JP6006971B2 - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
乳化凝集法によるトナーの製造は、まず樹脂を乳化して水系の分散体を作成し、その後に凝集させて得られた凝集粒子を融着させてトナー粒子とする。ポリエステルの乳化法としては、高せん断をかけなくとも微細で均一な水系分散体を得ることができる、転相乳化法が好んで用いられる。
ところで、近年、トナー排出時のCO2削減のため、植物由来モノマーを含有する結着樹脂が開発されてきている。しかし、重縮合可能な植物由来モノマーは、脂肪族骨格を有していることが多く、石油由来モノマーを使用した場合に比べて、得られるポリエステル樹脂のガラス転移温度が低い。そのため、トナーの保存性が悪化することが課題となっている。
本発明が解決しようとする課題は、植物由来モノマーを重縮合させて得られるポリエステル系樹脂から製造した乳化凝集トナーにおいて、低温定着性、高温高湿条件での保存安定性及びワックス分散性が同時に優れたトナーを得る方法を提供することにある。
トナー用結着樹脂の水系分散体を凝集させて得られた凝集粒子を融着させた粒子を含む電子写真用トナーの製造方法であって、前記凝集粒子が離型剤であるワックスを含有し、前記結着樹脂がジオール成分とジカルボン酸成分とを重縮合させて得られる重縮合樹脂を含有してなり、該重縮合樹脂が、原料モノマーとして少なくともフラン環を有するカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分及び/又はフラン環を有するアルコールを含むアルコール成分を含有し、前記水系分散体が下記工程1〜4を経て得られ、界面活性剤の全添加量の70〜100重量%を工程2及び/又は工程4で混合する、電子写真用トナーの製造方法。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に少なくとも水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:必要に応じて、工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。
ここで、フラン環を有する重縮合樹脂の水系分散体が凝集剤に対し不安定である理由は以下のように推察される。フラン環を有する重縮合樹脂は水に対する親和性が高く、水系分散体を作成する際、水に溶解してしまう成分が存在したり、粒子径のごく小さい成分が副生し、水系分散体の粒度分布が広くなる。水系分散体の凝集速度は粒子径に依存するため、水系分散体の粒度分布が広いと凝集速度が不均一となり、その結果、トナーの粒度分布も広くなる。トナー粒子の粒子径にばらつきがある場合、粒子の大小により粒子内部への温度伝播速度が異なり定着ムラが起こりやすく、完全に定着するためには粗大な粒子を融解又は軟化させる必要があり、定着温度は樹脂の持つ軟化点や融点の割には高くなるものと考えられる。また、小粒子径の水系分散体は親水性が高いため、トナー製造時、トナーと水との界面であるトナー表面に付着しトナー表面の見かけのガラス転移温度が著しく低下する。その結果、HH条件下での保存安定性が悪化すると考えられる。
上記観点からは、水系分散体の粒子径が均一なものほど、HH条件での保存安定性が改善すると考えられる。
本発明の効果発現の作用機構に関し、その詳細のすべてが解明されているわけではないが、特定の添加時期に界面活性剤を添加することによって水系分散体中の結着樹脂粒子の表面に効率よく吸着し、分散が安定化し、フラン環を有する結着樹脂の水系分散体中の樹脂粒子の粒度分布が均一となり、その後の凝集工程での凝集速度が均一となり、凝集粒子の粒度分布も均一となる。その結果、トナーの低温定着性及び高温高湿下での保存安定性が良好となるものと考えられる。また、離型剤として用いられるワックスの水系分散体との凝集速度バランスも取れ、トナー中でワックスを均一分散でき、更にトナーに良好な物性を付与できるものと推定される。
なお、本発明の効果発現の作用機構は以上の推定機構のみに限定されるわけではない。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に少なくとも水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:必要に応じて、工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。
結着樹脂、有機溶剤、界面活性剤、中和剤及び水の混合・分散にあたっては、転相乳化法などの化学的分散法や、ホモジナイザー、超音波分散機等の機械的分散法も用いることができる。
〔工程1〕
工程1は、少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程である。
本発明で用いられる結着樹脂は、特定のジオール成分と特定のジカルボン酸成分とを重縮合させて得られる重縮合樹脂を含有する。結着樹脂中の重縮合樹脂の含有量は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは65重量%以上、より好ましくは65〜100重量%、更に好ましくは75〜100重量%、より更に好ましくは85〜100重量%、より更に好ましくは実質的に100重量%である。
上記の「吸熱の最大ピーク温度」とは、実施例に記載する測定方法の条件下で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のことを指す。最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば、最大ピーク温度を結晶性ポリエステルの融点とし、軟化点との差が20℃を超えるピークは非晶質樹脂のガラス転移に起因するピークとする。
本発明において、ポリエステル系樹脂の結晶性は、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。
これらの中では、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、フランジカルボン酸化合物、フランカルボン酸化合物及びヒドロキシフランカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点からはフランジカルボン酸化合物がより好ましく、フラン−2,5−ジカルボン酸、フラン−2,4−ジカルボン酸及びフラン−2,5−ジカルボン酸エチルエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種が更に好ましく、フラン−2,5−ジカルボン酸が更に好ましい。
