JP5831063B2 - 静電荷像現像用トナーの製造方法、及び製造装置 - Google Patents
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Description
少なくとも樹脂粒子が分散された原料分散液を準備する工程と、
前記原料分散液中で、少なくとも前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する工程と、
前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上まで加熱して、前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する工程と、
熱交換器により、加熱前の前記凝集粒子分散液と、前記トナー粒子が分散された加熱後のトナー粒子分散液と、の間で熱交換処理を行い、加熱前の前記凝集粒子分散液の温度を上昇させ、加熱後の前記トナー粒子分散液の温度を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以下に降下させる工程と、
を有し、
前記凝集粒子分散液の加熱後、前記トナー粒子分散液の温度が前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間が10分以内である、
静電荷像現像用トナーの製造方法。
前記熱交換処理は、加熱前の前記凝集粒子分散液が流通する第1配管と、加熱後の前記トナー粒子分散液が流通する第2配管とを隣接した状態で、前記各配管に前記各粒子分散液を流通させることにより行う請求項1に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
前記熱交換処理において、前記第1配管における前記凝集粒子分散液の流通、及び前記第2配管における前記トナー粒子分散液の流通を、下記式(1)で示されるレイノルズ数Reが100以上15000以下を満たすように行う請求項2に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
・式(1):Re=[配管相当直径(m)×分散液の流速(m/s)×分散液の流体密度(kg/m3)]/分散液の流体粘度(Pa・s)
少なくとも樹脂粒子が分散された原料分散液中で、少なくとも前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成手段と、
前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上まで加熱して、前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成するトナー粒子形成手段と、
加熱前の前記凝集粒子分散液と、前記トナー粒子が分散された加熱後のトナー粒子分散液と、の間で熱交換処理を行い、加熱前の前記凝集粒子分散液の温度を上昇させ、加熱後の前記トナー粒子分散液の温度を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以下に降下させる熱交換器と、
を有し、
前記凝集粒子分散液の加熱後、前記トナー粒子分散液の温度が前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間が10分以内である、
静電荷像現像用トナーの製造装置。
前記熱交換器が、加熱前の前記凝集粒子分散液が流通する第1配管と、加熱後の前記トナー粒子分散液が流通する第2配管とを隣接した状態で、前記各配管に前記各粒子分散液を流通させる熱交換器である請求項4に記載の静電荷像現像用トナーの製造装置。
前記熱交換器において、前記第1配管における前記凝集粒子分散液の流通、及び前記第2配管における前記トナー粒子分散液の流通を、下記式(1)で示されるレイノルズ数Reが100以上15000以下を満たすように行う請求項5に記載の静電荷像現像用トナーの製造装置。
・式(1):Re=[配管相当直径(m)×分散液の流速(m/s)×分散液の流体密度(kg/m3)]/分散液の流体粘度(Pa・s)
請求項3に係る発明によれば、熱交換処理において、各分散液の各配管での流通を上記式(1)で示されるレイノルズ数Reが上記範囲外となるようにした場合に比べ、得られるトナー粒子の大径側個数平均粒度分布指標(上GSDv)及び小径側個数平均粒度分布指標(下GSDv)の悪化が抑制された静電荷像現像用トナーの製造方法が提供できる。
請求項6に係る発明によれば、熱交換器において、各分散液の各配管での流通を上記式(1)で示されるレイノルズ数Reが上記範囲外となるようにした場合に比べ、得られるトナー粒子の大径側個数平均粒度分布指標(上GSDv)及び小径側個数平均粒度分布指標(下GSDv)の悪化が抑制された静電荷像現像用トナーの製造装置が提供できる。
そして、熱交換器により、加熱前の凝集粒子分散液と、トナー粒子が分散された加熱後のトナー粒子分散液と、の間で熱交換処理を行い、加熱前の凝集粒子分散液の温度を上昇させ、加熱後のトナー粒子分散液の温度を降下させる工程をさらに有している。
このため、凝集粒子分散液に対して、融合・合一を行うための加熱に必要となるエネルギーが低減されることとなる。
一方、本実施形態に係るトナーの製造方法では、加熱後のトナー粒子分散液を加熱前の凝集粒子分散液との間で熱交換処理することにより、加熱後のトナー粒子分散液の温度を降下させている。
このため、加熱後のトナー粒子分散液に対して、例えば、室温(例えば25℃)程度にまで冷却するために必要となるエネルギーが低減されることとなる。
