JP5071207B2 - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真用トナーの製造方法に係り、特に、微粉リサイクルによる電子写真用トナーの製造方法に関する。

電子写真用トナーを構成する原料を混合し、溶融混練した後、粉砕、分級するとともに、上記粉砕、分級工程で発生した微粉を、トナーの製造に再利用する電子写真用トナーの製造方法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら、この粉砕分級工程で発生する微粉を再利用する場合、添加する微粉により、原料混合物のかさ密度が低下し、混練機（特に２軸押出しタイプ）に供給する原材料の速度が低下してしまったり、ブリッジが発生し、混練機に供給できないなどの、いわゆるフィードネック現象が起こり、混練機に定量的に安定して供給できないという弊害が生じていた。

このような問題による生産性の低下を補うため、混練機の操作条件を詳細に設定する方法（例えば、特許文献３参照）や、微粉を加熱溶融させる方法（例えば、特許文献４、５、６参照）、そして微粉を造粒する方法（例えば、特許文献７、８参照）や、複雑で高度な技術を必要とする混合方式を行う方法（例えば、特許文献９、１０参照）、水及び水分を添加する方法（例えば、特許文献１１、１２、１３参照）等が提案されている。

これら様々な微粉リサイクルのための手法は、主に生産性を改善するための手法であるが、製造設備の増加や製造工程の増加、製造時間の増加、加熱や生産時間の増加による電力消費エネルギーの増加などを招いており、トータルの生産性の改善には至っていない。

また、混練の温度条件や押出しスクリューの形状などを変更したり、条件に制約が生まれてしまうと、本来目的とする顔料やＷＡＸ、帯電制御剤の分散に影響を及ぼし、画像欠陥に至る可能性がある。
特開平６−１６６１５８号公報 特開平５−３４９７６号公報 特開２００４−１０１８４５号公報 特開平１０−１６１３４３号公報 特開平８−０６９１２６号公報 特開平６−１８６７７５号公報 特開平６−２６６１５７号公報 特許第３４３５５８７号公報 特開２００６−２５９０１７ 特許第３４５１７１９号公報 特開平１０−３０７４２２号公報 特開平１０−３１９６３０号公報 特開２００６−２４３５９２号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、製造設備の増加や製造工程の増加、製造時間の増加などを必要とせずに、顔料やワックス、帯電制御剤等の分散を良好に維持しつつ、微粉リサイクルによるトナーの製造を容易に、且つ、高い生産性で行うことを可能とする電子写真トナーの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ポリエステル樹脂からなる結着樹脂及び着色顔料を含む原料を混合する工程、前記混合物を溶融混練する工程、溶融混練物を粉砕及び分級する工程、及び前記粉砕及び分級工程で発生した微粉を、前記混合工程に、前記ポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体とともに加える工程を具備し、前記有機液体が、炭素数５〜１６の鎖式飽和炭化水素、脂環式炭化水素、シリコーンオイル類、及びこれらの混合物からなる群から選ばれた１種であることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。

このような電子写真用トナーの製造方法において、前記有機液体として、前記ポリエステル樹脂と化学反応を生じないものを用いることが出来る。また、前記有機液体として、前記ポリエステル樹脂の軟化点より低い沸点を有するものを用いることが出来る。

前記有機液体の添加量は、微粉を除く原料の５質量％以下とすることが出来る。

本発明によると、製造設備の増加や製造工程の増加、製造時間の増加などを必要とせずに、顔料やワックス、帯電制御剤等の分散を良好に維持しつつ、微粉リサイクルによるトナーの製造を容易に、且つ、高い生産性で行うことを可能とする電子写真トナーの製造方法が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法は、粉砕及び分級工程で発生した微粉を原料混合工程に、結着樹脂であるポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体とともに加えることを特徴とする。

