JPH026535A - ポリマー粒子の製造方法 - Google Patents
ポリマー粒子の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
しているポリマー粉末の製造方法に関する。更に詳しく
は本発明は、コントロールされた所定サイズ及びサイズ
分布を有するトナー及び/又はキャリヤー粒子の製造方
法に関する。
て、ポリマーを溶剤に溶解し次いで該溶剤と混和性であ
る非溶剤を添加することによって溶剤から沈殿させる溶
液方法;溶融ポリマーを石鹸のような分散剤を含有する
水溶液に導入する分散液方法、及びポリマー粒子をポリ
マーの非溶剤である液体に分散させ、該分散液を攪拌し
ながら該ポリマーの融点以上で加熱し、次いで冷却して
固形化ポリマー粒子を回収することにより粉末を製造す
る方法である該特許請求の範囲に記載された発明を含む
いくつかの同様の技術などのポリマー粉末を製造する多
くの技術が開示されている。これらの技術はある特定の
条件下では有用であるが、これらは、全て、使用される
水又はその他の非溶剤の沸点よりもポリマー粒子の溶融
温度が高いので加圧容器が必要であるといったプロセス
条件で、又は界面活性剤もしくは類似物で被覆するとい
った技術の終点での粒子化条件で不利益がある。このよ
うな条件は、多くの応用での使用、特に所望の結果を達
成するために粒子が摩擦電気的に荷電される静電写真で
使用する場合に粒子を実用的でなくする。
を水非混和性極性溶剤に溶解し、一般に乳化剤を使用し
て該溶液を水中に乳化させ、該溶剤と混和性であるがポ
リマーの非溶剤である水非混和性有機液体を添加し、そ
してポリマー粒子を回収することにより固体ポリマーの
小さい粒子を製造する方法が教示されている。
の非溶剤でありポリプロピレンの酸変性ポリマーを含む
非プロトン性液体中の結晶性ポリマーの流動混合物をポ
リマーの結晶溶融点以上の温度で攪拌し、冷却し、そし
て非プロトン性液体から固体粒子を回収することによっ
て、結晶性縮合型ポリマーの小さい球状粒子を製造する
方法が提供されている。これら最後の二つの方法は、そ
れらが粉末粒子を製造するために使用されるポリマーの
種類、又は方法で使用される種々の成分のための結果で
ある粉末化条件に関して制限されるという不利益がある
。
ハロゲン化炭化水素溶剤に分散させ、混合溶液を水性媒
体に分散させ、そして溶剤を除去した後脱水し得られた
粒子を乾燥することによってトナーを製造する方法が開
示されている。
ても製造できる。懸濁重合に於て、モノマーの滴は水溶
液中に分散し、重合は各滴の中で起きる。固形化ポリマ
ー粒子は系の残留物から分離される。「限定凝結J (
limited coalescence)といわれる
これらの技術を利用する特許には、米国特許第2.93
4.530号、同第3.615.972号、同第2、9
32.629号及び同第4.314.932号などがあ
る。
類に関して制限される。
くの方法、多分その最も単純なものは塊状ポリマー材料
を粉砕して適当な粒子サイズ及び/又は粒子サイズ分布
にする方法により製造される。この方法が不利であるこ
とは広く知られている。第一に、粒子は粉砕後に全体的
に不規則な形状をしており、意図した目的のために適当
ではなく、第二に、ある種のポリマー材料は強靭である
ために粉砕ができない。そのため、ポリマーの種類又は
ポリマーの物理的性質に関係なく、均一で所定のサイズ
及びサイズ分布のポリマー粉末を製造する方法を開発す
る必要性がある。
を形成し、ポリマー−溶剤溶液を、促進剤及び0100
1−〜1廓の平均粒子サイズを有するシリカ粒子を含有
する水中で、存在するポリマー及び溶剤100g当り5
0重量%水中分散液0.5〜21m1の濃度で、好まし
くは、50重量%分散液、0.5〜10−/溶剤及びポ