特に、本実施形態に係るトナーの製造方法では、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する際の加熱・冷却において、凝集粒子分散液に対して本加熱前に熱交換器による前加熱を行うと共に、本冷却前に熱交換器による前冷却が行うといった具合に段階的に加熱・冷却を行う。これにより、加熱時の凝集粒子分散液の粘度上昇が抑制され、結果として粒度分布制御が容易になり、また冷却時の分散液中の温度分布を狭くなることから、形状分布がより狭くなり易くなるといった効果が奏される。
なお、トナー粒子の形状を制御する工程は、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する工程(つまり、凝集粒子が加熱前(形状制御前)のトナー粒子に相当)、その他、異形状のトナー粒子を球状のトナー粒子に形状制御するために、トナー粒子分散液を加熱する工程等が挙げられる。
熱交換器21(冷媒側の配管供給口)と凝集粒子形成装置10とは、断熱配管41により連結されている。
加熱部22と熱交換器21(冷媒側の配管排出口)とは、断熱配管42により連結されている。
加熱部22と熱交換器21(熱媒側の配管供給口)とは、断熱配管43により連結されている。
冷却部24と熱交換器21(熱媒側の配管排出口)とは、断熱配管44により連結されている。
冷却部24と貯留槽30とは、断熱配管45により連結されている。
具体的には、熱交換器21は、例えば、加熱前の凝集粒子分散液が流通する冷媒側配管21A(第1配管の一例)と、加熱後のトナー粒子分散液が流通する熱媒側配管21Bとを隣接して構成され(例えば図2参照)、前記各配管に前記各粒子分散液を流通させることにより熱交換処理が行われる間接接触式の熱交換器が挙げられる。
冷媒側配管21Aと熱媒側配管21Bとは、熱媒側配管21Bの内部(その中央)に、一つ又は複数の冷媒側配管21Aが設けられるように隣接して配置されていてもよいし、互いに隣合ように並列に隣接して配置されていてもよい。
具体的には、加熱部22は、例えば、熱交換器で構成され、冷媒側の配管に凝集粒子分散液を流通させ、他方、熱媒側の配管に凝集粒子を構成する樹脂粒子(その樹脂)のガラス転移温度以上の温度の熱媒体を流通させることにより、凝集粒子分散液を加熱する。
なお、加熱部22は、上記構成に限られず、加熱源を有し、凝集粒子分散液を加熱する構成であれば、周知のものが採用される。
具体的には、冷却部24も、例えば、熱交換器で構成され、熱媒側の配管にトナー粒子分散液を流通させ、他方、冷媒側の配管に冷媒体を流通させることにより、熱交換処理を行い、凝集粒子分散液を冷却する。
なお、冷却部24も、上記構成に限られず、冷却源を有し、トナー粒子分散液を冷却する構成であれば、周知のものが採用される。
なお、以下の説明では、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じてトナーに含ませるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
まず、結着樹脂で構成された樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤分散液を準備する。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類などが挙げられる。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。
界面活性剤は、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。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)で測定される。以下、他に断りがないかぎり、粒子の体積平均粒径は同様に測定される。
結着樹脂としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のエチレン性不飽和ニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソ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、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのポリオレフィン類;等の単量体などの重合体、若しくはこれらを2種以上組み合せた共重合体、又はこれらの混合物等が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂として、非晶性ポリエステル樹脂を単独で用いてもよいし、非晶性ポリエステル樹脂と共に、結晶性ポリエステル樹脂を併用してもよい。
具体的には、例えば、結晶性樹脂(結晶性ポリエステル樹脂)とは、昇温速度10℃/minで測定した際の吸熱ピークの半値幅が10℃以内であることを意味し、非晶性樹脂(非晶性ポリエステル樹脂)とは、半値幅が10℃を超える樹脂や、明確な吸熱ピークが認められない樹脂を意味する。
着色剤としては、特に制限はなく、例えば、カーボンブラック、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、ピグメントイエロー、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、ピグメントレッド、ローズベンガル、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、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、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、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等が得られる。