このように、粉砕及び分級工程で発生した微粉を原料混合工程にリサイクルするに際し、結着樹脂であるポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体を加えることにより、原料の混合が均一に行われ、また、原料混合部の混練の際に、有機液体の蒸発による吸熱により、樹脂温度を下げることが出来、それによって分散性を向上させることが出来る。その結果、カブリ特性、画質、耐久性の良好な電子写真用トナーを得ることが出来る。

上述したように、従来、粉砕及び分級工程で発生した微粉を原料混合工程に、水とともに加える方法が提案されているが、水は、ポリエステル樹脂を加水分解する恐れがあり、良好な液体とは言えない。本発明は、水以外の、ポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体を対象とするものである。また、上述した従来の方法の中には、所定の噴霧器や独立する第２の混合工程を用いるものもあるが、本発明では、そのようなことは必要としない。

本実施形態において、リサイクルされる微紛とともに用いられる、結着樹脂であるポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体としては、鎖式飽和炭化水素のうち、炭素数５−１６のもの、特に常温で液体であるガソリンなどに含まれる炭素数５−８のもの（ペンタンからオクタンまで）、炭素数９以上のものでは軽油（ディーゼル油）や灯油に用いられるノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカンなどが好ましく用いることが出来る。

そして、これらのパラフィン類は均一の物質ではなく、様々な構成炭素鎖を有するものの混合物である。常温常圧で液状である混合パラフィンは、「流動パラフィン」（ｌｉｑｕｉｄ ｐａｒａｆｆｉｎ）と呼ばれ、ヌジョール（ｎｕｊｏｌ）、ミネラルスピリット、ミネラルターペン、ホワイトスピリット、ホワイト油、白色鉱油、石油スピリット、ミネラルシンナー、ペトロリウムスピリット、水パラフィン、ミネラルオイル、ミネラルオイルホワイト、等が利用可能である。

不飽和炭化水素類やビニル基に塩素や酸素、カルボニル基、アミノ基、水酸基、などが置換／結合したものは、ポリエステル樹脂との反応性／溶解性が高く、本発明には適さないが、アルコール類やエーテル類、エステル類の有機溶剤の一部には、ポリエステル樹脂との反応性／溶解性が低く、利用可能なものもある。

オイル類には、鉱物油、植物油、合成油などがあるが、いずれもポリエステル樹脂の溶解性が低いので、微粉のリサイクル原料供給を改善することが出来るので、利用可能である。しかし、これらも不飽和脂肪酸が多く含まれ、加熱混練時に結着樹脂であるポリエステル樹脂と反応を起こす可能性があり、適しているとはいえない。

高級アルコールについても同様に、ポリエステル樹脂との反応性が懸念されるので、適してはいない。

不活性であり、粘度を自由に調整でき最も利用し易いオイルは、シリコーンオイル類（ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル）であり、ポリエーテル変性、メチルスチリル変性、アルキル変性、高級脂肪酸エステル変性、親水性特殊変性、高級脂肪酸含有、フッ素変性など、非反応性の変性シリコーンオイルも使用可能である。なお、反応性の変性シリコーンオイルでも（アミノ変性、エポキシ変性、カルボキシ変性、カルビノール変性、メタクリル変性、メルカプト変性、フェノール変性）、微粉のリサイクル原料の供給性は改善される。

なお、水は、結着樹脂としてのポリエステルの加水分解を生じたり、有機金属錯体であるＣＣＡの溶解や分解を起こし易いので好ましくない。

また、沸点が混練時の温度を超える有機液体は、トナー中に残存することとなるので、弊害を発生するものは使用できない。従って、結着樹脂であるポリエステル樹脂の軟化点より沸点が低いものが望ましい。沸点がポリエステル樹脂の軟化点を超える有機液体であっても、トナー中に残存する場合に弊害を発生しないか、むしろ良い効果を与えるものであれば、使用可能である。

有機液体の添加量は、微粉を除く原料の５質量％以下であることが望ましい。微粉を除く原料の５質量％を超えると、有機溶剤の揮発量が増加し環境に対して望ましくない
。

以下、トナー粒子の原料及び外添剤等を用いて、本発明の一実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。

