JP6168046B2 - トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、懸濁重合法では、まず、重合性単量体、着色剤、並びに、必要に応じ帯電制御剤及び分子量調整剤等の添加物を混合して、重合性単量体組成物を調製する。次に、当該重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に分散させる。続いて、重合性単量体組成物が分散した水系分散液に、高速攪拌機等を用い、高いせん断力(shear force)をかけ、重合性単量体組成物の液滴を形成する。その後、重合開始剤の存在下にて重合性単量体組成物を重合し、濾過、洗浄、及び乾燥を経て、乾燥した着色樹脂粒子を得る。さらに、この着色樹脂粒子に、好適には無機微粒子等の外添剤及びキャリアのうち少なくともいずれか1つを混合し、トナーとする。
すなわち、本発明によれば、重合性単量体及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を、水系分散媒体中且つ重合開始剤の存在下で重合することにより着色樹脂粒子を作製する工程を有する、トナーの製造方法であって、前記重合開始剤は、t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートであることを特徴とするトナーの製造方法が提供される。
本発明により得られるトナーは、少なくとも、結着樹脂、及び着色剤を含有する。
以下、本発明に用いられる着色樹脂粒子の製造方法、当該製造方法により得られる着色樹脂粒子、当該着色樹脂粒子を用いた本発明のトナーの製造方法及び当該製造方法により得られるトナーについて、順に説明する。
本発明に用いられる着色樹脂粒子は、重合法、好適には懸濁重合法を採用して、以下のようなプロセスにより製造される。
まず、重合性単量体、及び着色剤、さらに必要に応じて添加される帯電制御剤等のその他の添加物を混合し、重合性単量体組成物の調製を行う。重合性単量体組成物を調製する際の混合には、例えば、メディア式分散機を用いる。
本発明では、架橋性の重合性単量体を、モノビニル単量体100質量部に対して、通常、0.1〜5質量部、好ましくは0.3〜2質量部の割合で用いることが望ましい。
ブラック着色剤としては、カーボンブラック、チタンブラック、並びに酸化鉄亜鉛、及び酸化鉄ニッケル等の磁性粉等を用いることができる。
本発明において離型剤として好適に用いられるエステルワックスは、多官能エステルワックスがより好適であり、例えば、ペンタエリスリトールテトラパルミネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールテトラステアレート等のペンタエリスリトールエステル化合物;ヘキサグリセリンテトラベヘネートテトラパルミネート、ヘキサグリセリンオクタベヘネート、ペンタグリセリンヘプタベヘネート、テトラグリセリンヘキサベヘネート、トリグリセリンペンタベヘネート、ジグリセリンテトラベヘネート、グリセリントリベヘネート等のグリセリンエステル化合物;ジペンタエリスリトールヘキサミリステート、ジペンタエリスリトールヘキサパルミネート等のジペンタエリスリトールエステル化合物;等が挙げられ、中でもグリセリンエステル化合物が好ましく、また、ヘキサグリセリンテトラベヘネートテトラパルミネート、ヘキサグリセリンオクタベヘネート、テトラグリセリンヘキサベヘネート、トリグリセリンペンタベヘネートがより好ましく、ヘキサグリセリンオクタベヘネートが特に好ましい。
炭化水素系ワックスの数平均分子量は、300〜800であることが好ましく、400〜600であることがより好ましい。また、JIS K2235 5.4で測定される炭化水素系ワックスの針入度は、1〜10であることが好ましく、2〜7であることがより好ましい。
離型剤は、上述した1種又は2種以上のワックスを組み合わせて用いてもよい。
上記離型剤は、モノビニル単量体100質量部に対して、好ましくは0.1〜30質量部用いられ、更に好ましくは1〜20質量部用いられる。
帯電制御剤としては、一般にトナー用の帯電制御剤として用いられているものであれば、特に限定されないが、帯電制御剤の中でも、重合性単量体との相溶性が高く、安定した帯電性(帯電安定性)をトナー粒子に付与させることができることから、正帯電性又は負帯電性の帯電制御樹脂が好ましく、さらに、正帯電性トナーを得る観点からは、正帯電性の帯電制御樹脂がより好ましく用いられる。
正帯電性の帯電制御剤としては、ニグロシン染料、4級アンモニウム塩、トリアミノトリフェニルメタン化合物及びイミダゾール化合物、並びに、好ましく用いられる帯電制御樹脂としてのポリアミン樹脂、並びに4級アンモニウム基含有共重合体、及び4級アンモニウム塩基含有共重合体等が挙げられる。
負帯電性の帯電制御剤としては、Cr、Co、Al、及びFe等の金属を含有するアゾ染料、サリチル酸金属化合物及びアルキルサリチル酸金属化合物、並びに、好ましく用いられる帯電制御樹脂としてのスルホン酸基含有共重合体、スルホン酸塩基含有共重合体、カルボン酸基含有共重合体及びカルボン酸塩基含有共重合体等が挙げられる。
