂のガラス転移温度以上かつ軟化点以下の温度で水性液を添加して水性媒体中で該樹脂を乳化する工程、を有する樹脂乳化液の製造方法。
  2. (a)工程における酸基を有する樹脂が、開口径5.6mmの篩いを95重量%以上通過する粒度を有する、請求項1記載の樹脂乳化液の製造方法。
  3. (c)工程において乳化開始直前の分散液中の樹脂含有量が50〜90重量%である、請求項1又は2に記載の樹脂乳化液の製造方法。
  4. (c)工程における水性液の添加速度が、前記樹脂100g当たり0.5〜50g/分である、請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂乳化液の製造方法。
  5. 酸基を有する樹脂の酸価が10〜50mgKOH/gである、請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂乳化液の製造方法。
  6. (a)工程において、酸基を有する樹脂に対して0〜5重量%の界面活性剤を存在させる、請求項1〜のいずれかに記載の樹脂乳化液の製造方法。
  7. (c)工程における樹脂の乳化粒子の体積中位粒径が0.02〜2μmである、請求項1〜のいずれかに記載の樹脂乳化液の製造方法。
  8. 請求項1〜のいずれかに記載の製造方法で樹脂乳化液を得る工程、及び得られた樹脂乳化液中の乳化粒子を、着色剤の存在下、凝集、合一させる工程、を有する電子写真用トナーの製造方法。
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