先ず、原料混合工程では、トナー内添剤として、所定のトナー原料、粉砕・分級工程からの微紛、及び所定の有機液体を、所定量秤量して配合し、同時に混合する。その際、特別な設備や特別な条件／方法等は必要ではない。混合装置の一例としては、ダブルコン・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、ナウターミキサ一等がある。

次に、配合及び混合したトナー原料混合物を溶融混練して、樹脂類を溶融し、その中に着色剤等を分散させる。この溶融混練工程では、例えば、連続式の練り機を用いることができる。近年では、連続生産できる等の優位性から、１軸又は２軸押出機が主流となっており、例えば、神戸製鋼所（株）製ＫＴＫ型２軸押出機、東芝機械（株）製ＴＥＭ型２軸押出機、ケイ・シー・ケイ（株）製２軸押出機、池貝鉄工（株）製ＰＣＭ型２軸押出機、ブス（株）製コ・ニーダー等が一般的に使用される。

更に、トナー原料混合物を溶融混練することによって得られた着色樹脂組成物を溶融混練した後、２本ロール等で圧延し、水冷等で冷却する。

得られた着色樹脂組成物の冷却物は、次いで、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、先ず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕され、更にカウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ（ホソカワミクロン社製）；ＩＤＳ型ミル、ＰＪＭジェット粉砕機、超音速ジェット粉砕機ＩＤＳ、ＣＰＹ＋ＵＦＳ（日本ニューマチック工業社製）；クロスジェットミル（栗本鉄工所社製）；ウルマックス（日曹エンジニアリング社製）；ＳＫジェット・オー・ミル（セイシン企業社製）；クリプトロン（川崎重工業社製）；ターボミル（ターボ工業社製）等で粉砕される。粉砕工程では、このように段階的に所定のトナー粒度まで粉砕される。

その後、分級工程において、所望の粒径を有するトナー粒子を得る。分級装置の一例として、クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー（セイシン企業社製）；ターボクラッシファイアー（日清エンジニアリング社製）；ミクロンセパレータ、ターボプレックス（ＡＴＰ）、ＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン社製）；エルボージェット（日鉄鉱業社製）、高精度気流分級機ＤＳＦ、ＤＸＦ、ＵＦＣ、マイクロスピンＭＰ（日本ニューマチック工業社製）；ＹＭマイクロカット（安川商事社製）等が挙げられる。

以上の分級工程では、所望の粒径を有するトナー粒子と、規格外のトナー粒子に分離される。規格外微紛とは、所望するトナー粒径にもよるが、ほぼ体積平均粒径５μｍ以下の微粉であり、所望の粒径が小さくなれば規格外微粉の粒径も小さくなる。そしてその割合も、所望するトナー粒度分布によって変化し、おおよそ、５〜３０重量％である。

得られた所望の粒径を有するトナー粒子は、必要に応じて所望の外添剤を用いて外添処理を行う。外添処理の方法としては、分級された分級品とシリカ、及び酸化チタンなどを所定量配合し、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撹拌機を外添機として用いて、撹拌・混合することにより、トナーを得ることができる。

その後、必要に応じて、粗粒などをふるい分けるために、例えば、ウルトラソニック（晃栄産業社製）；レゾナシーブ、ジャイロシフター（徳寿工作所社）；バイブラソニックシステム（ダルトン社製）；ソニクリーン（新東工業社製）；ターボスクリーナー（ターボ工業社製）；ミクロシフター（槙野産業社製）；円形振動篩い等の篩分機を用いても良い。

