JP7476022B2 - トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
粉砕手段としては各種粉砕装置が用いられるが、特に近年、CO2排出量削減への対応から、装置の省エネルギー化が求められており、電力消費の少ない機械式粉砕機が用いられることが多い。例えば、被粉砕物の投入口および排出口を有するケーシング内に、中心回転軸に支持され、外周面に複数の凸部と凹部とを有する回転子と、この回転子の外側に、この回転子の外周面と所定の間隙を設けて配置され、その内周面に複数の凸部と凹部とを有する固定子とを備え、投入口から排出口を流れる気流にのって回転子と固定子とが対向する処理部を被粉砕物が通過する際に、回転子もしくは固定子の凸部もしくは凹部に衝突することで被粉砕物を粉砕する機械式粉砕機が知られている。
近年、高画質化の観点でトナーの小粒径化が求められている。トナーの小粒径化のためには、上記のような機械式粉砕機においては、回転子を高速回転させることや回転子と固定子の間隔を狭めることが有効になる。しかしながら、回転子を高速回転させた場合、粉砕時の摩擦熱等によって被粉砕物の温度や粉砕室内の空気等の温度が上昇し、機内融着が発生しやすくなる。また、回転子と固定子の間隔を狭めた場合も機内融着が発生しやすくなる。
より小粒径のトナー粒子の製造のため、固定子の溝の形状を工夫した機械式粉砕機が開示されている(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1に記載の機械式粉砕機は、より小粒径のトナー粒子を製造する際の機内融着の抑制という観点では改善の余地があることがわかった。
トナー粒子をより小粒径に粉砕し、微粉砕品を得るために回転子の回転数を増大させた場合や、生産性向上のための手段として、単位時間当たりの被粉砕物の投入量を増やした場合に、機内の温度及び被粉砕物の温度上昇がより顕著となるため、機内融着が発生しやすくなる。
また、機内の温度及び被粉砕物の温度上昇が顕著になると、被粉砕物の表面が部分的に溶け、被粉砕物同士が結合してしまい、微粉砕品の粒径が安定しない場合がある。
本発明は上述した課題を解決する為になされるものであり、より小粒径のトナー粒子を製造する際に、機内融着を抑制することができ、かつ、トナーの生産性の向上を達成するトナー粒子の製造方法を提供するものである。
得られた混練物を冷却する冷却工程、
冷却物を粗粉砕する粗粉砕工程、および粗粉砕物を微粉砕手段によって微粉砕する微粉砕工程を有するトナーの製造方法であって、
該粉砕手段は、該粗粉砕物を粉砕手段内に供給するための粉体供給口Aと、
内周面に複数の凸部と凹部とを有する固定子と、中心回転軸に取り付けられ、外周面に複数の凸部と凹部とを有する回転子と、粉砕された粉体を排出するための粉体排出口と、を有し、
該固定子は該回転子を内包しており、該固定子の表面と該回転子の表面とが所定の間隙を有して対向して、微粉砕を行う処理部が形成されており、
該粉体供給口Aには、内部を気流が流れる配管Aが接続されており、
該配管Aにおける該粉体供給口Aより上流側には、配管A内に該粗粉砕物を投入するための粉体投入口Bが設けられており、
該微粉砕工程においては、該配管Aを流れる気流に、該粉体投入口Bから該粗粉砕物が投入され、形成された粗粉砕物を含む気流を、該微粉砕手段の該粉体供給口Aから微粉砕手段内に取り込み、気流を維持したまま該処理部に該粗粉砕物を供給して、回転する回転子により微粉砕が行われるものであり、
該粉体投入口Bから該配管Aを流れる気流に該粗粉砕物を投入する角度を変化させながら該粗粉砕物の投入が行われることを特徴とするトナーの製造方法に関する。
結着樹脂および着色剤を含有する混合物を溶融混練する溶融混練工程、
得られた混練物を冷却する冷却工程、
冷却物を粗粉砕する粗粉砕工程、および
粗粉砕物を微粉砕手段によって微粉砕する微粉砕工程
を有するトナーの製造方法であって、
該粉砕手段は、該粗粉砕物を粉砕手段内に供給するための粉体供給口Aと、
内周面に複数の凸部と凹部とを有する固定子と、
中心回転軸に取り付けられ、外周面に複数の凸部と凹部とを有する回転子と、
粉砕された粉体を排出するための粉体排出口と、
を有し、
該固定子は該回転子を内包しており、該固定子の表面と該回転子の表面とが所定の間隙を有して対向して、微粉砕を行う処理部が形成されており、
該粉体供給口Aには、内部を気流が流れる配管Aが接続されており、
該配管Aにおける該粉体供給口Aより上流側には、配管A内に該粗粉砕物を投入するための粉体投入口Bが設けられており、
該微粉砕工程においては、該配管Aを流れる気流に、該粉体投入口Bから該粗粉砕物が投入され、形成された粗粉砕物を含む気流を、該微粉砕手段の該粉体供給口Aから微粉砕手段内に取り込み、気流を維持したまま該処理部に該粗粉砕物を供給して、回転する回転子により微粉砕が行われるものであり、
該粉体投入口Bから該配管Aを流れる気流に該粗粉砕物を投入する角度を変化させながら該粗粉砕物の投入が行われることを特徴とする。