本発明では、帯電制御剤を、モノビニル単量体100質量部に対して、通常、0.01〜10質量部、好ましくは0.03〜8質量部の割合で用いることが望ましい。帯電制御剤の添加量が、0.01質量部未満の場合にはカブリが発生することがある。一方、帯電制御剤の添加量が10質量部を超える場合には印字汚れが発生することがある。
分子量調整剤としては、一般にトナー用の分子量調整剤として用いられているものであれば、特に限定されず、例えば、t−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、及び2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン−4−チオール等のメルカプタン類;テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、N,N’−ジメチル−N,N’−ジフェニルチウラムジスルフィド、N,N’−ジオクタデシル−N,N’−ジイソプロピルチウラムジスルフィド等のチウラムジスルフィド類;等が挙げられる。これらの分子量調整剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明では、分子量調整剤を、モノビニル単量体100質量部に対して、通常0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部の割合で用いることが望ましい。
本発明では、少なくとも重合性単量体、及び着色剤を含む重合性単量体組成物を、好ましくは分散安定化剤を含む水系媒体中に分散させ、重合開始剤を添加した後、重合性単量体組成物の液滴形成を行うことが好ましい。液滴形成の方法は特に限定されないが、例えば、(インライン型)乳化分散機(株式会社荏原製作所製、商品名「マイルダー」;太平洋機工社製、商品名「キャビトロン」)、高速乳化分散機(プライミクス株式会社製、商品名「T.K.ホモミクサー MARK II型」)等の強攪拌が可能な装置を用いて行う。
このように、t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートは、重合開始剤として用いた場合に、重合転化率を高く維持しつつ、トナー中に残留する原料、副生成物、及び小粒径微粒子の量を極めて少なくでき、さらに、後述するストリッピングも極めて短時間で終了することから、比較的似た構造を有する他の過酸化物(パーオキシド)と比較して、重合開始剤として極めて優れた性能を有することが分かる。
t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートの濃度は78〜90質量%であることがより好ましく、78〜85質量%であることが更に好ましい。
希釈剤の沸点は、95〜150℃であることがより好ましく、100〜130℃であることが更に好ましい。
上記1−2のようにして、液滴形成を行い、得られた水系分散液を加熱し、重合を開始し、着色樹脂粒子の水系分散液を調製する。
重合性単量体組成物の重合温度は、好ましくは50℃以上であり、更に好ましくは60〜95℃である。また、重合の反応時間は好ましくは1〜20時間であり、更に好ましくは2〜15時間である。
重合時に水溶性オキソ酸塩を添加することにより、粗大粒子及び微粉の発生を抑制し、粒子径分布を特にシャープにすることができる。
着色樹脂粒子が分散している水系分散液中に、シェル層を形成するための重合性単量体(シェル用重合性単量体)と重合開始剤を添加し、重合することでコアシェル型の着色樹脂粒子を得ることができる。
重合により得られた着色樹脂粒子の水系分散液は、重合終了後に、公知の方法に従い、ろ過、分散安定化剤の除去を行う洗浄、脱水、及び乾燥の操作が、必要に応じて数回繰り返されることが好ましい。
なお、洗浄、濾過、脱水、及び乾燥の一連の操作の前に、着色樹脂粒子の水系分散液について、着色樹脂粒子から揮発性物質(主にエーテル成分、及びスチレン)を除去する目的で、ストリッピング処理工程を設けてもよい。
ストリッピング処理条件としては、着色樹脂粒子を含む水系分散液の温度を75〜85℃とし、且つ、不活性ガス流量を0.3〜0.9m3/(hr・kg)とすることが好ましい。
着色樹脂粒子を含む水系分散液4の泡レベルを90〜95%に維持しながらストリッピング処理を行ってもよい。
上述した重合法により、着色樹脂粒子が得られる。
以下、トナーを構成する着色樹脂粒子について述べる。なお、以下で述べる着色樹脂粒子は、コアシェル型のものとそうでないもの両方を含む。
上記着色樹脂粒子の平均円形度が0.96未満の場合、印字の細線再現性が悪くなるおそれがある。
上述した着色樹脂粒子は、外添剤と共に混合攪拌することにより、着色樹脂粒子の表面に、外添剤を均一かつ好適に付着添加(外添)させることができる。なお、1成分トナーは、さらにキャリア粒子と共に混合攪拌して2成分トナーとしてもよい。
なお、これらの外添剤は、それぞれ単独で用いることもできるが、2種以上を併用して用いることができる。中でも粒径の異なる2種以上のシリカを併用することが好ましい。
本実施例及び比較例において行った試験方法は以下のとおりである。
[実施例1]