フランジアルコールの具体例としては、ジヒドロキシフラン、フラン−2,5−ビスメタノール等が挙げられる。ヒドロキシメチルフルフリルアルコールの具体例としては、5−ヒドロキシメチルフルフリルアルコール、5−ヒドロキシメチルフルフラール等が挙げられる。
これらの中では、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、フランジアルコール、ヒドロキシメチルフルフリルアルコール及びフルフリルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、5−ヒドロキシメチルフルフリルアルコールがより好ましい。
フラン環を有するカルボン酸化合物とフラン環を有するアルコールとの合計量は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、カルボン酸成分とアルコール成分との合計量中、好ましくは10〜100モル%、より好ましくは20〜90モル%、更に好ましくは20〜80モル%、より更に好ましくは30〜70モル%、より更に好ましくは40〜60モル%、より更に好ましくは40〜50モル%である。
脂肪族ジカルボン酸は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、炭素数2〜18が好ましく、炭素数8〜12がより好ましい。脂肪族カルボン酸の具体例としては、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、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸が挙げられる。また、脂肪族ジカルボン酸の例には、ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニルコハク酸等の炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数2〜20のアルケニル基で置換されたコハク酸も含まれる。芳香族ジカルボン酸の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸が挙げられる。3価以上の多価カルボン酸の具体例としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸(ピロメリット酸)が挙げられる。
これらは、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。
脂肪族ジオールの例としては、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、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1,4一ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,3−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、2,3−ブタンジオール、2,3−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,3−ヘキサンジオール、3,4−ヘキサンジオール、2,4−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール等が挙げられる。
縮重合反応の原料モノマーであるアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)は、反応性、分子量調整及び物性調整の観点から、好ましくは0.50〜1.5、より好ましくは0.6〜1.3、更に好ましくは0.7〜1.2、より更に好ましくは0.8〜1.1、より更に好ましくは0.8〜0.9である。
本発明に用いられる結着樹脂の軟化点は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、60〜160℃が好ましく、60〜140℃がより好ましく、65〜130℃が更に好ましく、65〜125℃がより更に好ましく、80〜120℃がより更に好ましく、90〜120℃がより更に好ましい。
また、本発明の結着樹脂のガラス転移温度は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、45〜85℃が好ましく、50〜80℃がより好ましく、50〜70℃がより好ましい。なお、ガラス転移温度は非晶質樹脂に特有の物性であり、融解熱の最大ピーク温度とは区別される。
ポリエステル系樹脂の水酸基価は、上記と同様の観点から、1〜70mgKOH/gが好ましく、2〜60mgKOH/gがより好ましく、3〜50mgKOH/gが更に好ましい。
なお、軟化点、ガラス転移温度、数平均分子量、重量平均分子量、酸価及び水酸基価は、原料モノマー組成、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により適宜調整することができる。
ポリエステル系樹脂は、アルコール成分とカルボン酸成分との縮重合反応により得られる。該縮重合反応はエステル化触媒の存在下で行うことが好ましく、反応性、分子量調整及び樹脂の物性調整の観点から、エステル化触媒とピロガロール化合物の共存在下で行うことがより好ましい。
上記縮重合に好適に用いられるエステル化触媒としては、チタン化合物及びSn−C結合を有していない錫(II)化合物が挙げられ、これらは1種又は2種以上を併せて使用することができる。
ピロガロール化合物は、互いに隣接する3個の水素原子が水酸基で置換されたベンゼン環を有するものであり、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4−テトラヒドロキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、エピガロカテキン、エピガロカテキンガレート等のカテキン誘導体等が挙げられ、反応性の観点から、没食子酸が好ましい。
縮重合反応におけるピロガロール化合物の存在量は、反応性の観点から、縮重合反応に供されるアルコール成分とカルボン酸成分との総量100重量部に対して、0.001〜1重量部が好ましく、0.005〜0.4重量部がより好ましく、0.01〜0.2重量部が更に好ましく、0.01〜0.1重量部がより更に好ましい。ここで、ピロガロール化合物の存在量とは、縮重合反応に供したピロガロール化合物の全配合量を意味する。
