JP6529231B2 - カプセルトナーの製造方法 - Google Patents
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Description
前記トナー母粒子は、結着樹脂として30℃以上45℃以下のガラス転移点を有するスチレン−アクリル共重合体樹脂を含み、前記樹脂微粒子は、前記結着樹脂のガラス転移点より5℃から20℃高いガラス転移点であって、50℃以上60℃以下のガラス転移点を有するスチレン−アクリル共重合体樹脂を含み、
前記トナー母粒子の体積平均粒径が6.8μm以上8μm以下であり、前記樹脂微粒子の体積平均粒径が0.05μm以上0.25μm以下であり、
前記カプセルトナーの体積平均粒径をA[μm]とするとき、粒径が(0.5×A)μm以下であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上3質量%以下であることを特徴とする。
以下に、本発明のカプセルトナーを詳細に説明する。本発明のカプセルトナーは、トナー母粒子と、機械的衝撃力を用いて樹脂微粒子を該トナー母粒子表面に融着させることによって形成される被覆層とを備えるカプセルトナーにおいて、前記カプセルトナーの体積平均粒径をA[μm]とするとき、粒径が(0.5×A)μm以下であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上3質量%以下であることを特徴とする。
界面活性剤が約0.1mg溶解している水10mlに、試料5mgを分散させて分散液を調製し、周波数20kHz、出力50Wの超音波を分散液に5分間照射して、分散液中の試料濃度を5000〜20000個/μlとする。フロー式粒子像分析装置FPIA−3000(シスメックス社製)を用い、下記式(1)に基づいて、円形度を測定する。得られた円形度の測定結果を用い、測定したm個の試料の円形度の総和を、測定した粒子数mで除したものをトナー母粒子の円形度又はカプセルトナーの円形度とする。
(円形度)=(粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長)/(粒子の投影像の周囲の長さ)・・・(1)
トナー母粒子は、通常、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む。
本発明のカプセルトナーにおいて、被覆層は、機械的衝撃力を用いて樹脂微粒子を該トナー母粒子表面に融着させることによって被膜化して形成される。ここで、上記被覆層の形成に使用される樹脂微粒子としては、例えば、スチレン−アクリル共重合体樹脂を含めたアクリル系樹脂等が使用できる。
樹脂微粒子は、アクリル系モノマー、メタクリル系モノマー、スチレン系モノマーを用いて、乳化重合やソープフリー重合などの公知の方法によって製造できる。
アクリル系モノマーとしては、例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸オクチル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸誘導体が使用できる。
メタクリル系モノマーとしては、例えば、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエステル等のメタクリル酸誘導体が使用できる。
スチレン系モノマーとしては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン等のスチレン誘導体が使用できる。
本発明のカプセルトナーの製造方法は、トナー母粒子を作製するトナー母粒子作製工程と、乾燥された樹脂微粒子を得る樹脂微粒子調製工程と、トナー母粒子表面に樹脂微粒子を被覆させる複合粒子形成工程と、複合粒子に機械的衝撃力を付与するカプセルトナー粒子形成工程と、カプセルトナーの粒度分布を調整する分級工程と、必要に応じて外添剤を外添する外添工程とを含む。
トナー母粒子作製工程では、トナー母粒子を作製する。トナー母粒子の作製方法としては、例えば、混練粉砕法等の乾式法、並びに懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法及び溶融乳化法等の湿式法が挙げられる。以下、混練粉砕法によってトナー母粒子を作製する方法を記載する。
混練機としては公知のものを使用でき、例えば、PCM−65/87、PCM−30(以上いずれも商品名、株式会社池貝製)等の二軸混練機や、ニーデックス(商品名、三井鉱山株式会社製)等のオープンロール混練機が挙げられる。
粉砕機としては、例えば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するカウンタージェットミルAFG(商品名、ホソカワミクロン社製)等が挙げられる。
分級機としては、例えば、ロータリー式分級機TSPセパレータ(商品名、ホソカワミクロン社製)等が挙げられる。