コア用重合性単量体としてスチレン75部及びn−ブチルアクリレート25部、ブラック着色剤としてカーボンブラック(三菱化学製、商品名「#25B」)7部、帯電制御剤としてスチレン/アクリル樹脂(藤倉化成株式会社製、商品名「FCA−161P」)1部、及びマクロモノマーとしてポリメタクリル酸エステルマクロモノマー(東亜合成化学工業社製、商品名「AA6」、Tg=94℃)0.25部を、通常の攪拌装置で攪拌及び混合した後、メディア型分散機により、均一分散した。ここに、ジペンタエリスリトールヘキサミリステート(吸熱ピーク:65℃、分子量:1,514)5部を添加、混合、及び溶解して、コア用重合性単量体組成物を得た。コア用重合性単量体組成物の調製はすべて室温下で行った。
実施例1において、重合開始剤の希釈剤をトルエン(沸点111℃)からエチルベンゼン(136℃)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2のトナーを製造した。試験結果を表1に示す。
実施例1において、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエート(濃度80質量%、日油製、10時間半減期温度:76℃、希釈剤:トルエン(沸点111℃))5.0部を、下記式(2)により表されるt−ブチルパーオキシジエチルアセテート4.4部(純度98%、化薬アクゾ社製、10時間半減期温度:74℃、商品名「trigonox27」、希釈剤:なし)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1のトナーを製造した。試験結果を表1に示す。
ストリッピング時間を5時間から10時間に変更したこと以外は、比較例1と同様にして、比較例2のトナーを製造した。試験結果を表1に示す。
実施例1において、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエート(濃度80質量%、日油製、10時間半減期温度:76℃、希釈剤:トルエン(沸点111℃))5.0部を、下記式(3)により表されるt−ブチルパーオキシイソブチレート(濃度70質量%、日油社製、10時間半減期温度:77℃、商品名「パーブチルIB」、希釈剤:トルエン(沸点111℃))5.3部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3のトナーを製造した。試験結果を表1に示す。
実施例1において、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエート(濃度80質量%、日油製、10時間半減期温度:76℃、希釈剤:トルエン(沸点111℃))5.0部を、下記式(4)により表されるt−ブチルパーオキシピバレート(濃度70質量%、日油社製、10時間半減期温度:55℃、商品名「パーブチルPV」、希釈剤:イソパラフィン(沸点166℃))5.8部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4のトナーを製造した。試験結果を表1に示す。
上記実施例1〜実施例2、及び比較例1〜比較例4のトナーについて物性を調べた。詳細は以下の通りである。
重合工程後の着色樹脂粒子を含む水分散液3mLに、10%H2SO4 1mLを添加し、分散安定化剤を完全に溶解させた。この溶液を濾紙(アドバンテック東洋社製、商品名「No.2」)に2mL滴下して濾過し、風乾して走査電子顕微鏡(SEM)用のサンプルを調製した。
風乾させた着色樹脂粒子に白金蒸着を行って、電界放射型走査電子顕微鏡(日立製作所社製、商品名「S−4700」)を用い、加速電圧を5kVにし、5,000倍に拡大して走査電子顕微鏡(SEM)観察した。
各サンプルについて、ランダムに5視野の画像撮影を行い、各画像において無作為に5個の着色樹脂粒子を選択し、これら25個の着色樹脂粒子表面に観察される小粒径微粒子の個数を数えた。これより、着色樹脂粒子1個あたりの小粒径微粒子の平均個数を算出した。
トナー3gを1mg単位まで精秤した。精秤したトナー3gに酢酸エチル27gを加えて30分間攪拌した後、メタノール13gを加えて更に10分間攪拌した。得られた溶液を静置して、不溶分を沈殿させた。当該溶液の上澄み液を測定用試料として採取し、2μLをガスクロマトグラフに注入して残留エーテル化合物量及び残留スチレン量を定量した。結果を表1に示す。なお、ガスクロマトグラフによる測定条件は以下の通りである。
カラム:TC−WAX(0.25mm×30m)
カラム温度:80℃
インジェクション温度:200℃
FID検出側温度:200℃
以下、表1を参照しながら、トナーの評価結果について検討する。
表1より、比較例1及び比較例2のトナーは、t−ブチルパーオキシジエチルアセテートを重合開始剤として用いて製造したトナーである。表1より、比較例1のトナーは、小粒径微粒子の数が3.6個、重合転化率が99.2%であり、重合反応自体に問題は見られない。