リマー100gの量で存在するように分散させ、該シリ
カが水不溶性固体粒子懸濁安定剤として存在し、該分散
液を高剪断作用に附して水中の滴の粒子サイズを減少さ
せ、このようにして形成されたポリマー粒子から水非混
和性溶剤及び固体シリカ粒子状懸濁安定剤を除去し、そ
して、水相からポリマー粉末を回収することにより、所
定のサイズ及びサイズ分布のために、使用されたポリマ
ーの化学的性質に関係なく、トナー及び/又はキャリヤ
ー粒子を製造する方法を提供することによって、前記課
題を解決する。
ゆる種類のポリマーからトナー及び/又はキャリヤーを
製造することを意図している。この方法により、得られ
る粒子のサイズ及びサイズ分布は、使用される特定のポ
リマー及び溶剤の相対量、水不溶性固体シリカ粒子懸濁
安定剤の景及びサイズ、並びに溶剤−ポリマー滴が使用
する攪拌によって減じられるサイズにより、所定通りコ
ントロールされる。かくして、溶剤中のポリマーの有機
溶液(但し、Aは溶剤中のポリマーの重量分率である)
に対して、半径R,の最初の粒子サイズに対し連続水相
中で高剪断により不連続の滴に減少される最終粒子の概
略半径R2は、式R2=3A’/’R,により計算され
る。最初の粒子サイズは、添付の第1図にしたがって使
用されたシリカ安定剤の濃度により定めることができる
。本発明の方法はトナー又はキャリヤー粒子の何れかに
等しく適用することができるが、本発明の記載を単純に
する目的で、以下、本明細書を通してトナー粒子につい
てのみ説明する。
る成る壷の溶剤に溶解する。溶剤の量は、与えられた攪
拌条件下で製造された粒子のサイズがその結果生じる粉
末粒子のサイズに影響を与えるので重要であ°る。一般
的に溶剤中のポリマーのより高い濃度は、同じ溶剤中で
ポリマーのより低い濃度により製造されるものよりも、
より低い収縮度を有するより大きい粒子サイズの粉末粒
子を生成する。溶剤中のポリマーの濃度は、約1〜80
重量%、好ましくは約2〜60重量%にすべきである。
度は、一般的に、数平均分子量10、000及び重量平
均分子量200.000を有するポリエステル樹脂につ
いて10〜35重量%に維持される。
分散剤を水相と、系における攪拌により形成されるポリ
マー溶剤滴との間の界面に移動させる促進剤を含有する
水溶液に導入する。この効果を達成するために、系のp
Hを約2〜7、好ましくは約3〜6、そして最も好まし
くは4に調節することが一般的に望ましい。促進剤は、
ポリマー及び溶剤の重量基準で1〜約10%、好ましく
は約2〜7%の量で存在させるのが好ましい。形成され
る滴のサイズは、系の剪断作用と使用される粒子分散剤
の量とに依存する。どの様な高剪断型攪拌装置も本発明
の方法に適用できるけれども、溶液中のポリマーはミク
ロフルッディクスマニュファクチュアリング(Micr
ofluidics Manufacturing)に
より製造された型式No、1107のようなミクロ流動
化機(microfluidizer)中で水相に導入
するのが好ましい。この装置で溶剤中のポリマー滴は、
高剪断攪拌域中で水相中で分散され、そのサイズが減少
し、この域から出ると溶液中のポリマーの粒子サイズは
連続水相中の不連続相になる。それぞれの溶液中ポリマ
ー滴は、第1図に従って予定された限界内に、溶剤−ポ
リマー滴のサイズ及びサイズ分布の両者を制限し調節す
る固体分散剤により取り囲まれる。
剤滴の粒子サイズが定まる。次ぎに、例えば系全体を加
熱して溶剤を蒸発せしめ、Si(]□粒子によって囲ま
れている水溶液中に残留する不連続相滴から溶剤を除く
などの、あらゆる適当な技術により溶剤を滴から除去す
る。
などの適当な技術により、又は水酸化カリウムのような
アルカリ剤をポリマー粒子を含有する水相に添加して攪
拌中にpHを少なくとも約12に上げることにより、3
102分散剤をポリマー粒子の表面から除去する。この