電子写真に用いられるトナーに用いられる結着樹脂としては、一般的な樹脂を用いることができる。例えば、ポリエステル樹脂、スチレン-アクリル酸共重合体、ポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など。この中でも、低温定着性を良好にするという観点から非晶性ポリエステル樹脂が用いられ、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から、低分子量ポリエステルと高分子量ポリエステルを併用することが知られている。また、さらなる低温定着性の向上と保管時の耐ブロッキング性の観点から結晶性ポリエステルを可塑剤として用いることもある。
トナーに含有できる着色剤としては、以下のものが挙げられる。
必要に応じて、トナーの加熱定着時にホットオフセットの発生を抑制する離型剤を用いてもよい。該離型剤としては、低分子量ポリオレフィン類、シリコーンワックス、脂肪酸アミド類、エステルワックス類、カルナバワックス、炭化水素系ワックスなどが一般的に例示できる。
トナー粒子の粒度分布は以下のように測定する。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに電解水溶液約30mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となるように適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
粗粉砕物の粒度分布の測定として、粒度分布測定装置LA-950V2(堀場製作所製)を用いた。この装置はレーザー散乱法を用いて、0.01μm~3000μmまでの粒径が測定可能である。この装置を用いて湿式測定により粗粉砕物の粒径を測定した。湿式測定の方法としては水媒体に粗粉砕物を交ぜ、上記コールターカウンタ同様に分散剤として「コンタミノンN」を用いて超音波分散させたものを装置内に導入させた。試料(粗粉砕物)の屈折率の値として1.53、分散媒の屈折率の値として1.33を用いて測定を行った。
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン:72.0質量部(0.20モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸:
28.0質量部(0.17モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫(エステル化触媒):0.5質量部
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
・無水トリメリット酸:
3質量部(0.01モル;多価カルボン酸総モル数に対して4.0mol%)
・tert-ブチルカテコール(重合禁止剤):0.1質量部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度180℃に維持したまま、1時間反応させ、ASTM D36-86に従って測定した軟化点が90℃に達したことを確認してから温度を下げて反応を止め、結着樹脂として非晶性ポリエステル樹脂Lを得た。
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン:72.3質量部(0.20モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸:
18.3質量部(0.11モル;多価カルボン酸総モル数に対して65.0mol%)
・フマル酸:
2.9質量部(0.03モル;多価カルボン酸総モル数に対して15.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫(エステル化触媒):0.5質量部
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、2時間反応させた。
・無水トリメリット酸:
6.5質量部(0.03モル;多価カルボン酸総モル数に対して20.0mol%)
・tert-ブチルカテコール(重合禁止剤):0.1質量部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度160℃に維持したまま、15時間反応させ、ASTM D36-86に従って測定した軟化点が137℃に達したのを確認してから温度を下げて反応を止め、結着樹脂として非晶性ポリエステル樹脂Hを得た。
・1,6-ヘキサンジオール:
34.5質量部(0.29モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・ドデカン二酸:
65.5質量部(0.28モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫:0.5質量部
冷却管、撹拌機、窒素導入管、及び、熱電対のついた反応槽に、上記材料を秤量した。フラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。
・非晶性ポリエステル樹脂L 80質量部
・非晶性ポリエステル樹脂H 20質量部
・結晶性ポリエステル樹脂 5質量部
・フィッシャートロプシュワックス(炭化水素ワックス、最大吸熱ピークのピーク温度90℃) 5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 7質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数20s-1、回転時間5minで混合した後、二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練した。混練時のバレル温度は、混練物の出口温度が120℃になるよう設定した。混練物の出口温度は、安立計器社製ハンディタイプ温度計HA-200Eを用い直接計測した。得られた混練物を冷却し、ピンミルにて体積平均粒径60μmに粗粉砕し、トナー粗砕物1を得た。
