JP5885522B2 - トナー粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、重合容器内でスチレンを含む重合性単量体を水系媒体中で重合する工程を有するトナー粒子の製造方法であって、該重合性単量体を該重合容器内の水系媒体へ添加し、該重合性単量体を重合温度T1において重合し、該重合容器内へ添加した時点での該重合性単量体の総モル数に対して0.06倍以上0.20倍以下のモル数の量の有機溶媒を、該重合性単量体の重合率が50%になるまでに添加し、重合温度T1において、有機溶媒は、重合温度T1におけるスチレンの蒸気圧より15kPa以上高い蒸気圧を有することを特徴とするトナー粒子の製造方法に関する。
添加する有機溶媒について説明する。
本発明は、重合性単量体の蒸発を抑制することがポイントの一つであるから、重合が進行して重合性単量体が固化してからではその効果を十分得ることができない。従って、有機溶媒を添加する時期は、重合性単量体組成物の調製を行う時から重合性単量体の重合率が50%になるまでに添加することが重要である。なお、有機溶媒は、重合性単量体組成物中へ添加しても良いし、水系媒体中へ添加してもよい。
重合反応を行う際の環境は特に制限されないが、密閉された重合容器を用いて加圧環境下で重合反応を行うと、付着や粗大粒子の生成は抑制できるものの、熱特性に優れているトナー粒子を安定して得ることが困難である。これは、重合反応中に発生した気体による重合容器内の圧力の変動や温度の変動に因るものと考えられる。
重合性単量体の重合率は、未反応のスチレンの定量を、ガスクロマトグラフィー(GC)により、以下のようにして測定し、算出する。
GC : HP社 6890GC
カラム : HP社 INNOWax(200μm×0.40μm×25m)
キャリアーガス : He(コンスタントプレッシャーモード:20psi)
オーブン : (1)温度50℃で10分ホールド、(2)10℃/分で温度200℃まで昇温、(3)温度200℃で5分ホールド
注入口 : 温度200℃、パルスドスプリットレスモード
(20→40psi、until 0.5分)
スプリット比 : 5.0:1.0
検出器 : 温度250℃(FID)
スケール付着物を定量するために、重合容器内にテストピースを設置する。テストピースとして用いるのはアルミ板(縦100mm×横50mm×厚さ2mm)である。撹拌翼にこのテストピースを4枚設置し、トナー粒子を1バッチ製造した後に重合容器から取り外して水中に浸して軽く水洗浄した後に乾燥し、重さを測定する。トナー粒子を製造する前のテストピースの重さとの差をとり、テストピース4枚の重さの変化量の合計をスケール付着物量とする。評価は、仕込みの重合性単量体組成物の総重量に対するスケール付着物量の割合を算出して求める。
A:スケール付着物量の割合が500ppm未満
B:スケール付着物量の割合が500ppm以上1000ppm未満
C:スケール付着物量の割合が1000ppm以上2000ppm未満
D:スケール付着物量の割合が2000ppm以上4000ppm未満
E:スケール付着物量の割合が4000ppm以上
粗大粒子量の測定は、重合反応を経て得られたトナー粒子分散液を固液分離工程へ送る前にフィルター濾別し、フィルター上の濾別された量で評価する。具体的には、得られたトナー粒子の分散液を、金属製の目開き53μmのメッシュフィルターで濾別を行い、トナー粒子全量に対するフィルター上に濾別された粒子量の割合を算出して求める。
A:粗大粒子量の割合が100ppm未満
B:粗大粒子量の割合が100ppm以上300ppm未満
C:粗大粒子量の割合が300ppm以上500ppm未満
D:粗大粒子量の割合が500ppm以上1000pm未満
E:粗大粒子量の割合が1000ppm以上
トナー粒子の熱特性の指標として、温度110℃、荷重10kgにおけるメルトインデックス値を用いる。メルトインデックス値は任意の温度、荷重におけるトナー粒子の溶融し易さを表しており、任意の温度、荷重でトナーを定着する際の熱特性の指標として使うことができる。ここでトナー粒子のメルトインデックスの測定方法を以下に示す。
メルトインデックスとは、任意の温度、荷重における10分間でのオリフィスからの吐出量を示す。本実施例においては以下の条件で測定した値とする。これは基本的にJIS規格K−7210に準拠している。
トナー粒子の熱特性の安定性の評価は、トナー粒子を同一の重合容器を用いて連続10バッチ作製を行うことでスケール付着物を堆積させながらトナー粒子の作製を行う。これにより得られた10バッチ分のトナー粒子それぞれのメルトインデックス値を測定して、その標準偏差で評価する。