樹脂微粒子製造工程では、乾燥した樹脂微粒子を製造する。例えば、樹脂微粒子原料である樹脂をホモジナイザー等で乳化分散する方法や、乳化重合やソープフリー乳化重合等の方法でモノマーを重合させる方法により、0.05μm以上1μm以下の体積平均粒径となる樹脂微粒子を形成させ、スプレードライ等の方法で樹脂微粒子を乾燥させることにより得ることができる。
複合粒子形成工程は、トナー母粒子表面に樹脂微粒子を被覆させて複合粒子を形成させる工程である。例えば、ヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)の中に、トナー母粒子と樹脂微粒子を投入し、撹拌羽根の先端部の周速が20〜30m/秒の速度で、3〜5分間撹拌させる方法が使用できる。トナー母粒子と樹脂微粒子の混合比としては、トナー母粒子表面を樹脂微粒子で完全に且つ薄く被覆する程度の混合比が好ましく、トナー母粒子100質量部に対して樹脂微粒子2〜5質量部の比率で混合されるのが好ましい。
カプセルトナー粒子形成工程は、複合粒子に機械的衝撃力を付与することにより、樹脂微粒子をトナー母粒子表面に融着させて膜化して被覆層を形成させて、カプセルトナー粒子を形成させる工程である。複合粒子に機械的衝撃力を付与する装置として、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(商品名:NHS−1型、株式会社奈良機械製作所製)が使用できる。
分級工程は、カプセルトナーの粒度分布を調整する工程で、粒径が(0.5×A)μm以下であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上3質量%以下になるように、好ましくは粒径が(0.5×A)μm以下であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上3質量%以下で且つ粒径が(1.5×A)μm以上であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上1質量%以下になるように、風力分級機を用いて分級を行う。分級機としては、例えば、ロータリー式分級機TSPセパレータ(商品名、ホソカワミクロン社製)等が挙げられる。
外添工程では、カプセルトナー粒子と外添剤を混合機で混合することにより、カプセルトナー粒子表面に外添剤を付着させる工程である。外添剤としては、シランカップリング剤で疏水化処理した一次粒子径が7nm〜20nmのシリカ微粒子や酸化チタン微粒子等が使用できる。混合機としては公知のものを使用でき、例えば、ヘンシェルミキサ(商品名、三井鉱山株式会社製)、スーパーミキサ(商品名、株式会社カワタ製)等が挙げられる。
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、日本工業規格(JIS)K7121−1987に準じ、試料1gを昇温速度毎分10℃で加熱してDSC曲線を測定した。得られたDSC曲線のガラス転移に相当する吸熱ピークの高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、ピークの立ち上がり部分から頂点までの曲線に対して勾配が最大になるような点で引いた接線との交点からガラス転移点(Tg)を求めた。
流動特性評価装置(商品名:フローテスターCFT−100C、株式会社島津製作所製)を用い試料1gを昇温速度毎分6℃で加熱し、荷重20kgf/cm2(9.8×105Pa)を与えてダイ(ノズル口径1mm、長さ1mm)から試料を流出させた。試料の流出が開始された温度を流出開始温度(Tfb)とし、試料の半分量が流出したときの温度を軟化温度(Tm)とした。
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、試料(離型剤)1gを温度20℃から昇温速度毎分10℃で200℃まで加熱し、次いで200℃から20℃に急冷させる操作を2回繰返し、DSC曲線を測定した。2回目の操作で測定したDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの温度を離型剤の融点とした。
電解液(商品名:ISOTON−II、ベックマン・コールター株式会社製)50mlに、試料20mg及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム1mlを加え、超音波分散器(商品名:卓上型2周波超音波洗浄器VS−D100、アズワン株式会社製)を用い周波数20kHzで3分間分散処理し、測定用試料とした。この測定用試料について、粒度分布測定装置(商品名:Multisizer3、ベックマン・コールター株式会社製)を用い、アパーチャ径:100μm、測定粒子数:50000カウントの条件下に測定を行い、試料粒子の体積粒度分布から体積平均粒径、粒度分布及び変動係数を求めた。
なお、粒径が体積平均粒径A[μm]の0.5倍以下のカプセルトナーの割合、及び、粒径が体積平均粒径A[μm]の1.5倍以上のカプセルトナーの割合については、粒度分布測定装置(商品名:Multisizer3、ベックマン・コールター株式会社製)に備わるソフトを用いて、体積粒度分布データより算出した。