ピロガロール化合物とエステル化触媒との重量比(ピロガロール化合物/エステル化触媒)は、反応性の観点から、0.01〜0.5が好ましく、0.02〜0.3がより好ましく、0.03〜0.2が更に好ましく、0.03〜0.1がより更に好ましい。
また、例えば樹脂の強度を上げるために全モノマーを一括仕込みしたり、低分子量成分を少なくするために2価のモノマーを先ず反応させた後、3価以上のモノマーを添加して反応させる等の方法を用いてもよい。また、重合の後半に反応系を減圧することにより、反応を促進させてもよい。
有機溶剤としては、ポリエステル樹脂の溶解性及び次工程における分散性を向上する観点から、溶解性パラメータ(SP値:POLYMER HANDBOOK THIRD EDITION 1989 by John Wiley & Sons,Inc)で表したとき、15.0〜26.0MPa1/2であるものが好ましく、16.0〜24.0MPa1/2であるものがより好ましく、17.0〜22.0MPa1/2であるものが更に好ましい。
具体例としては、エタノール(26.0)、イソプロパノール(23.5)、及びイソブタノール(21.5)等のアルコール系溶媒;アセトン(20.3)、メチルエチルケトン(19.0)、メチルイソブチルケトン(17.2)、及びジエチルケトン(18.0)等のケトン系溶媒;ジブチルエーテル(16.5)、テトラヒドロフラン(18.6)、及びジオキサン(20.5)等のエーテル系溶媒;酢酸エチル(18.6)、酢酸イソプロピル(17.4)等の酢酸エステル系溶媒が挙げられる。カッコ内は、SP値を示す。これらの中では、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、ケトン系溶媒及び酢酸エステル系溶媒が好ましく、メチルエチルケトン及び酢酸エチルがより好ましく、酢酸エチルが更に好ましい。
また、結着樹脂と有機溶剤との重量比(結着樹脂/有機溶剤)は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは1/5〜1/0.01、より好ましくは1/1.5〜1/0.02、更に好ましくは1/1〜1/0.05、より更に好ましくは1/0.8〜1/0.1、より更に好ましくは1/0.4〜1/0.1である。
本発明に用いられる中和剤としては、アルカリ金属の水酸化物、有機塩基が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等が挙げられ、これらの中でも、入手容易性の観点、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。有機塩基としては、アンモニア、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、トリエタノールアミン、及びトリブチルアミン等が挙げられ、これらの中でも、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、pKaが12以下である中和剤が好ましく、アンモニア(pKa=9.3)、トリエチルアミン(pKa=9.8)が好ましい。したがって、中和剤としては、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、水酸化ナトリウム、アンモニア、トリエチルアミンが好ましく、アンモニアがより好ましい。
中和度={[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/〔[樹脂の酸価(KOHmg/g)×樹脂の重量(g)]/(56×1000)〕}×100
混合の際は、アンカー翼等の一般的に用いられる混合撹拌装置、外部循環撹拌装置等で撹拌することが好ましい。
ワックスとしては、カルナバロウワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、及び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、マイクロクリスタリンワックス、及びフィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス等のワックス;ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス等が挙げられる。
ワックス以外の離型剤としては、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、及びステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;シリコーン類等が挙げられる。
離型剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
フラン環を有する結着樹脂を含む総結着樹脂に対する離型剤の重量比[離型剤/フラン環を有する結着樹脂を含む総結着樹脂]は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、0.1/100〜10/100が好ましく、0.5/100〜8/1000がより好ましく、1/100〜7/100が更に好ましい。
工程2は、工程1で得られた混合物に少なくとも水を、更に必要に応じて界面活性剤を、添加、混合して、樹脂分散体を得る工程である。
界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤が挙げられ、なかでも、結着樹脂の分散性の観点から、アニオン性界面活性剤が好ましい。
アニオン性界面活性剤としては、硫酸エステル系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系(例えばアルキルエーテルカルボン酸塩等)等が挙げられる。具体的には、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム等が挙げられ、これらの中でも樹脂の乳化安定性の観点から、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウムが好ましく、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムがより好ましい。
カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
また、工程2及び工程4の両方の工程で界面活性剤を添加する場合には、工程2で添加する界面活性剤の重量と工程4で添加する界面活性剤の重量との割合は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、工程2で添加する界面活性剤の重量/工程4で添加する界面活性剤の重量として、好ましくは10/90〜60/40であり、より好ましくは15/85〜55/45、更に好ましくは20/80〜50/50、更に好ましくは25/75〜40/60である。
アンカー翼等の混合撹拌装置を用いた場合、撹拌の周速は、分散性の観点から、20〜200m/分が好ましく、40〜150m/分がより好ましく、60〜100m/分が更に好ましい。
工程3は、工程2で得られた樹脂分散体から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散体を得る工程である。
工程4は、必要に応じて、工程3で得られた水系分散体に界面活性剤を混合する工程である。
界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤が挙げられ、なかでも、結着樹脂の分散性の観点から、アニオン性界面活性剤が好ましい。なお、それぞれの界面活性剤の具体例は、工程2で用いられる界面活性剤と同様である。
アンカー翼等の混合撹拌装置を用いた場合、撹拌の周速は、分散性の観点から、20〜200m/分が好ましく、40〜150m/分がより好ましく、60〜100m/分が更に好ましい。
また、その後に水系分散体のpHを4以上、好ましくは4〜6、より好ましくは4.5〜5.5に調整する工程を有することが好ましい。
凝集工程では、前記のトナー用結着樹脂の水系分散体中の樹脂粒子及び離型剤であるワックスを含有する水系分散体中の離型剤粒子を凝集させて、凝集粒子の分散液を得ることが好ましい。
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、塩化アルミニウム等が挙げられる。無機金属塩の中心金属の価数は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、2価以上であることが好ましい。
凝集剤を添加する場合、その添加量は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、結着樹脂100重量部に対して、0.001〜10重量部が好ましく、0.005〜7重量部がより好ましく、0.005〜5重量部が更に好ましく、0.01〜1重量部が更により好ましい。
凝集工程において、系内の固形分濃度は、均一な凝集を起こさせるために、5〜50重量%が好ましく、5〜40重量%がより好ましく、5〜30重量%が更に好ましい。
凝集工程において、凝集剤を均一に分散し、均一な凝集を起こさせる観点から、凝集剤の添加は、20〜40℃にて行うことが好ましく、凝集剤を添加した後、所定の粒径になるまで40〜60℃に保持することが好ましい。
本発明において、凝集工程で得られる凝集粒子は、離型剤であるワックスを含有する。離型剤としてのワックスは、上述のように工程1において、結着樹脂にあらかじめ離型剤としてワックスを溶解させた状態で添加してもよく、また、凝集工程時において、離型剤としてワックスを水系分散体として添加してもよい。
ワックス及びワックス以外の離型剤の具体例は、工程1に関して挙げたものと同様である。
離型剤の添加、凝集方法としては、結着樹脂の水性分散体中に離型剤を添加して凝集させてもよいし、凝集工程において、あらかじめ調製しておいた離型剤の水系分散体と、工程1〜4を経て得られた結着樹脂の水系分散体とを混合して凝集粒子を生成してもよいし、工程1で結着樹脂と離型剤を混合し、本発明の工程1〜4を経て得られた結着樹脂及び離型剤を含む水系分散体として凝集工程を経て凝集粒子を生成してもよい。
着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤が挙げられ、目的に応じて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、及びマラカイトグリーンオクサレート等の種々の顔料;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、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、チアジン系、及びチアゾール系等の各種染料が挙げられる。これらは、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。着色剤の添加量は、画像品質を向上する観点から、結着樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部が好ましく、1〜10重量部がより好ましい。
樹脂粒子を調製する際に結着樹脂に添加剤を予め混合する場合には、予め結着樹脂と添加剤とを溶融混練することが好ましい。
溶融混練には、オープンロール型二軸混練機を使用することが好ましい。オープンロール型二軸混練機は、2本のロールが平行に近接して配設された混練機であり、各ロールに熱媒体を通すことにより、加熱機能又は冷却機能を付与することができる。したがって、オープンロール型二軸混練機は、溶融混練する部分がオープン型であり、また加熱ロールと冷却ロールを備えていることから、通常の二軸押出機と異なり、溶融混練の際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。
また、各添加剤の水系分散液は、各添加剤、界面活性剤及び水を混合し、分散機で分散処理することによって得られる。
融着(合一)工程では、凝集工程で得られた凝集粒子の水系分散体に必要に応じて凝集停止剤を加えた後、必要に応じて加熱することにより、凝集粒子を融着(合一)させて融着粒子(合一粒子)を得ることが好ましい。
融着(合一)工程における系内の温度は、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、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、結着樹脂の軟化点の−40℃〜+40℃が好ましく、−35℃〜+20℃がより好ましく、−30℃〜+10℃が更に好ましい。具体的には、好ましくは70〜100℃、より好ましくは70〜90℃である。また、撹拌速度は、凝集粒子が沈降しない速度が好ましい。