本実施例においては、粉砕装置図1、図2に示したものを用いる。
図1、図2に示す粉砕装置を用い、粉体投入口Bから粗砕物1を30kg/h、冷風を風量8m3/min流入させ、回転子と固定子とギャップ1.0mm、冷風温度-10℃、の条件で粗砕物1の粉砕を行った。
図1、図2に示す粉砕装置を用い、粉体投入口Bから粗砕物1を30kg/h、冷風を風量8m3/min流入させ、回転子と固定子とギャップ1.0mm、冷風温度-10℃、の条件で粗砕物1の粉砕を行った。
連続10時間の製造後装置を停止し、回転子及び固定子のトナーの付着度合い(汚れ)を目視で確認した。
A・・・付着はほとんどなくり非常に優れている。
B・・・若干付着は認められるが実用上問題のないレベルである。
C・・・付着が認められ実用上問題がある。
製造した微粉砕品を2時間毎にサンプリングし、重量平均粒径(D4)を測定し、微粉砕品の粒径安定性の評価を行った。
A・・・設定範囲内の粒径が得られており非常に優れている。
B・・・設定値から外れるが0.3μm以内であり実用上問題のないレベルである。
C・・・設定値から0.3μm以上外れ実用上問題がある。
トナー原料(粗砕物)の製造例で得たトナー粗砕物を体積平均粒径が100μmになるように粗粉砕し、評価条件は条件2のみ評価した以外は実施例1と同様の方法で評価を実施した。
該粉体投入口Bと回転子の中心回転軸との距離を3mとした以外は実施例2と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を20°から160°まで1°/1secの速度で連続的に変化させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を20°から160°まで1°/1minの速度で変化(1分毎に1°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を20°から160°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を20°から90°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を20°から40°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を140°から160°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を10°から20°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
粉体投入口Bの角度を160°から170°まで10°/10minの速度で変化(10分毎に10°の非連続的変化)させながら粉砕を行った以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
該粉体投入口Bの角度を90°に固定し、評価条件を条件1と条件2で評価した以外は実施例3と同様の方法で評価を実施した。
Claims (3)
- 結着樹脂および着色剤を含有する混合物を溶融混練する溶融混練工程、
得られた混練物を冷却する冷却工程、
冷却物を粗粉砕する粗粉砕工程、および
粗粉砕物を微粉砕手段によって微粉砕する微粉砕工程
を有するトナーの製造方法であって、
該粉砕手段は、該粗粉砕物を粉砕手段内に供給するための粉体供給口Aと、
内周面に複数の凸部と凹部とを有する固定子と、
中心回転軸に取り付けられ、外周面に複数の凸部と凹部とを有する回転子と、
粉砕された粉体を排出するための粉体排出口と、
を有し、
該固定子は該回転子を内包しており、該固定子の表面と該回転子の表面とが所定の間隙を有して対向して、微粉砕を行う処理部が形成されており、
該粉体供給口Aには、内部を気流が流れる配管Aが接続されており、
該配管Aにおける該粉体供給口Aより上流側には、配管A内に該粗粉砕物を投入するための粉体投入口Bが設けられており、
該微粉砕工程においては、該配管Aを流れる気流に、該粉体投入口Bから該粗粉砕物が投入され、形成された粗粉砕物を含む気流を、該微粉砕手段の該粉体供給口Aから微粉砕手段内に取り込み、気流を維持したまま該処理部に該粗粉砕物を供給して、回転する回転子により微粉砕が行われるものであり、
該粉体投入口Bから該配管Aを流れる気流に該粗粉砕物を投入する角度を変化させながら該粗粉砕物の投入が行われることを特徴とするトナーの製造方法。 - 該粉体投入口Bから該配管Aを流れる気流に該粗粉砕物を投入する角度を20°以上160°以下(但し、該配管Aの長手方向の角度を0°とする。)に変化させながら該粗粉砕物の投入が行われる請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 該粉体投入口Bと該回転子の中心回転軸との距離が2m以下である請求項1または2に記載のトナーの製造方法。
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