離型剤としては、特に制限はなく、例えば、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;エステルワックス、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、及びそれらの変性物が挙げられる。
離型剤の融解温度としては、例えば、50℃以上100℃以下の範囲が挙げられる。
その他添加剤としては、例えば、帯電制御剤等が挙げられる。
帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いてもよい。
次に、樹脂粒子分散液と共に、着色剤粒子分散液と、離型剤分散液と、を混合する。
そして、これら粒子が混合して分散された原料分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
凝集粒子形成工程においては、例えば、原料分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸などのオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)などが挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、ポリエステル樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下の範囲内が挙げられ、0.1質量部以上3.0質量部未満であってもよい。
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱した後、酸を添加して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成し、その後、冷却する。
また、酸と共に分散剤も、加熱後の凝集粒子分散液に添加してもよい。分散剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等が挙げられる。
次に、熱交換器21において、供給された加熱前の凝集粒子分散液が熱媒体である加熱後のトナー粒子分散液との間で熱交換され、加熱前の凝集粒子分散液の温度が上昇する。
次に、温度が上昇した凝集粒子分散液を、熱交換器21(冷媒側配管21Aの排出口)から断熱配管42を通じて、加熱部22へ供給する。
次に、加熱部22において、温度が上昇した凝集粒子分散液が、凝集粒子を構成する樹脂粒子(その樹脂)のガラス転移温度以上に加熱する。
ここで、加熱された凝集粒子分散液が断熱配管43に流通する経路途中で、酸供給部23により酸を投入する。酸の投入により凝集粒子分散液がpHが酸性に調整され、凝集粒子の融合・合一が進行し、形状が制御されつつ、トナー粒子が形成されていく。
つまり、断熱配管43経路中で、ガラス転移温度以上に加熱された凝集粒子は、その温度を維持しつつ、酸の投入により、凝集粒子分散液が流液しながら、融合・合一が進行し、形状が制御され、トナー粒子が形成されていく。
そして、断熱配管43経路中で形成されたトナー粒子の分散液(加熱後のトナー粒子分散液)が熱交換器21(熱媒側配管21Bの供給口)に供給されこととなる。
ここで、加熱後のトナー粒子分散液の温度が、トナー粒子分散液の加熱後、樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間(つまり、凝集粒子分散液の加熱後、凝集粒子が融合・合一して形成されたトナー粒子分散液の温度が樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間)は、10分以内(望ましくは8分以内、より望ましくは2分以内)であることがよい。なお、本時間の下限は、4μm以下の粒子割合増加を抑制する観点から1分以上であることがよい。
つまり、加熱部22によって、凝集粒子分散液が凝集粒子の樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上まで加熱された後、熱交換器21によって、トナー粒子分散液がトナー粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで低下する時間が、10分以内であることがよい。
本時間を上記範囲内とすることにより、熱交換器21によってトナー粒子分散液の温度を降下させる前後において、トナー粒子の円形度の変動が抑制され易くなる。
次に、冷却部24において、温度が降下したトナー粒子分散液を、例えば、室温(25℃)程度にまで冷却する。
そして、冷却されたトナー粒子分散液を、冷却部24から断熱配管45を通じて、貯留槽30へ送られ、貯留する。
・式(1):Re=[配管相当直径(m)×分散液の流速(m/s)×分散液の流体密度(kg/m3)]/分散液の流体粘度(Pa・s)
なお、冷媒側配管21A、熱媒側配管21Bが、それぞれ複数の配管を有する場合、一つの配管における分散液の流通を、上記式(1)で示されるレイノルズ数Reが上記範囲を満たすように行うことがよい。
なお、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア/シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが望ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が望ましく用いられる。更に乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が望ましく用いられる。
