JP7271347B2 - トナー粒子の製造方法 - Google Patents
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その要求に対して、重合によってトナーを製造する方法において、コア-シェル構造を有するトナーで、トナーの粒子径、平均円形度とトナーの硬度を適正な範囲にすることで、良好な保存性と定着性を得ることで高画質で耐久性に優れたトナーが得られる方法がある(特許文献1)。
また、特定の重合開始剤を含め、2種類以上の重合開始剤を用いて重合を行い、得られたポリマーの分子量分布において、低分子量側と高分子量側に夫々少なくとも1つのピークまたは肩を有するようにすることで定着性と耐久性に優れたトナーを得る方法がある(特許文献2)。
本発明の目的は、重合工程において特定の構造および物性を有する重合開始剤を水系媒体中で2種類と水溶性開始剤を用いることで、トナーバインダーのうち、高分子のものをトナー表層近傍に分布させ、保存性を向上させ、定着性に優れかつトナー粒子中の残留モノマー(重合性単量体)を低減させたトナー粒子の製造方法を提供することにある。
該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤が、該重合性単量体に可溶な重合開始剤であり、
該第1の重合開始剤が、下記式(1)で示される化合物であり、
該第1の重合開始剤の10時間半減期温度が、45.0℃以上65.0℃以下であり、
該第2の重合開始剤が、下記式(2)または(3)で示される化合物であり、
該第2の重合開始剤の10時間半減期温度が、70.0℃以上115.0℃以下であり、
該調製工程において調製された該重合性単量体組成物中の該第1の重合開始剤の含有量が、該重合性単量体に対して2.5モル%以上20.0モル%以下であり、
該重合工程が、該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤によって、該重合性単量体を重合させる第1の重合工程、および、該第1の重合工程において該第2の重合開始剤の残存率が50%以上のときに、第3の重合開始剤を該水系媒体中に添加し、該重合性単量体をさらに重合させる第2の重合工程を有し、
該第3の重合開始剤が、水溶性の重合開始剤であり、
該第2の重合工程において該水系媒体中に該第3の重合開始剤を添加したときの該第2の重合開始剤の残存量が、該第3の重合開始剤の添加量に対して20.0モル%以上であることを特徴とするトナー粒子の製造方法に関する。
i)該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤が、該重合性単量体に可溶な重合開始剤であり、
ii)該第1の重合開始剤が、下記式(1)で示される化合物であり、
iii)該第2の重合開始剤が、下記式(2)または(3)で示される化合物であり、
iv)該調製工程において調製された該重合性単量体組成物中の該第1の重合開始剤の含有量が、該重合性単量体に対して2.5モル%以上20.0モル%以下であり、
v)該重合工程が、該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤によって、該重合性単量体を重合させる第1の重合工程、および、該第1の重合工程において該第2の重合開始剤の残存率が50%以上のときに、第3の重合開始剤を該水系媒体中に添加し、該重合性単量体をさらに重合させる第2の重合工程を有し、
vi)該第3の重合開始剤が、水溶性の重合開始剤であり、
vii)該第2の重合工程において該水系媒体中に該第3の重合開始剤を添加したときの該第2の重合開始剤の残存量が、該第3の重合開始剤の添加量に対して20.0モル%以上であること。
第2の重合開始剤残存率が50%以上のときに、第3の重合開始剤を添加することで、トナー粒子表面近傍は第2の重合開始剤と第3の重合開始剤がともに作用する。トナー粒子前駆体表面近傍は第2の重合開始剤と第3の重合開始剤がともに作用することで第2の重合開始剤が選択的に作用している箇所に対して、生成する結着樹脂の分子量は高くなる。
・t-へキシル パーオキシピバレート(パーへキシルPV 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度53.2℃)
R7=CH3-CH2-CH2-、R8=CH3-、R9=CH3-、R10=CH3-
・t-ブチル パーオキシネオデカノエート(パーブチルND 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度46.4℃)
R7=CH3-、R8=CH3-、R9=CH3-、R10=C6H13-
・t-ブチル パーオキシピバレート(パーブチルPV 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度54.6℃)
R7=CH3-、R8=CH3-、R9=CH3-、R10=CH3-
・t-ブチル パーオキシイソブチレート(ルペロックス80 アルケマ吉富株式会社製;10時間半減期温度75℃)
R1=(CH3)3C-、R2=CH3-、R3=CH3-
・t-アミル パーオキシイソブチレート(ルペロックス580 アルケマ吉富株式会社製;10時間半減期温度73℃)
R1=C2H5-(CH3)2C-、R2=CH3-、R3=CH3-
・t-ブチル パーオキシ-2-エチルヘキサノエート(パーブチルO 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度72.1℃)
R1=(CH3)3C-、R2=CH3CH2-、R3=CH3(CH2)3-
・t-ブチル パーオキシアセテート(パーブチルA 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度101.9℃)