なお、凝集停止剤を用いる場合、凝集停止剤として界面活性剤を用いることが好ましく、アニオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。アニオン性界面活性剤のうち、アルキルエーテル硫酸塩、アルキル硫酸塩、及び直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることがより好ましく、アルキルエーテル硫酸塩を用いることが更に好ましい。
融着(合一)工程により得られた融着粒子(合一粒子)を、適宜、ろ過等の固液分離工程、洗浄工程、乾燥工程に供することにより、電子写真用トナー(単にトナーと称することがある)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い。また、添加した非イオン性界面活性剤も洗浄により完全に除去することが好ましく、非イオン性界面活性剤の曇点以下での水系溶液での洗浄が好ましい。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、更には1.0重量%以下に調整することが好ましい。
外添剤を用いてトナー粒子の表面処理を行う場合、外添剤の添加量は、トナーの保存安定性を向上する観点から、外添剤による処理前のトナー粒子100重量部に対して、好ましくは1〜5重量部、より好ましくは1〜3.5重量部、更に好ましくは1〜3重量部である。
トナーの体積中位粒径(D50)は、画像品質の向上及び生産性向上の観点から、好ましくは1〜10μm、より好ましくは2〜8μm、更に好ましくは3〜7μm、更に好ましくは4〜6μmである。
トナーのCV値は、画像品質の向上及び生産性向上の観点から、好ましくは45%以下、より好ましくは40%以下、更に好ましくは35%以下、更に好ましくは30%以下、更に好ましくは25%以下である。なお、CV値は以下の式で計算できる。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
本発明の方法により得られる電子写真用トナーは、一成分系現像剤として、又はキャリアと混合して二成分系現像剤として使用することができる。
<1>トナー用結着樹脂の水系分散体を凝集させて得られた凝集粒子を融着させた粒子を含む電子写真用トナーの製造方法であって、前記凝集粒子が離型剤であるワックスを含有し、前記結着樹脂がジオール成分とジカルボン酸成分とを重縮合させて得られる重縮合樹脂を含有してなり、該重縮合樹脂が、原料モノマーとして少なくともフラン環を有するカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分及び/又はフラン環を有するアルコールを含むアルコール成分を含有し、前記水系分散体が下記工程1〜4を経て得られ、界面活性剤の全添加量の70〜100重量%を工程2及び/又は工程4で混合する、電子写真用トナーの製造方法。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に少なくとも水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:必要に応じて、工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。
<3>フラン環を有するカルボン酸化合物が、フランジカルボン酸化合物、フランカルボン酸化合物及びヒドロキシフランカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記<1>又は<2>に記載の電子写真用トナーの製造方法。
<4>フラン環を有するカルボン酸化合物が、フランジカルボン酸化合物である、上記<1>〜<3>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<5>フラン環を有するカルボン酸化合物が、フラン−2,5−ジカルボン酸、フラン−2,4−ジカルボン酸及びフラン−2,5−ジカルボン酸エチルエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記<1>〜<4>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<6>フラン環を有するアルコールが、フランジアルコール、ヒドロキシメチルフルフリルアルコール及びフルフリルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記<1>〜<5>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<7>フラン環を有するアルコールが、5−ヒドロキシメチルフルフラールである、上記<1>〜<6>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<9>カルボン酸成分中における、フラン環を有するカルボン酸化合物の含有量が、好ましくは10〜100モル%、より好ましくは30〜100モル%、更に好ましくは50〜100モル%、より更に好ましくは70〜100モル%、より更に好ましくは90〜100モル%、より更に好ましくは実質的に100モル%である、上記<1>〜<8>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<10>アルコール成分中における、フラン環を有するアルコールの含有量が、好ましくは10〜100モル%、より好ましくは12〜100モル%である、上記<1>〜<9>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<12>アルコール成分が、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール及び2,3−ブタンジオールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、上記<1>〜<11>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<13>第二級炭素原子に結合した水酸基を有する脂肪族ジオールの含有量が、アルコール成分中、好ましくは20〜100モル%、より好ましくは50〜100モル%、更に好ましくは70〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%、より更に好ましくは実質的に100モル%である、上記<11>又は<12>に記載の電子写真用トナーの製造方法。
