JP6475127B2 - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents
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Landscapes
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
アルコール成分とカルボン酸成分とを含む原料モノマーを重縮合させて得られるポリエステル樹脂成分とスチレン系樹脂成分とを含む複合樹脂を含有する、電子写真用トナーの製造方法であって、
工程1:ポリエステル樹脂成分の原料モノマーと(メタ)アクリル酸系化合物とを、重縮合する工程、
工程2:工程1で得られた重縮合物に、スチレン系樹脂成分の原料モノマーを、重合開始剤の存在下、100℃以上180℃以下で付加重合して複合樹脂を得る工程、
工程3:工程2の付加重合反応の終了後、180℃を超え250℃以下の範囲内で複合樹脂を2時間以上保持する工程、並びに
工程4:工程3で得られた複合樹脂、スチレンアクリル樹脂の原料モノマー及び着色剤を含む重合性単量体組成物を水系媒体中で懸濁重合する工程
を含む電子写真用トナーの製造方法
に関する。
工程1:ポリエステル樹脂成分の原料モノマーと(メタ)アクリル酸系化合物とを、重縮合する工程、
工程2:工程1で得られた重縮合物に、スチレン系樹脂成分の原料モノマーを、重合開始剤の存在下、100℃以上180℃以下で付加重合して複合樹脂を得る工程、
工程3:工程2の付加重合反応の終了後、180℃を超え250℃以下の範囲内で複合樹脂を2時間以上保持する工程、並びに
工程4:工程3で得られた複合樹脂、スチレンアクリル樹脂の原料モノマー及び着色剤を含む重合性単量体組成物を水系媒体中で懸濁重合する工程
を含む方法により製造するものである。
次いで、工程2で得られた複合樹脂を高温で保持することにより、付加重合後期に系内で生成したスチレン系樹脂成分が含まれているにも関わらず透明な樹脂を得ることができる。これは、付加重合前期に系内で生成したスチレン系樹脂と結合したポリエステル樹脂が、高温保持下で分散剤として働くことにより、ポリエステル樹脂成分に結合していないスチレン系樹脂が生成しても、複合樹脂中にこのスチレン系樹脂が微分散しているためと考えられる。
また、工程1〜3を経て得られた複合樹脂を用いることにより、工程4の懸濁重合工程において、着色剤の凝集が抑制されて分散性を向上できるため、発色性の低下を抑制できるものと考えられる。
なお、反応時間は、スチレン系樹脂成分の原料モノマーの添加時間、スチレン系樹脂成分の原料モノマー添加終了後の熟成時間、残存するスチレン系樹脂成分の原料モノマーを除去する時間を含む。
正帯電性荷電制御剤としては、ニグロシン染料、例えば「ニグロシンベースEX」、「オイルブラックBS」、「オイルブラックSO」、「ボントロンN-01」、「ボントロンN-04」、「ボントロンN-07」、「ボントロンN-09」、「ボントロンN-11」(以上、オリエント化学工業株式会社製)等;3級アミンを側鎖として含有するトリフェニルメタン系染料、4級アンモニウム塩化合物、例えば「ボントロンP-51」(オリエント化学工業株式会社製)、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、「COPY CHARGE PX VP435」(クラリアント社製)等;ポリアミン樹脂、例えば「AFP-B」(オリエント化学工業株式会社製)等;イミダゾール誘導体、例えば「PLZ-2001」、「PLZ-8001」(以上、四国化成工業株式会社製)等;スチレン−アクリル系樹脂、例えば「FCA-701PT」(藤倉化成株式会社製)等が挙げられる。
フローテスター「CFT-500D」(株式会社島津製作所製)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す。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する。
示差走査熱量計「Q-100」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、室温から降温速度10℃/minで0℃まで冷却しそのまま1分間静止させる。その後、昇温速度50℃/minで測定する。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頂点の温度を吸熱の最高ピーク温度とする。
JIS K0070の方法に基づき測定する。ただし、測定溶媒のみJIS K0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、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))に変更する。