レーザ回折・散乱法粒度分布測定装置(商品名:マイクロトラックMT3000、日機装株式会社製)を用いて測定を行った。試料の凝集を防ぐため、ファミリーフレッシュ(花王株式会社製)の水溶液中に測定試料が分散した分散液を投入・撹拌後、装置に注入し、2回測定を行い、平均を求めた。測定条件は、測定時間:30秒、粒子屈折率:1.4、粒子形状:非球形、溶媒:水、溶媒屈折率:1.33とした。測定試料の体積粒度分布を測定し、測定結果から累積体積分布における小粒径側からの累積体積が50%になる粒径を試料の体積平均粒径(μm)として算出した。
樹脂微粒子の酸価は、中和滴定法によって測定した。テトラヒドロフラン(THF)50mlに、試料5gを溶解させ、指示薬としてフェノールフタレインのエタノール溶液を数滴加えた後、0.1モル/Lの水酸化カリウム(KOH)水溶液で滴定を行なった。試料溶液の色が無色から紫色に変化した点を終点とし、終点に達するまでに要した水酸化カリウム水溶液の量と滴定に供した試料の重量とから、酸価(mgKOH/g)を算出した。
(1)トナー母粒子作製工程
・スチレン−アクリル共重合体樹脂(商品名:XPA9990、三井化学社製、ガラス転移点45℃、軟化温度120℃)100質量部
・カーボンブラック(商品名:MA−100、三菱化学社製)5質量部
・離型剤(商品名:フィッシャートロプシュワックス、日本精蝋株式会社製、融点95℃)6質量部
上記に示すトナー母粒子原料を、ヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)に投入し、撹拌羽根の先端部の周速が40m/秒の速度で、5分間撹拌混合した後、2軸押出機(商品名:PCM−30、株式会社池貝製)により溶融混練して溶融混練物を得た。この溶融混練物を冷却ベルトにて冷却後、2mmのスクリーンを有するスピードミルで粗粉砕し、カウンタージェットミルAFG(商品名、ホソカワミクロン社製)とロータリー式分級機TSPセパレータ(商品名、ホソカワミクロン社製)を用いて、微粉砕及び分級することによって、体積平均粒径が6.8μmであり、変動係数が25%のトナー母粒子C1を得た。
攪拌加熱装置、温度計、窒素導入管、及び冷却管を備えた反応容器に、脱イオン水168質量部を仕込み、80℃まで昇温する。これに脱イオン水252質量部、ポリオキシエチレンアルキルエーテル1質量部、スチレン75質量部及びn−ブチルアクリレート25質量部からなるモノマー混合液と、ペルオキソ二硫酸アンモニウム1質量部、n−ドデシルメルカプタン0.2質量部及び脱イオン水62質量部からなる開始剤水溶液とを同時に110分かけて滴下し、更に60分間撹拌した後、反応を終了させた。得られたラテックスをスプレードライヤー(商品名:マイクロミストドライヤーMDL−050型、藤崎電機株式会社製)を用いて熱風乾燥し粉砕することによって、ガラス転移点が60℃、軟化温度95℃、粒子径が0.15μmのほぼ単分散の樹脂微粒子A1を得た。
ヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)の中に、トナー母粒子C1を100質量部と、樹脂微粒子A1を3質量部投入し、撹拌羽根の先端部の周速が25m/秒の速度で、5分間撹拌混合することによって、トナー母粒子C1表面に樹脂微粒子A1を均一に付着させた複合粒子CA1を得た。
ハイブリダイゼーションシステム(商品名:NHS−3型、株式会社奈良機械製作所製)の中に、複合粒子CA1を投入し、回転撹拌手段の最外周における周速度を100m/秒に設定して15分間撹拌混合することによって、機械的衝撃力を複合粒子CA1に与え、トナー母粒子C1表面に樹脂微粒子A1を融着させることによって該樹脂微粒子A1を膜化させ、樹脂微粒子A1の被覆層を備えるカプセルトナー粒子T1を得た。
風力分級機としてロータリー式分級機TSPセパレータ(商品名、ホソカワミクロン社製)を用いて、粒径が体積平均粒径A[μm]の0.5倍以下であるカプセルトナーの含有量が0.2質量%、粒径が体積平均粒径A[μm]の1.5倍以上であるカプセルトナーの含有量が0質量%となるように、カプセルトナー粒子T1の粒度分布を調整することにより、体積平均粒径が6.5μm、変動係数が20%のカプセルトナー粒子T1を得た。
カプセルトナー粒子T1を100質量部と、外添剤として1次粒子の平均粒径が12nmの疎水性シリカ微粒子を2質量部、ヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)に投入し、撹拌羽根の先端部の周速が30m/秒の速度で3分間撹拌混合し、実施例1のカプセルトナーT1を得た。
カプセルトナーの体積平均粒径A(μm)、粒径が0.5A(μm)以下のカプセルトナーの含有量及び粒径が1.5A(μm)以上のカプセルトナーの含有量を表1に示される値になるように調整した点や樹脂微粒子の種類を変更した点以外は、実施例1と同様の方法に従い、実施例2〜実施例21のカプセルトナーT2〜T21を作製した。カプセルトナーT2〜T21に関して、体積平均粒径A、粒径が0.5A以下のカプセルトナーの含有量、粒径が1.5A以上のカプセルトナーの含有量、樹脂微粒子の種類と添加量、及び、円形度を表1に示す。