しかし、表1より、比較例1のトナーは、残留エーテル化合物量が32ppmと高く、また、残留スチレン量が50ppmと高い。特に、比較例1のトナーの残留エーテル化合物量の値は、実施例1〜実施例2、及び比較例1〜比較例4のトナー中、最も高い値である。したがって、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシジエチルアセテートを用いた比較例1のトナーは、残留低分子量成分が多く、特に重合開始剤由来の残留エーテル化合物が多いことが分かる。これは、t−ブチルパーオキシジエチルアセテートに由来して副生するブチルペンチルエーテルが、ストリッピング処理により完全に除去するのが困難であるためと推測される。
なお、比較例2においては、比較例1の2倍の時間をストリッピングに費やすことにより、残留エーテル化合物量及び残留スチレン量をいずれも10ppm未満に抑えている。この結果は、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシジエチルアセテートを用いた場合には、残留低分子量成分を完全に除去するためにストリッピングに長い時間が費やされ、その結果生産性が低くなることを示す。
しかし、表1より、比較例3のトナーは、小粒径微粒子の数が61.5個である。比較例3のトナー中の小粒径微粒子の数は、実施例1〜実施例2、及び比較例1〜比較例4のトナー中、最も高い値である。したがって、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシイソブチレートを用いた比較例3のトナーは、トナー中の小粒径微粒子の数が極めて多いため、酸洗浄後の濾過において小粒径微粒子が濾紙に詰まり、濾紙を交換し続ける必要があり、生産性が悪い。このような生産性の悪さは、t−ブチルパーオキシイソブチレートの水溶性が比較的高いために、小粒径微粒子が副生し易いことに由来すると推測される。
表1より、比較例4のトナーにおいては、小粒径微粒子数は11.4個と多く、重合転化率は90.4%と極めて低く、残留エーテル化合物量が15ppmと高く、残留スチレン量が780ppmと極めて高い。特に、比較例4のトナーの重合転化率は、実施例1〜実施例2、及び比較例1〜比較例4のトナー中、最も低い。また、比較例4の残留スチレン量の値は、実施例1〜実施例2、及び比較例1〜比較例4のトナー中、最も高い。
したがって、t−ブチルパーオキシピバレートは重合開始剤としての性能に劣り、そのため、当該重合開始剤を用いた比較例4は重合転化率が低く、比較例4のトナー中には原料由来のスチレンが極めて多く残留することが分かる。
表1より、実施例1及び実施例2のトナーは、小粒径微粒子数が10.4個以下と少なく、重合転化率が99.3%以上と高く、残留エーテル化合物量が12ppm以下と低く、残留スチレン量が8ppm以下と低い。
したがって、t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートを重合開始剤として用いて製造した実施例1及び実施例2のトナーは、印字を行った際に臭気等の原因となる残留低分子量成分の少ない重合トナーであることが分かる。また、実施例1及び実施例2においては、5時間という短いストリッピング時間で残留低分子量成分をほぼ完全に除去できており、生産性に優れることも分かる。
2 ジャケット
3 攪拌翼を備えた攪拌機
4 着色樹脂粒子を含む水系分散液
5 気体吹き込み管
6 ブロワー
7 ガス循環ライン
8 凝縮器
9 凝縮タンク
10 ガス循環ライン
11 揮発性物質除去装置
12 ガス循環ライン
13 ガス循環ライン
14 非接触型泡レベル計
Claims (4)
- 重合性単量体及び着色剤を含有する重合性単量体組成物を、水系分散媒体中且つ重合開始剤の存在下で重合することにより着色樹脂粒子を作製する工程を有する、トナーの製造方法であって、
前記重合性単量体は、モノビニル単量体を主成分とし、
前記重合開始剤は、t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートであり、
前記重合性単量体組成物の重合温度は50〜95℃であり、当該重合性単量体組成物の重合の反応時間は1〜20時間であり、
前記重合後に、前記着色樹脂粒子を含む水系分散液の温度を70〜90℃とし、不活性ガス流量を0.1〜1.0m 3 /(hr・kg)とする条件下で、2〜8時間ストリッピング処理を行うことを特徴とするトナーの製造方法。 - 沸点が90〜160℃の希釈剤によって、濃度が75〜95質量%となるように前記t−ブチルパーオキシ−2−メチルブタノエートを予め希釈して重合に用いることを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記重合時の重合転化率が99.3%以上であり、かつ前記トナー中の小粒径微粒子数が10.4個以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。
- 前記トナー中の残留エーテル化合物量が12ppm以下であり、かつ残留スチレン量が8ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
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