R1=(CH3)3C-、R2=H、R3=H
・t-ブチル パーオキシイソプロピルモノカーボネート(パーブチルI 日本油脂株式会社製;10時間半減期温度98.7℃)
R4=(CH3)3C-、R5=CH3-、R6=CH3-
本発明のトナーは、着色剤として顔料を含有する。シアン系着色剤に用いられる顔料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、並びに、塩基染料レーキ化合物が利用できる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3及びC.I.ピグメントブルー15:4。
本発明のトナーにおいては、本発明の効果を阻害しない範囲で各種特性付与を目的として公知の様々な無機、有機の添加剤を用いることが可能である。用いる添加剤は、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径の3/10以下の粒径であることが好ましい。この添加剤の粒径とは、走査型電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。
本発明に用いられる重合性単量体としては、スチレン以外にもラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体が用いても良い。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することが出来る。単官能性重合性単量体としては、スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、ο-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレンの如きスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレートの如きアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルの如きビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンの如きビニルケトンが挙げられる。
本発明のトナーの製造方法として懸濁重合を用いるが、以下の如き製造方法によって直接的にトナーを製造することが可能である。重合性単量体中にポリエステル樹脂などの極性樹脂、離型剤、着色剤、架橋剤、その他の添加剤を加え、ホモジナイザー、超音波分散機等によって均一に溶解又は分散せしめ、分散安定剤を有する水系媒体中に通常の撹拌機またはホモミクサー、ホモジナイザーなどにより分散せしめる。 重合性単量体中に第一の重合開始剤、第二の重合開始剤を加え重合性単量体組成物を調製する調整工程を有する。重合性単量体組成物の液滴が所望のトナーのサイズを有するように撹拌速度・時間を調整し、造粒して重合性単量体組成物の粒子を形成する。その後は、分散安定剤の作用により、粒子状態が維持され、且つ粒子の沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。第一の重合開始剤、第二の重合開始剤により第一の重合工程を進行させる。重合温度は40℃以上、通常50~120℃の温度に設定して重合を行う。重合温度が95℃以上の場合は重合反応を行う容器を加圧して水系媒体が蒸発するのを抑制しても良い。第一の重合温度は第一の重合開始剤の10時間半減期温度より0~30℃高い温度で行うことが好ましい。第一の重合工程にて第二の重合開始剤の残存率が50%以上のとき、第三の重合開始剤を水系媒体中に添加し、第二の重合工程を行う。第三の重合開始剤は水溶性の重合開始剤を使用する。第三の重合開始剤を添加したときの、第二の重合開始剤の残存量は第三の重合開始剤の添加量に対して20モル%以上である。
第2の重合開始剤の残存率は以下の手順で計算した。使用する重合開始剤の1分半減期温度、1時間半減期温度、10時間半減期温度を入手した。入手した各半減期温度をマイクロソフト社製エクセル2016(16.0.4639.1000)32ビットにて散布図にてグラフ化した。作成したグラフから近似曲線のオプションにて累乗近似を選択し、近似曲線を得た。近似曲線の数式を表示し半減期の計算式を得た。半減期の計算式に第一の重合工程における温度を代入し、第二の重合開始剤の残存率を求めた。
トナー中の残留スチレンモノマーなどの残留モノマーの定量は、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)50℃で10分ホールド、(2)10℃/分で200℃まで昇温、(3)200℃で5分ホールド
注入口:200℃、パルスドスプリットレスモード(20→40psi、until0.5分)
スプリット比:5.0:1.0
検出器:250℃(FID)
以下、本発明における製造装置について説明する。本発明では、公知のものが使用できるが、造粒工程における撹拌手段の一例としては、パドル翼、傾斜パドル翼、三枚後退翼、アンカー翼、フルゾーン翼(神鋼パンテック社製)、マックスブレンド(住友重機社製)、スーパーミックス(佐竹化学機械工業社製)、Hi-Fミキサー(綜研化学社製)等の撹拌翼を有するものを用いることができる。他にも、高剪断力を付与できる撹拌機がより好ましい。高剪断撹拌機としては、高速回転する撹拌ロータと該撹拌ロータを囲うように設けられたスクリーンとによって形成される撹拌室を備えているものが好ましく用いられる。具体的には、ウルトラタラックス(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業社製)、クレアミックス(エムテクニック社製)、Wモーション(エムテクニック社製)、キャビトロン(ユーロテック社製)、シャープフローミル(太平洋機工社製)等が用いられる。