なお、上記分級工程で分離された規格外のトナー粒子である微紛は、上述した原料の混合工程に、上述した有機液体とともにリサイクルされる。

実施例
以下、本発明の実施例を示し、本発明について、より具体的に説明する。

先ず、下記表１に示す結着樹脂、粉砕・分級工程からの微紛、及び有機液体を、所定量秤量して配合し、三井鉱山製ヘンシェルミキサー（ＦＭ−２０Ｌ）により同時に混合した。

次に、得られたトナー原料混合物を、池貝鉄工社製ＰＣＭ型２軸押出機（ＰＣＭ−４３）により溶融混練して、樹脂類を溶融し、その中に、下記表１に示す顔料、帯電防止剤、及び離型剤等を分散させた。

次いで、得られた混練物を２本ロール等で圧延し、水冷等で冷却した。

その後、得られた着色樹脂組成物の冷却物を、粉砕工程で所望の粒径にまで、段階的に粉砕した。即ち、先ず、粗粉砕され、更に微粉砕した。本実施例では、日本ニューマチック工業（株）製の衝突式超音速ジェット粉砕機ＣＰＹ＋ＵＦＳを用いた。

その後、分級工程において、所望の粒径を有するトナー粒子を得た。分級装置としては、日本ニューマチック工業（株）製：高精度気流分級機ＵＦＣを使用した。

以上の分級工程において、体積平均粒径５μｍ以下の微粉を規格外のトナー粒子として、所望の粒径を有するトナー粒子から分離した。

得られた所望の粒径を有するトナー粒子に、下記表１に示す外添剤を所定量配合し、三井鉱山（株）製ヘンシェルミキサー（ＦＭ−２０Ｌ）により、撹拌・混合することにより外添処理し、トナーを得た。

以上のようにして得たトナー試料について、下記の方法で、原料の供給速度、ブリッジ／フィードネック現象の有無、ダマ、塊、ブロッキングの有無を調べた。

１.供給速度
池貝鉄工社製ＰＣＭ型２軸押出機ヘスクリュータイプの重量フィーダーで原料を供給しブリッジ／フィードネック現象が発生するまで徐々に供給速度を高くしてゆき、ブリッジ／フィードネック現象が発生する直前の供給速度を求める。

２.ブリッジ／フィードネック現象
１で求めた供給速度で、混練機に原材料を連続供給し、安定した原料供給ができたか。

○：安定した供給ができた
△：供給速度が安定しない
×：ブリッジ／フィードネック現象により供給不良
３.ダマ、塊、ブロッキング
三井鉱山（株）製ヘンシェルミキサー（ＦＭ−２０Ｌ）により混合された混合材料を目開き５ｍｍの篩にて塊やダマ、ブロッキングの有無を確認する。

以上の結果を下記表１及び表２に示す。

上記表１及び表２から明らかなように、結着樹脂であるポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体を用いた場合（実施例１〜１３）には、有機液体を全く添加しない比較例１及び５と比較して、供給速度が大幅に上昇した。

なお、比較例２、３、４及び６では、結着樹脂に対して溶解性を有する有機液体を添加したため、結着樹脂および微粉がお互いに溶着して、塊ダマができてしまい、均一な混合、安定した供給ができなかった。

Claims (4)

1. ポリエステル樹脂からなる結着樹脂及び着色顔料を含む原料を混合する工程、
   前記混合物を溶融混練する工程、
   溶融混練物を粉砕及び分級する工程、及び
   前記粉砕及び分級工程で発生した微粉を、前記混合工程に、前記ポリエステル樹脂に対し弱溶解性もしくは貧溶解性の有機液体とともに加える工程
   を具備し、
   前記有機液体が、炭素数５〜１６の鎖式飽和炭化水素、脂環式炭化水素、シリコーンオイル類、及びこれらの混合物からなる群から選ばれた１種である
   ことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
2. 前記有機液体は、前記ポリエステル樹脂と化学反応を生じないものであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナーの製造方法。
3. 前記有機液体は、前記ポリエステル樹脂の軟化点より低い沸点を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真用トナーの製造方法。
4. 前記有機液体の添加量は、微粉を除く原料の５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。