<15>界面活性剤の全添加量が、結着樹脂100重量部に対して、好ましくは20重量部以下、より好ましくは15重量部以下、更に好ましくは0.1〜10重量部、更により好ましくは0.5〜5重量部である、上記<1>〜<14>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<16>工程2及び工程4で添加される界面活性剤の添加量が、界面活性剤の全添加量の好ましくは80〜100重量%、より好ましくは90〜100重量%、更に好ましくは100重量%である、上記<1>〜<15>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<17>工程2及び工程4で混合する界面活性剤の添加量の重量比が、工程2で添加する界面活性剤の重量/工程4で添加する界面活性剤の重量として、好ましくは10/90〜60/40であり、より好ましくは15/85〜55/45、更に好ましくは20/80〜50/50、更に好ましくは25/75〜40/60である、上記<1>〜<16>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<19>工程2における水の使用量が、水と結着樹脂との重量比(水/結着樹脂)として、好ましくは10/90〜99/1、より好ましくは15/85〜97/3、更に好ましくは60/40〜80/20である、上記<1>〜<18>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<20>工程3又は4の後、好ましくは工程4の後、水系分散体のpHを3以下、好ましくは1〜3、より好ましくは1.5〜2.5に調整する工程を有する、上記<1>〜<19>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<21>更に、その後に水系分散体のpHを4以上、好ましくは4〜6、より好ましくは4.5〜5.5に調整する工程を有する、上記<20>に記載の電子写真用トナーの製造方法。
<22>離型剤であるワックスの水系分散体と、工程1〜4を経て得られた結着樹脂の水系分散体とを混合して凝集粒子を生成する、上記<1>〜<21>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<23>有機溶剤がメチルエチルケトンまたは酢酸エチルである、上記<1>〜<22>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
<24>中和剤が、水酸化ナトリウムまたはアンモニアである、上記<1>〜<23>のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
(ポリエステルの軟化点及びガラス転移点)
(1)軟化点
フローテスター((株)島津製作所製、商品名:「CFT−500D」)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/min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した。温度に対し、フローテスターのプ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した。
(2)ガラス転移点
示差走査熱量計(PerkinElmer社製、商品名:Pyris 6 DSC)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度50℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定した。吸熱ピークが観測されるときはそのピークの温度を、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た。
樹脂の酸価は、JIS K 0070の方法に基づき測定した。ただし、測定溶媒のみ、JIS K 0070規定のエタノールとエーテルとの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))に変更した。
(各分散液中の樹脂粒子、着色剤微粒子、離型剤微粒子、荷電制御剤微粒子及び凝集粒子の体積中位粒径(D50))
イオン交換水にて樹脂分散体を固形分濃度0.01重量%となるように希釈したものを、動的光散乱型粒径測定機(マルバーン社製、商品名:「ZETASIZER NANO ZS」)を用いて、以下の条件で体積中位粒径(D50)を測定した。
測定温度:25℃
媒質:水
測定用セル:Glass Cuvette
レーザー仕様:He−Ne、4mW,633nm
検出光学系:NIBS、173℃
測定回数:10回
等温化時間:5分
解析ソフト:Zeta Sizer Software 6.2
解析方法:General Purpose Mode(キュムラント法)
赤外線水分計((株)ケツト科学研究所製、商品名:「FD−230」)を用いて、樹脂分散体5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)の条件にて乾燥させ、樹脂分散体の水分(重量%)を測定した。固形分は下記式に従って算出した。
固形分濃度(重量%)=100−M
M:樹脂分散体の水分(重量%)=[(W−W0)/W]×100
W:測定前の試料重量(初期試料重量)
W0:測定後の試料重量(絶対乾燥重量)
pH測定器(東亜ディーケーケー(株)製、商品名:「HM−20P」)を用い、20℃にて測定した。
示差走査熱量計(セイコー電子工業(株)製、商品名:「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℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で昇温し、融解熱の最大ピーク温度を融点とした。
(トナーの最低定着温度)