疎水化処理剤の量としては、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部程度である。
まず、実施例、比較例で用いたトナー等の物性測定方法について説明する。
(体積平均粒径、及び粒度分布)
体積平均粒径、及び粒度分布は、以下の通り測定される。
まず、粒度分布(体積粒度分布、個数粒度分布)の測定装置として、コールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)を用いる。測定方法としては、電解水溶液100ml以上150ml以下中に分散剤として、界面活性剤(望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を、0.1ml以上5ml以下加え、さらに測定試料を2mg以上20mg以下加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で1分間以上3分間以下分散処理を行ない、測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー(トナー粒子)の体積又は個数を各チヤンネルごとに測定して、トナーの体積粒度分布又は個数粒度分布を算出する。また、上記測定はトナーを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行う。
粒径4μm以下の粒子の割合は、上記チャンネルの小さい側の3チャンネルを合わせたもので、2.00μm以上、4.00μm以下を示すものである。
円形度は、次の通りである。FPIA−3000(シスメックス社製)を使用し、撮影された少なくとも5000個以上各々の粒子に対して画像解析を行い、統計処理することによって、平均円形度として求めた。個々の円形度は下記式に基づいて求めた。
式: 円形度=円相当径周囲長/周囲長=[2×(A×π)1/2]/PM
(上記式において、Aは粒子の投影面積、PMは粒子の周囲長を表す。)
なお、測定はHPFモード(高分解能モード)、希釈倍率10倍で行った。また、データの解析に当たっては、測定ノイズ除去の目的で、個数粒径解析範囲を3μm以上80μm以下の範囲、円形度解析範囲を0.850乃至1.000の範囲で実施した。
非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)及び結晶性樹脂の溶解温度(Tm)は、ASTMD3418−8に準拠して、示差走査熱量計(島津社製:DSC−50)を用い、室温(25℃)から150℃まで昇温速度10℃/分の条件下で測定することにより求めた。なお、ガラス転移点は吸熱部におけるベースラインと立ち上がりラインとの延長線の交点の温度とし、溶解温度は、JIS規格(JIS K−7121参照)により解析して、吸熱ピークの頂点の温度とした。
樹脂の分子量は、テトラヒドロフラン可溶分(THF可溶物)を、東ソー製GPC・HLC−8120、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で測定し、単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して分子量を算出したものである。
(分散液の固形分濃度)
固形分濃度は、水分率計MA35 (ザルトリウス・メカトロニクス・ジャパン(株)社製)を用いて求めた。
流体粘度は、振動式粘度計VM−10A (セコニック社製)を用いて測定した。
(非結晶性樹脂粒子分散液の作製)
加熱乾燥した反応器に、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146モル部と、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1317モル部と、テレフタル酸146モル部と、フマル酸980モル部と、n−ドデセニルコハク酸44モル部と、トリメリット酸293モル部と、これらの酸成分(テレフタル酸、n−ドデセニルコハク酸、トリメリット酸、フマル酸の合計モル数)に対して0.05モル部のジブチル錫オキサイドとを入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、150℃乃至230℃で12時間から20時間共縮重合反応させ、その後、210℃乃至250℃で徐々に減圧して、非結晶性ポリエステル樹脂3000部を合成した。この樹脂の重量平均分子量Mwは55000、ガラス転移温度Tgは55℃であった。
次いで、高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)の乳化タンクに、得られた非結晶性ポリエステル樹脂3000部、イオン交換水10000部、界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム90部を投入した後、130℃に加熱溶融後、110℃で流量3L/minにて10000回転で30分間分散させ、冷却タンクを通過させて非結晶性樹脂粒子分散液(高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010 スリット0.4mm)を回収し、分散樹脂粒子の体積平均粒径が150nmの非結晶性樹脂粒子分散液を得た。固形分濃度は、40質量w%であった。