カプセルトナーの体積平均粒径A(μm)、粒径が0.5A(μm)以下のカプセルトナーの含有量及び粒径が1.5A(μm)以上のカプセルトナーの含有量を表1に示される値になるように調整した点や樹脂微粒子の種類を変更した点以外は、実施例1と同様の方法に従い、比較例1〜比較例9のカプセルトナーT22〜T30を作製した。カプセルトナーT22〜T30に関して、体積平均粒径A、粒径が0.5A以下のカプセルトナーの含有量、粒径が1.5A以上のカプセルトナーの含有量、樹脂微粒子の種類と添加量、及び、円形度を表1に示す。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを1.8質量部に変更した点以外は、樹脂微粒子A1と同様の方法に従い、樹脂微粒子A2を調製し、ガラス転移点が60℃、軟化温度93℃、粒子径が0.10μmのほぼ単分散の樹脂微粒子A2を得た。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.5質量部に変更した点以外は、樹脂微粒子A1と同様の方法に従い、樹脂微粒子A2を調製し、ガラス転移点が60℃、軟化温度96℃、粒子径が0.25μmのほぼ単分散の樹脂微粒子A3を得た。
[クリーニング性の評価方法]
上記2成分現像剤を、2成分現像装置を有する市販複写機(商品名:MX−5111FN、シャープ株式会社製)の現像ユニットに充填し、温度20℃、湿度60%の環境下で、印字率5%のA4テキスト画像の1万枚連続プリントテストを行い、プリント画像を確認した。
また、連続プリントテスト後に感光体を取り外し、クリーニングブレードとの接触部から下流側において感光体表面に残るトナーを透明テープで採取し、クリーニング不良に起因する感光体表面のトナーの有無を目視で観察した。
クリーニング性の評価基準は以下の通りである。
○:良好。プリント画像と感光体表面ともに、クリーニング不良に起因するトナーが確認できない。
△:実用上問題なし。プリント画像ではクリーニング不良に起因するトナーが確認できないが、感光体表面ではクリーニング不良に起因するトナーがわずかに確認される。
×:不良。プリント画像と感光体表面ともに、クリーニング不良に起因するトナーが確認される。
上記2成分現像剤を、2成分現像装置を有する市販複写機(商品名:MX−5111FN、シャープ株式会社製)の現像ユニットに充填し、記録媒体(商品名:PPC用紙SF−4AM3、シャープ株式会社製)上に、10個のトナー画像(一辺が10mmの正方形)が現像ローラの軸方向に等間隔(10mm間隔)で配置されるようにプリントした。
なお、プリントされる10個のトナー画像の画像濃度が同一濃度となるように、画像データとして、10個のベタ画像が同一濃度(ベタ画像:255)となる画像データ(JPEGデータ)を使用し、10個のトナー画像の画像濃度については、反射濃度計(商品名:RD918、マクベス社製)を用いて測定した。
現像ムラの評価基準は以下の通りである。
○:良好。10個のトナー画像の画像濃度のうち、最大値に対する最小値の比が95%以上で、かつ、画像濃度ムラ(画像濃度の不均一)が目視で確認できない。
△:実用上問題なし。10個のトナー画像の画像濃度のうち、最大値に対する最小値の比が95%未満であるものの、画像濃度ムラ(画像濃度の不均一)が目視で確認できない。
×:不良。10個のトナー画像の画像濃度のうち、最大値に対する最小値の比が95%未満、かつ、画像濃度ムラ(画像濃度の不均一)が目視で確認される。
Claims (3)
- トナー母粒子表面に、機械的衝撃力を用いて樹脂微粒子を融着させることによって被覆層を形成して、カプセルトナーを製造する方法において、
前記トナー母粒子は、結着樹脂として30℃以上45℃以下のガラス転移点を有するスチレン−アクリル共重合体樹脂を含み、前記樹脂微粒子は、前記結着樹脂のガラス転移点より5℃から20℃高いガラス転移点であって、50℃以上60℃以下のガラス転移点を有するスチレン−アクリル共重合体樹脂を含み、
前記トナー母粒子の体積平均粒径が6.8μm以上8μm以下であり、前記樹脂微粒子の体積平均粒径が0.05μm以上0.25μm以下であり、
前記カプセルトナーの体積平均粒径をA[μm]とするとき、粒径が(0.5×A)μm以下であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上3質量%以下であることを特徴とするカプセルトナーの製造方法。 - 粒径が(1.5×A)μm以上であるカプセルトナーの割合が全カプセルトナー中0質量%以上1質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のカプセルトナーの製造方法。
- 前記カプセルトナーの円形度が、0.90以上0.95以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカプセルトナーの製造方法。
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