以下の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により数平均分子量及び重量平均分子量を求める。
(1) 試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mLになるように、試料をテトラヒドロフランに、40℃で溶解させる。次いで、この溶液を孔径0.20μmのPTFEタイプメンブレンフィルター「DISMIC-25JP」(東洋濾紙株式会社製)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とする。
(2) 分子量測定
下記の測定装置と分析カラムを用い、溶離液としてテトラヒドロフランを、毎分1mLの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させる。そこに試料溶液100μLを注入して測定を行う。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出する。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー株式会社製のA-500(5.0×102)、A-1000(1.01×103)、A-2500(2.63×103)、A-5000(5.97×103)、F-1(1.02×104)、F-2(1.81×104)、F-4(3.97×104)、F-10(9.64×104)、F-20(1.90×105)、F-40(4.27×105)、F-80(7.06×105)、F-128(1.09×106))を標準試料として作成したものを用いる。括弧内は分子量を示す。
測定装置:HLC-8220GPC(東ソー株式会社製)
分析カラム:TSKgel GMHXL+TSKgel G3000HXL(東ソー株式会社製)
示差走査熱量計「DSC Q20」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、昇温速度10℃/minで200℃まで昇温し、その温度から降温速度5℃/minで-10℃まで冷却する。次に試料を昇温速度10℃/minで180℃まで昇温し測定する。そこで得られた融解吸熱カーブから観察される吸熱の最高ピーク温度を離型剤の融点とする。
平均粒子径は、個数平均粒子径を指し、走査型電子顕微鏡(SEM)写真から500個の粒子の粒径(長径と短径の平均値)を測定し、それらの数平均値とする。
測定機:コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター株式会社製)
アパチャー径:50μm
解析ソフト:コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン 1.19(ベックマンコールター株式会社製)
電解液:アイソトンII(ベックマンコールター株式会社製)
分散液:電解液にエマルゲン109P(花王株式会社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB(グリフィン):13.6)を溶解して5質量%に調整したもの
分散条件:前記分散液5mLに測定試料10mgを添加し、超音波分散機(機械名:(株)エスエヌディー製US-1、出力:80W)にて1分間分散させ、その後、前記電解液25mLを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を調製する。
測定条件:前記電解液100mLに、3万個の粒子の粒径を20秒間で測定できる濃度となるように、前記試料分散液を加え、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求める。
また、CV値(%)は下記式に従って算出する。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
示差走査熱量計「DSC Q20」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/minで0℃まで冷却する。次に試料を昇温速度10℃/minで昇温し測定する。吸熱の最高ピーク温度以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移温度とする。
トナーの円形度は、以下の条件で測定する。
・測定機:湿式フロー式粒子径・形状分析装置「FPIA-3000」(Malvern Instruments Ltd社製)
・分散液:電解液にポリオキシエチレンラウリルエーテル「エマルゲン109P」(花王株式会社製)、HLB(グリフィン):13.6)を溶解して5質量%に調整したもの。
・分散条件:前記分散液5mLに測定試料50mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、蒸留水20mLを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させた。