加熱乾燥した反応器に、エチレングリコール1035質量部、5−スルホイソフタル酸ナトリウムジメチル185量部、セバシン酸ジメチル1777質量部、と触媒としてジブチル錫オキサイド2.5質量部を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌を行った。その後、減圧下にて220℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂3000質量部を合成した。得られた結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(MW)は11000であり、数平均分子量(Mn)は4700であった。また、結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)は、明確なピークを有し、ピークトップの温度は69℃であった。樹脂のNMRスペクトルから測定計算した、共重合成分(5−スルホイソフタル酸成分)とセバシン酸成分の含有比は7.5:92.5であった。
次いで、高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)の乳化タンクに、得られた結晶性ポリエステル樹脂 3000部、イオン交換水10000部、界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム90部を投入した後、110℃に加熱溶融後、100℃で流量2.5L/minにて10000回転で30分間分散させ、冷却タンクを通過させて結晶性樹脂粒子分散液(高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010 スリット0.4mm)を回収し、分散樹脂粒子の体積平均粒径が165nmの結晶性樹脂粒子分散液を得た。固形分濃度は、38質量%であった。
カーボンブラック(キャボット社製、モーガルL) 50質量部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンRK) 6質量部、イオン交換水200質量部、上記成分を常温にて十分混合した後、分散機で60分間分散し、体積平均粒径(D50v)が200nmの着色剤粒子分散液を得た。固形分濃度は、20質量%であった。
パラフィンワックス(日本精蝋社製、HNP0190、融点85℃) 50質量部、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンR) 3質量部、イオン交換水 150質量部、上記成分を混合し120℃に加熱した後、圧力吐出型ホモジナイザ(ゴーリン社製、高圧ホモジナイザ)に通して分散処理を行い、体積平均粒径(D50v)が200nmの離型剤分散液1を得た。固形分濃度は、20質量%であった。
非晶性樹脂粒子分散液 200質量部、結晶性樹脂粒子分散液 30質量部、着色剤粒子分散液 40質量部、離型剤粒子分散液 45質量部、硫酸アルミニウム 0.80質量部、イオン交換水 600質量部を、加熱冷却可能なジャケットを有した攪拌槽1に投入し、pHを4.0に調整し、分散機(大平洋機工株式会社製、キャビトロン)を用いて混合分散させた後、4枚傾斜パドルにて、気液界面の壁面近傍のスラリー滞留を起こさない回転数で撹拌しながらジャケット温度50℃で加熱した。これにより、各粒子を凝集し、凝集粒子を形成した。
凝集粒子の体積平均粒径D50vが6.9umに達した段階で、非晶性樹脂微粒子分散液 100質量部とイオン交換水100質量部を添加し、20分混合して、さらに凝集粒子に非晶性樹脂粒子を凝集した。その後、pHを9.0に調整することで、凝集粒子分散液1を得た。得られた凝集粒子分散液に分散された凝集粒子の体積平均粒径D50vは8.0μm、流体密度1000kg/m3であった。
凝集粒子を融合・合一させるために、凝集粒子分散液1: 1116質量部をレイノズル数Reが9000になるような流速で、加熱後のトナー粒子分散液を冷媒体とする熱交換器(熱媒側配管の配管直径8mm、冷媒側配管直径12mm:以下、スラリー用熱交換器と称する)に通した。この熱交換器にはスタティックミキサー SMHE−1((株)ノリタケカンパニーリミテッド製)を用いた。
次に、スラリー用熱交換器に通した凝集粒子分散液1を、本加熱用熱交換器(加熱部)を通して、90℃に加熱した。加熱後、凝集粒子分散液1に硝酸を投入してpHを7.2にし、3分間温度を維持するよう断熱配管に通し、断熱配管経路中で、凝集粒子分散液1の凝集粒子が除去に融合・合一し、トナー粒子が形成されていった。
次に、レイノズル数Reが9000になるような流速で、形成されたトナー粒子分散液1(加熱後のトナー粒子分散液1)を、加熱前の凝集粒子分散液を熱媒体とするスラリー用熱交換器に通した。
次に、スラリー用熱交換器を通したトナー粒子分散液1を、本冷却用熱交換器(冷却部)40℃まで冷却した。
また、定常時、スラリー用熱交換器前後で、加熱前の凝集粒子分散液は40℃から78℃となり、加熱後のトナー粒子分散液は90℃から49℃となった。凝集粒子分散液を本加熱用熱交換器(加熱部)により加熱してから、加熱後のトナー粒子分散液の温度が非晶性樹脂粒子の樹脂のガラス転移温度Tg到達に要した時間(以下、Tg到達時間と称する)は1分だった。
スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速を、レイノルズ数Reが100となるようにした以外は、実施例1と同様に、トナー粒子2を得た。
スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速を、レイノルズ数Reが70となるようにした以外は、実施例1と同様に、トナー粒子3を得た。
スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速を、レイノルズ数Reが15000となるようにした以外は、実施例1と同様に、トナー粒子4を得た。
スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速を、レイノルズ数Reが16000となるようにした以外は、実施例1と同様に、トナー粒子5を得た。