A:メルトインデックス値の標準偏差が0.5未満
B:メルトインデックス値の標準偏差が0.5以上1.0未満
C:メルトインデックス値の標準偏差が1.0以上2.0未満
D:メルトインデックス値の標準偏差が2.0以上4.0未満
E:メルトインデックス値の標準偏差が4.0以上
<重合性単量体組成物の調製工程>
下記材料を温度60℃に加温し、30分間混合した。
・スチレン(温度65℃における蒸気圧7kPa) 70質量部
・n−ブチルアクリレート 30質量部
・飽和ポリエステル樹脂(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12) 8質量部
・パラフィンワックス(HNP−5、日本精鑞社製)8質量部
・カーボンブラック(BET比表面積=80m2/g、吸油量=120ml/100g)8質量部
・サリチル酸系化合物(E−88、オリエント化学工業社製) 1質量部
・亜鉛フタロシアニン 0.1質量部
上記材料を30分間混合の後に、下記材料を混合して重合性単量体組成物を得た。
・重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル) 8質量部
・シクロヘキサン 8質量部 (温度65℃における蒸気圧62kPa、重合性単量体のモル数の和に対して0.10倍のモル数)
イオン交換水332質量部にNa3PO4・12H2Oを5質量部投入し温度60℃に加温した後、撹拌機(クレアミックス、エム・テクニック社製)を用いて毎秒58.3回転(3500rpm)にて撹拌した。これに1.0モル/リットル−CaCl2水溶液27質量部を添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
コンデンサーを通じて大気と連通している重合容器に、重合性単量体組成物の分散液を投入して、フルゾーン撹拌翼(神鋼パンテック社製)で撹拌しつつ、温度65℃(重合温度T1)に昇温し、10時間重合反応させた。重合反応終了後、フルゾーン撹拌翼で撹拌を続けながら飽和水蒸気(スチーム圧力205kPa/温度120℃)を導入した。飽和水蒸気の導入により、反応液の温度は100℃に達し、蒸留留分が出始めた。所定量の留分を得ることで残存モノマーを留去し、冷却してトナー粒子分散液を得た。
得られたトナー粒子の分散液に塩酸を添加して撹拌し、トナー粒子を覆ったCa3(PO4)2を溶解した後に加圧ろ過器で固液分離し、トナーのウェットケーキを得た。これを水中に投入して撹拌し、再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離した。トナーのウェットケーキの水への再分散と固液分離とを、Ca3(PO4)2が十分に除去されるまで繰り返し行なった後に、最終的に固液分離してトナーのウェットケーキを得た。
以上の工程を10バッチ繰り返し、得られたトナー粒子を前述したトナー粒子の熱特性の安定性評価方法に従い評価を行った。評価結果を表2に示す。
製造条件を表1に記載したように変更した以外は、実施例1と同様の方法でトナー粒子を作製した。評価結果を表2に示す。
尚、実施例2および実施例6は、参考例として記載するものである。
Claims (3)
- 重合容器内でスチレンを含む重合性単量体を水系媒体中で重合する工程を有するトナー粒子の製造方法であって、
スチレンを含む重合性単量体を含有する重合性単量体組成物を該重合容器内の水系媒体へ添加する工程、
該水系媒体中で、該重合性単量体組成物の液滴を形成する工程、および
該重合性単量体組成物の液滴に含有される該重合性単量体を重合温度T1において重合する工程、
を有し、
該重合性単量体の総モル数に対して0.06倍以上0.20倍以下のモル数の量の有機溶媒を、該重合性単量体の重合率が50%になるまでに添加し、
該有機溶媒が、
i)アリル基およびベンジル基を有さず、
ii)重合温度T1において、重合温度T1におけるスチレンの蒸気圧より15kPa以上高い蒸気圧を有する、
ことを特徴とするトナー粒子の製造方法。 - 大気と連通している該重合容器内で該重合性単量体を重合することを特徴とする請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
- 該有機溶媒の重合温度T1における蒸気圧が、250kPa以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー粒子の製造方法。
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