(1)複合樹脂の製造
<複合樹脂A〜G、J、N〜Q>
〔工程1〕
表1〜3に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分の全量とカルボン酸成分の半分量(50モル%)、及び(メタ)アクリル酸系化合物の全量を、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、140℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
次に、系内の温度を160℃に下げた後、表1〜3に示すスチレン系樹脂成分の原料モノマー及び重合開始剤を1時間かけて滴下した。滴下終了後、1時間熟成して付加重合反応を行った。その後、8kPaにて1時間減圧し、残存したスチレン系樹脂成分の原料モノマー等を除去した。
系内の温度を140℃に下げた後、カルボン酸成分の残りの半分量(50モル%)を添加して、1時間で100℃の昇温速度で190℃まで昇温した後、30分で100℃の昇温速度で200℃まで昇温し、140℃から200℃まで合計6時間かけて昇温した。その後、表1〜3に示す2-エチルヘキサン酸錫(II)及び没食子酸を添加し、1時間保持した。その後、8kPaにて2時間保持して、複合樹脂A〜G、J、N〜Qを得た。
工程2において、スチレン系樹脂成分の原料モノマーの滴下時間を複合樹脂Hは30分、複合樹脂Iは20分に変更した以外は、複合樹脂Aと同様にして、複合樹脂H、Iを得た。
〔工程1〕
表2に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分の全量とカルボン酸成分の半分量(50モル%)、(メタ)アクリル酸系化合物の全量、2-エチルヘキサン酸錫(II)の半分量(25g)、及び没食子酸の半分量(2.5)gを添加し、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃から235℃まで4時間かけて昇温した後、235℃で5時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
複合樹脂Aの工程2と同じ。
〔工程3〕
系内の温度を160℃に下げた後、カルボン酸成分の残りの半分量(50モル%)及び重合開始剤を添加して、235℃まで昇温し、4時間反応させた。その後、表2に示す2-エチルヘキサン酸錫(II)の半分量(25g)、及び没食子酸の半分量(2.5g)を添加し、5時間保持した。その後、8kPaにて2時間保持して、複合樹脂Kを得た。
〔工程1〕
表2に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分、カルボン酸成分、及び(メタ)アクリル酸系化合物の全量を、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
複合樹脂Aの工程2と同じ。
〔工程3〕
系内の温度を200℃に昇温し、表2に示す2-エチルヘキサン酸錫(II)及び没食子酸を添加し、7時間保持させた。その後、8kPaにて2時間保持して、複合樹脂Lを得た。
〔工程1〕
表2に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分の全量、カルボン酸成分の半分量(50モル%)、(メタ)アクリル酸系化合物の全量、2-エチルヘキサン酸錫(II)、及び没食子酸を添加し、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、140℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
複合樹脂Aの工程2と同じ。
〔工程3〕
系内の温度を140℃に下げた後、カルボン酸成分の残りの半分量(50モル%)を添加して、1時間で100℃の昇温速度で190℃まで昇温した後、30分で100℃の昇温速度で200℃まで昇温し、140℃から200℃まで合計6時間かけて昇温した後、1時間保持した。その後、8kPaにて2時間保持して、複合樹脂Mを得た。
〔工程1〕
表3に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分、カルボン酸成分、及び(メタ)アクリル酸系化合物の全量を、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
複合樹脂Aの工程2と同じ。
〔工程3〕
系内の温度を200℃に昇温し、表3に示す2-エチルヘキサン酸錫(II)及び没食子酸を添加し、その後、8kPaにて、1時間保持して、複合樹脂Rを得た。
〔工程1〕
表3に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分及びカルボン酸成分の全てを、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