凝集粒子を融合・合一させるために、凝集粒子分散液1: 1116質量部を加熱冷却可能なジャケットを有した攪拌槽に投入し、4枚傾斜パドルにて、200rpmで撹拌しながら内温90℃まで加熱した。凝集粒子分散液の温度が90℃到達後、凝集粒子分散液に硝酸を投入してpH7.2にし、温度保持した。これにより、凝集粒子分散液1の凝集粒子が除去に融合・合一し、トナー粒子が形成されていった。硝酸投入から1時間後、形成されたトナー粒子分散液の温度を40℃まで下げた。
また、スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速をレイノルズ数Re100とした実施例2は、当該流速をレイノルズ数Re70とした比較例3に比べ、凝集粒子同士の合一が抑制され、冷却後のトナー粒子の上GSDvが低減していることがわかる。
また、スラリー用熱交換器に通す各分散液の流速をレイノルズ数Re15000とした実施例4は、当該流速をレイノルズ数Re16000とした実施例5に比べ、凝集粒子のバラけが抑制され、冷却後のトナー粒子の下GSDvが低減していることがわかる。
また、Tg到達温度が10分を超えた比較例3は、他の実施例に比べ、冷却前後のトナー粒子の円形度が大きくなりより球状になっていることがわかる。
20 融合・合一装置
21 熱交換器
21A 冷媒側配管
21B 熱媒側配管
22 加熱部
23 酸供給部
24 冷却部
30 貯留槽
41 断熱配管
42 断熱配管
43 断熱配管
44 断熱配管
45 断熱配管
101 静電荷像現像用トナーの製造装置
Claims (6)
- 少なくとも樹脂粒子が分散された原料分散液を準備する工程と、
前記原料分散液中で、少なくとも前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する工程と、
前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上まで加熱して、前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する工程と、
熱交換器により、加熱前の前記凝集粒子分散液と、前記トナー粒子が分散された加熱後のトナー粒子分散液と、の間で熱交換処理を行い、加熱前の前記凝集粒子分散液の温度を上昇させ、加熱後の前記トナー粒子分散液の温度を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以下に降下させる工程と、
を有し、
前記凝集粒子分散液の加熱後、前記トナー粒子分散液の温度が前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間が10分以内である、
静電荷像現像用トナーの製造方法。 - 前記熱交換処理は、加熱前の前記凝集粒子分散液が流通する第1配管と、加熱後の前記トナー粒子分散液が流通する第2配管とを隣接した状態で、前記各配管に前記各粒子分散液を流通させることにより行う請求項1に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記熱交換処理において、前記第1配管における前記凝集粒子分散液の流通、及び前記第2配管における前記トナー粒子分散液の流通を、下記式(1)で示されるレイノルズ数Reが100以上15000以下を満たすように行う請求項2に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
・式(1):Re=[配管相当直径(m)×分散液の流速(m/s)×分散液の流体密度(kg/m3)]/分散液の流体粘度(Pa・s) - 少なくとも樹脂粒子が分散された原料分散液中で、少なくとも前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成手段と、
前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上まで加熱して、前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成するトナー粒子形成手段と、
加熱前の前記凝集粒子分散液と、前記トナー粒子が分散された加熱後のトナー粒子分散液と、の間で熱交換処理を行い、加熱前の前記凝集粒子分散液の温度を上昇させ、加熱後の前記トナー粒子分散液の温度を、前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以下に降下させる熱交換器と、
を有し、
前記凝集粒子分散液の加熱後、前記トナー粒子分散液の温度が前記樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度まで降下する時間が10分以内である、
静電荷像現像用トナーの製造装置。 - 前記熱交換器が、加熱前の前記凝集粒子分散液が流通する第1配管と、加熱後の前記トナー粒子分散液が流通する第2配管とを隣接した状態で、前記各配管に前記各粒子分散液を流通させる熱交換器である請求項4に記載の静電荷像現像用トナーの製造装置。
- 前記熱交換器において、前記第1配管における前記凝集粒子分散液の流通、及び前記第2配管における前記トナー粒子分散液の流通を、下記式(1)で示されるレイノルズ数Reが100以上15000以下を満たすように行う請求項5に記載の静電荷像現像用トナーの製造装置。
・式(1):Re=[配管相当直径(m)×分散液の流速(m/s)×分散液の流体密度(kg/m3)]/分散液の流体粘度(Pa・s)
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