分散媒(水系媒体)
反応容器中のイオン交換水1000質量部に、リン酸ナトリウム14質量部ならびに10%塩酸を4.5質量部投入し、N2パージしながら65℃で60分保温した。T.K.ホモミクサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて撹拌しながら、イオン交換水10質量部に7.8質量部の塩化カルシウムを溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。
・スチレン 60質量部
・カーボンブラック(Orion Engineerred Carbons社製、商品名「Printex35」) 7質量部
・荷電制御剤(オリエント社製:ボントロンE-89) 0.25質量部
上記材料をアトライタ分散機(三井三池化工機株式会社)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5時間分散させて、組成物を得た。
・スチレン 20質量部
・n-ブチルアクリレート 20質量部
・極性樹脂 5質量部
(ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物と、テレフタル酸及びイソフタル酸との縮重合反応により得られた飽和ポリエステル樹脂;重量平均分子量が13000、酸価が8mgKOH/g、ガラス転移温度が74℃)
フィッシャートロプシュワックス
(シューマンサゾール社製、商品名「C80」:融点83.0℃) 9質量部
を加えた。
表1に記載される通りに各原料の種類及び含有量、第三の重合開始剤の投入タイミング、温度条件を変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを製造した。
低温低湿環境下(L/L:温度10℃、湿度10%RH)で、後述の評価機を用い、マシン及びトナーを充填したカートリッジが環境になじんだ状態(該環境下に24時間放置後)から電源を入れた。ウェイトアップ直後に200μm幅の横線パターン(横幅200μm、間隔200μm)をプリントアウトし、50枚目のプリント画像を定着性の評価に用いた。定着性の評価は画像をシルボン紙で5往復100g荷重(0.98N)でこすり、画像のはがれを反射濃度の低下率(%)の平均で評価した。
トナーの保存安定性評価は、10gのトナーを100mlのポリカップに量り取り、50℃および55℃の恒温層の中へ3日間放置した後、200メッシュ(目開き)の篩性により評価した。測定装置として、デジタル振動計(DEGITAL VIBLATIONMETERMODEL 1332 SHOWA SOKKI CORPORATION製)を有するパウダーテスター(細川ミクロン社製)を用いた。
市販のLBP-2710(キヤノン株式会社製)のプロセススピードを220mm/sに改造し、市販のブラックカートリッジからトナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した。その後、本発明のトナーを260g充填し、その他のシアン、イエロー及びマゼンタのカートリッジのトナーを抜いて各ステーションに挿入したものを用いた。
Claims (4)
- 重合性単量体、第1の重合開始剤および第2の重合開始剤を含有する重合性単量体組成物を調製する調製工程、水系媒体中で該重合性単量体組成物の粒子を形成する造粒工程、および、該重合性単量体組成物の該粒子に含まれる該重合性単量体を重合させる重合工程を有するトナー粒子の製造方法であって、
該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤が、該重合性単量体に可溶な重合開始剤であり、
該第1の重合開始剤が、下記式(1)で示される化合物であり、
該第1の重合開始剤の10時間半減期温度が、45.0℃以上65.0℃以下であり、
該第2の重合開始剤が、下記式(2)または(3)で示される化合物であり、
該第2の重合開始剤の10時間半減期温度が、70.0℃以上115.0℃以下であり、
該調製工程において調製された該重合性単量体組成物中の該第1の重合開始剤の含有量が、該重合性単量体に対して2.5モル%以上20.0モル%以下であり、
該重合工程が、該第1の重合開始剤および該第2の重合開始剤によって、該重合性単量体を重合させる第1の重合工程、および、該第1の重合工程において該第2の重合開始剤の残存率が50%以上のときに、第3の重合開始剤を該水系媒体中に添加し、該重合性単量体をさらに重合させる第2の重合工程を有し、
該第3の重合開始剤が、水溶性の重合開始剤であり、
該第2の重合工程において該水系媒体中に該第3の重合開始剤を添加したときの該第2の重合開始剤の残存量が、該第3の重合開始剤の添加量に対して20.0モル%以上であることを特徴とするトナー粒子の製造方法。 - 前記調製工程において調製された前記重合性単量体組成物中の前記第2の重合開始剤の含有量が、前記第1の重合開始剤に対して5.0モル%以上60.0モル%以下である請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記第2の重合工程における前記第3の重合開始剤の添加量が、前記調製工程において調製された前記重合性単量体組成物中の前記第2の重合開始剤の含有量に対して5.0モル%以上90.0モル%以下である請求項1または2に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記第1あるいは第2の重合工程において、重合温度を前記第1あるいは第2の重合工程の途中で上昇させる請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
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