次に、系内の温度を160℃に下げた後、表3に示すスチレン系樹脂成分の原料モノマー、(メタ)アクリル酸系化合物及び重合開始剤を1時間かけて滴下した。滴下終了後、1時間熟成して付加重合反応を行った。その後、8kPaにて1時間減圧し、残存したスチレン系樹脂成分の原料モノマー等を除去した。
〔工程3〕
複合樹脂Aの工程3と同じ。
〔工程1〕
表3に示すポリエステル樹脂成分の原料モノマーのアルコール成分及びカルボン酸成分の全てを、温度計、ステンレス製撹拌棒、冷却管を装備した脱水管、流下式コンデンサー、及び窒素導入管を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃から200℃まで6時間かけて昇温した後、200℃にて1時間保持した。その後、8kPaにて1時間保持した。
〔工程2〕
複合樹脂Aの工程2と同じ。
〔工程3〕
複合樹脂Lの工程3と同じ。
〔工程4〕
300mL容のガラスビーカーに、表4、5に示すスチレンアクリル樹脂の原料モノマー及び複合樹脂、着色剤「ピグメントブルー15:3」(大日精化工業株式会社製)5g、荷電制御剤「ボントロンE-88」(オリエント化学工業株式会社製、サリチル酸アルミニウム)1g、及び離型剤「HNP-9」(日本精蝋株式会社製、パラフィンワックス、融点:75.5℃)15gを添加し、撹拌混合し、60℃に昇温して均一に溶解する。その後、重合開始剤「V-65」(和光純薬工業株式会社製、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル))4gを添加し、樹脂溶液を調製した。1リットル容のガラスビーカーに、イオン交換水150g、第三リン酸カルシウム(3[Ca3(PO4)2]・Ca(OH)2)10質量%スラリー「TCP-10・U」(太平化学産業株式会社製)500g及びアニオン性界面活性剤「ネオペレックスG-15」(花王株式会社製、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)0.004gを添加し、撹拌して水系媒体(界面活性剤濃度:1.1×10-5M)を調製した。水系媒体を60℃に加温し、60℃を保ちながら、樹脂溶液を一気に加え、ホモミクサーMARKII 2.5型(プライミクス株式会社製)で、12,000r/minにて4分間撹拌し、懸濁液を得た。
前記粒子100質量部に、外添剤として疎水性シリカ「アエロジル R-972」(日本アエロジル社製、疎水化処理剤:DMDS、平均粒子径:16nm)1.0質量部を添加し、ヘンシェルミキサーで3600r/min、5分間混合することにより、外添剤処理を行い、トナーを得た。
複写機「AR-505」(シャープ(株)製)の定着機を装置外での定着が可能なように改良した。この装置にトナーを実装し、シャープ(株)製の紙[CopyBond SF-70NA(75g/m2)]上に、トナー付着量が0.5mg/cm2となるように未定着の状態で印刷物を得た。総定着圧が40kgfになるように調整した定着機(定着速度200mm/sec)を用い、定着ローラーの温度を90℃から240℃へと5℃ずつ順次上昇させながら、各温度で前記未定着状態の印刷物の定着試験を行った。
500gの荷重をかけた底面が15mm×7.5mmの砂消しゴムで、定着機を通して定着された画像を5往復こすり、こする前後の光学反射密度を反射濃度計「RD-915」(マクベス社製)を用いて測定し、両者の比率(こすり後/こすり前)が最初に70%を超える定着ローラの温度を最低定着温度とした。結果を表4、5に示す。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れ、最低定着温度は、160℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましく、145℃以下がさらに好ましい。
トナー10gを半径12mmの円筒型容器に入れ、上から100gの重りをのせ、50℃及び相対湿度60%の環境で72時間保持した。
パウダーテスター(ホソカワミクロン(株)製)に、上から順に、篩いA(目開き250μm)、篩いB(目開き150μm)、篩いC(目開き50μm)の3つの篩を重ね合わせて設置し、篩いA上にトナー10gを乗せて60秒間振動を与えた。
篩いA上に残存したトナー質量WA(g)を、篩いB上に残存したトナー質量WB(g)を、篩いC上に残存したトナー質量WC(g)を、それぞれ測定し、式:
α=100−(WA+WB×0.6+WC×0.2)/10×100
に従って算出される値(α)をもとに、保存安定性を評価した。結果を表4、5に示す。値(α)が100に近いほど、保存安定性に優れ、値(α)は、65以上が好ましく、80以上がより好ましく、90以上がさらに好ましい。
25℃及び相対湿度80%の環境下で、トナーを3か月保管した。