複写機(ヒューレットパッカード社製、商品名:「LaserJet4200」)にトナーを実装し、トナー付着量を0.7mg/cm2に調整して未定着画像を得た。その後、複写機(シャープ(株)製、商品名:「AR−505」)の定着機を総定着圧が40kgf、定着速度が390mm/secに調整し、この定着機を用いて、定着ロールの温度を100℃から240℃へと5℃ずつ順次上昇させながら、各温度で未定着画像の定着試験を行った。定着画像にセロハン粘着テープ(三菱鉛筆(株)製、商品名:「ユニセフセロハン」、幅:18mm、JIS Z1522)を貼り付け、30℃に設定した定着ローラーに通過させた後、テープを剥がした。テープを貼る前と剥がした後の光学反射密度を反射濃度計(グレタグマクベス社製、商品名:「RD−915」)を用いて測定し、両者の比率(剥離後/貼付前×100)が最初に90%を越える定着ローラーの温度を最低定着温度とした。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れることを示す。
20mL容の容器(直径約3cm)にトナー4gを入れ、温度55℃、湿度85%の環境下で24時間放置した。放置後、トナー凝集の発生程度を目視にて観察し、以下の評価基準に従って、保存安定性を評価した。
A:72時間後も凝集は全く認められない。
B:60時間後で凝集は認められないが72時間後ではわずかに凝集が認められる。
C:48時間後で凝集は認められないが60時間後では明らかに凝集が認められる。
D:36時間後で凝集は認められないが48時間後では明らかに凝集が認められる。
E:24時間後で凝集は認められないが36時間後では明らかに凝集が認められる。
F:24時間以内に明らかに凝集が認められる。
トナーの溶融混練り後のサンプルを、透過型電子顕微鏡を用いて、倍率10万倍の視野におけるワックスの分散粒径を50点測定した。なお、長軸と短軸との平均値を分散粒径とした。測定した分散粒径の平均値を平均分散粒径とし、ワックス分散性の指標とした。ワックス分散粒子の平均分散粒径の値が小さいほど、ワックスの分散性に優れることを示す。
(ポリエステル樹脂A〜J)
表1に示すアルコール成分、カルボン酸成分、ピロガロール化合物及びエステル化触媒を、室温の冷水を通水した還流冷却管を上部に装備した98℃の温水を通水した分溜管、窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、160℃で2時間縮重合反応させた後、10時間かけて210℃まで昇温し、その後40kPaにて所望の軟化点に達するまで反応を行い、ポリエステル樹脂A〜Jをそれぞれ得た。
(着色剤分散液の調製)
銅フタロシアニン(大日精化工業(株)製、型番:「ECB−301」)50g、非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル、花王(株)製、商品名:「エマルゲン150」)5g及びイオン交換水200gを混合し、ホモジナイザーを用いて10分間分散させて、着色剤微粒子を含有する着色剤分散液を得た。体積中位粒径(D50)は125nmであった。
エステルワックス(日本精蝋(株)製、商品名:「WEP8」、融点:78℃)50g、カチオン性界面活性剤(アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、花王(株)製、商品名:「サニゾールB−50」)5g及びイオン交換水200gを95℃に加熱して、ホモジナイザーを用いて、エステルワックスを分散させた後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、離型剤微粒子を含有する離型剤分散液を得た。エステルワックスの体積中位粒径(D50)は400nmであった。
荷電制御剤(オリエント化学工業(株)製、商品名:「ボントロンE−84」)50g、非イオン性界面活性剤(花王(株)製、商品名:「エマルゲン150」)5g及びイオン交換水200gを混合し、ガラスビーズを使用し、サンドグラインダーを用いて10分間分散させて、荷電制御剤微粒子を含有する荷電制御剤分散液を得た。荷電制御剤の体積中位粒径(D50)は500nmであった。
(ポリエステル樹脂の水系分散体の製造)
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた3L容の容器に、酢酸エチル30g、ポリエステル樹脂A100gを仕込み、30℃にて2時間かけて溶解させた。得られた溶液に、20重量%アンモニア水溶液を中和度60モル%になるように添加し、30分撹拌した(工程1)。250r/分(周速80m/分)の撹拌を行いながら、イオン交換水270gにアニオン性界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、花王(株)製、商品名:「ネオペレックスG−15」)を固形分として0.9g混合した水溶液を、70分かけて添加した(工程2)。ついで30分かけて50℃に昇温させた後、酢酸エチルを減圧下で留去した(工程3)。20℃まで冷却後、分散液の固形分濃度を測定し、20重量%になるようにイオン交換水にて調整し、水系分散体を得た。その後、250r/分(周速80m/分)の撹拌を行いながら水系分散体を30℃にした後、アニオン性界面活性剤(花王(株)製、商品名:「ネオペレックスG−15」)を固形分として2.1g混合し、30分撹拌を続けた(工程4)。その後、1規定の塩酸水溶液を滴下してpHを2に調整し、1時間、250r/分(周速80m/分)の条件にて撹拌した。さらに撹拌を行いながら、5重量%水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、pHを5に調整し、更に、分散液の固形分濃度を測定し、16重量%になるようにイオン交換水にて調整し、その後1時間撹拌し、ポリエステル樹脂分散体Aを得た。
上記で得られたポリエステル樹脂分散体A 300g、着色剤分散液8g、離型剤分散液10g、荷電制御剤分散液2g及び脱イオン水52gを2L容の容器に入れ、カイ型の撹拌機で100r/分(周速31m/分)の撹拌下、20℃で0.2重量%塩化カルシウム水溶液150gを30分かけて滴下した。その後、撹拌しながら昇温し、50℃になった時点で温度保持した。3時間たった時点で平均粒子径が5.0μmに達した。その後、凝集停止剤としてアニオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、花王(株)製、商品名:「エマールE−27C」、固形分28重量%)4.2gを脱イオン水37gで希釈した希釈液を添加した。次いで80℃まで昇温し、80℃になった時点から1時間撹拌して合一粒子を形成させた後、20℃まで徐冷し、150メッシュ(目開き150マイクロメートル)の金網でろ過した後、吸引ろ過を行い、洗浄、乾燥工程を経てトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(日本アエロジル(株)製、商品名:「NAX−50」、個数平均粒子径40nm)1.0重量部、疎水性シリカ(日本アエロジル(株)製、商品名:「R972」、個数平均粒子径16nm)0.6重量部、酸化チタン(テイカ(株)製、商品名:「JMT−150IB」、個数平均粒子径15nm)0.5重量部を、ST及びA0撹拌羽根を装着した10Lヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製)に投入し、3000rpmにて2分間撹拌して、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