パウダーテスター(ホソカワミクロン(株)製)に、上から順に、篩いA(目開き250μm)、篩いB(目開き150μm)、篩いC(目開き75μm)の3つの篩を重ね合わせて設置し、篩いA上に保管後のトナー10gを乗せて60秒間振動を与えた。
篩いA上に残存したトナー質量WA(g)を、篩いB上に残存したトナー質量WB(g)を、篩いC上に残存したトナー質量WC(g)を、それぞれ測定し、式:
α=100−(WA+WB×0.6+WC×0.2)/10×100
に従って算出される値(α)をもとに、流動性を評価した。結果を表4、5に示す。値(α)が100に近いほど、流動性に優れ、値(α)は、40以上が好ましく、70以上がより好ましく、80以上がさらに好ましい。
粉末測定容器(直径2.5cm、高さ5cm)にトナー3.0gを入れ、容器にキャップし、平らな机上に約5mmの高さから10回落下させ、表面を平滑にした後、測定容器を試料台にセットし、色差計(SZ-Σ80、日本電色(株)相当品)でL値を測定した。結果を表4、5に示す。L値が低い方が、色が濃く、発色性に優れ、L値は、42以下が好ましく、39以下がより好ましく、37以下がさらに好ましい。
これに対し、比較例1のトナーは、複合樹脂の製造過程で工程3での保持時間が短いため、実施例15のトナーと対比して、発色性に欠けていることが分かる。
比較例2のトナーは、工程1で(メタ)アクリル酸系化合物を使用せず、スチレン系樹脂成分の原料モノマーとして使用しているため、流動性に欠けていることが分かる。
比較例3のトナーも、工程1で(メタ)アクリル酸系化合物を使用していないため、流動性に欠けていることが分かる。
Claims (11)
- アルコール成分とカルボン酸成分とを含む原料モノマーを重縮合させて得られるポリエステル樹脂成分とスチレン系樹脂成分とを含む複合樹脂を含有する、電子写真用トナーの製造方法であって、
工程1:ポリエステル樹脂成分の原料モノマーと(メタ)アクリル酸系化合物とを、重縮合する工程、
工程2:工程1で得られた重縮合物に、スチレン系樹脂成分の原料モノマーを、重合開始剤の存在下、100℃以上180℃以下で付加重合して複合樹脂を得る工程、
工程3:工程2の付加重合反応の終了後、180℃を超え250℃以下の範囲内で複合樹脂を2時間以上保持する工程、並びに
工程4:工程3で得られた複合樹脂、スチレンアクリル樹脂の原料モノマー及び着色剤を含む重合性単量体組成物を水系媒体中で懸濁重合する工程
を含む電子写真用トナーの製造方法。 - 工程1において、(メタ)アクリル酸系化合物の使用量が、ポリエステル樹脂成分の原料モノマー100モルに対して、2モル以上20モル以下である、請求項1記載の電子写真用トナーの製造方法。
- (メタ)アクリル酸系化合物が、(メタ)アクリル酸及びアルキル基の炭素数が1以上18以下である(メタ)アクリル酸アルキルエステルから選ばれる1種又は2種以上である、請求項1又は2記載の電子写真用トナーの製造方法。
- ポリエステル樹脂成分の原料モノマーであるアルコール成分が、炭素数6以上14以下の脂肪族ジオールを70モル%以上含有する、請求項1〜3いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- ポリエステル樹脂成分の原料モノマーであるカルボン酸成分が、炭素数6以上14以下の脂肪族ジカルボン酸系化合物を70モル%以上含有する、請求項1〜4いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- スチレンアクリル樹脂の原料モノマーが、スチレンを65質量%以上含有する、請求項1〜5いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- ポリエステル樹脂成分の原料モノマーであるカルボン酸成分の一部を工程3においても添加する、請求項1〜6いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 工程3において、無機錫化合物又はチタン化合物の存在下、保持する、請求項1〜7いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 工程4において、リン酸塩及び界面活性剤の存在下、懸濁重合する、請求項1〜8いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 工程4において、水系媒体中の界面活性剤濃度が10-3M以下である、請求項9記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 工程4の重合性単量体組成物における複合樹脂の含有量が、スチレンアクリル樹脂の原料モノマー100質量部に対して、3〜25質量部である、請求項1〜10いずれか記載の電子写真用トナーの製造方法。
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