樹脂Aを樹脂B〜Hにそれぞれ変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体B〜Hを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1の結着樹脂の水系分散体の製造の各工程における界面活性剤の添加量の比率を表2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体I〜Lを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。なお、界面活性剤の総添加量を樹脂100重量部に対して3重量部とした。
水の添加量を変更して水/有機溶剤比を表2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体M及びNを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
有機溶剤の添加量を変更して結着樹脂/有機溶剤比を表2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体O及びPを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す
有機溶剤を酢酸エチルからメチルエチルケトンに変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体Qを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1の結着樹脂の水系分散体の製造の工程4の後、pHを調整することなく樹脂分散体Rを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1の結着樹脂の水系分散体の製造の工程4の後、1規定の塩酸水溶液を滴下してpHを2に調整して樹脂分散体Sを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1の結着樹脂の水系分散体の製造の工程1における中和剤として、アンモニア水溶液の代わりに5重量%水酸化ナトリウム水溶液を使用したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体Tを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
樹脂Aを樹脂I又はJに変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体U及びVをそれぞれ得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1の結着樹脂の水系分散体の製造の各工程における界面活性剤の添加量の比率を表2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして樹脂分散体W及びXを得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。なお、界面活性剤の総添加量を樹脂100重量部に対して3重量部とした。
Claims (6)
- トナー用結着樹脂の水系分散体を凝集させて得られた凝集粒子を融着させた粒子を含む電子写真用トナーの製造方法であって、前記凝集粒子が離型剤であるワックスを含有し、前記結着樹脂がジオール成分とジカルボン酸成分とを重縮合させて得られる重縮合樹脂を含有してなり、該重縮合樹脂が、原料モノマーとして少なくともフラン環を有するカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分及び/又はフラン環を有するアルコールを含むアルコール成分を含有し、前記水系分散体が下記工程1〜4を経て得られ、工程1〜4で用いる界面活性剤の全添加量の70〜100重量%を工程2及び工程4で混合し、工程2及び工程4で混合する界面活性剤の添加量の重量比が、工程2で添加する界面活性剤の重量/工程4で添加する界面活性剤の重量として10/90〜40/60である、電子写真用トナーの製造方法。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に少なくとも水及び界面活性剤を混合して、樹脂分散体を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散体から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散体を得る工程。
工程4:工程3で得られた水系分散体に界面活性剤を混合する工程。 - 工程1で用いる結着樹脂と有機溶剤との重量比(結着樹脂/有機溶剤)が、1/1.5〜1/0.02である、請求項1に記載の電子写真用トナーの製造方法。
- フラン環を有するカルボン酸化合物とフラン環を有するアルコールとの合計量が、カルボン酸成分とアルコール成分との合計量中、10〜100モル%である、請求項1又は2に記載の電子写真用トナーの製造方法。
- アルコール成分が、第二級炭素原子に結合した水酸基を有する脂肪族ジオールを含む、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。
- フラン環を有するカルボン酸化合物が、フランジカルボン酸化合物、フランカルボン酸化合物及びヒドロキシフランカルボン酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
- フラン環を有するアルコールが、フランジアルコール、ヒドロキシメチルフルフリルアルコール及びフルフリルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
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