方−法は好ましい。
より回収し、最後に水又は他の薬剤で洗浄しその表面か
ら目的とする不純物を除去する。
溶解し得るあらゆる種類のポリマーからのポリマートナ
ー粒子の製造に適用でき、そのようなポリマーとしては
、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリインブ
チレン、及びボリイソペンチレンのようなオレフィンホ
モポリマー及びコポリマー:ポリテトラフルオロエチレ
ン及びポリトリフルオロクロロエチレンのようなポリフ
ルオロオレフィン;ポリヘキサメチレンアジパミド、ポ
リへキサメチレンセバヵミド、及びポリカプロラクタム
のようなポリアミド;ポリメチルメタクリレート、ポリ
メチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、及び
スチレン−メチルメタクリレートコポリマーのようなア
クリル樹脂;エチレン−メチルアクリレートコポリマー
、エチレンーエチルアクリレートコボリマー、エチレン
−エチルメタクリレートコポリマー、ポリスチレン並び
にスチレンと上記不飽和モノマーとのコポリマー、セル
ロースアセテート、セルロースアセテートフチレート、
セルロースプロピオネート、セルロースアセテートプロ
ピオネート、及ヒエチルセルロースのようなセルロース
誘導体;ポリカーボネートのようなポリエステル;ポリ
塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニルとのコポリマー、
ポリビニルブチラール、ポリビニルアセクール、エチレ
ン−酢酸ビニルコポリマー、及びエチレン−ビニルアル
コールコポリマーのようなポリビニル樹脂;エチレン−
アリルアルコールコポリマー、エチレン−アリルアセテ
ートコポリマー、エチレン−アリルアセトンコポリマー
、エチレン−アリルベンゼンコポリマー、エチレン−ア
リルエーテルコポリマー、及びエチレン−アクリルコポ
リマーのようなエチレン−アリルコポリマー;ポリオキ
シメチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド
、ポリカーボネートなどのような重縮合ポリマーなどを
あげることができる。
塩化ビニル、MEK、)ジクロロメタン、四塩化炭素、
エチレンクロライド、トリクロロエタン、トルエン、キ
シレン、シクロヘキサノン、2−ニトロプロパンなどの
ような、該ポリマーを溶解し水と非混和性でもあるあら
ゆる適当な溶剤が、本発明の実施で使用できる。本発明
の実施で特に有用な溶剤は、多くのポリマーにとって良
溶剤であり同時に水と非混和性である理由で、ジクロロ
メタンである。更に、その揮発性は、蒸発により不連続
相滴から容易に除去されるようなものである。
は、約5〜35ナノメーター、最も好ましくは約10〜
25ナノメーターの寸法のものがよい。これらのサイズ
及び濃度は最終トナー粒子のサイズをコントロールして
所定の値にする。特に有用なシリカ分散剤はLudox
Tl″の名前でデュポン社から販売されている。
するシリカ粒子について、シリカ粒子の濃度が増大する
につれてポリマーと溶剤との滴のサイズが減少すること
が示されている第1図を参照することができる。このよ
うにして、このグラフ及び溶剤中のポリマーの濃度から
、最終トナーのサイズが合理的に予示できる。
ボキシメチルセルロース、テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド又はクロライド、ジエチルアミノエチルメタ
クリレート、ジェタノールアミンとアジピン酸との水溶
性縮合生成物、この種の特に適当なものはポリ (アジ
ピン酸−共−メチルアミノエタノール)である、エチレ
ンオキシド、ホルムアルデヒド及びポリエチレンイミン
の水溶性縮合生成物のような水溶性複樹脂状アミン縮合
生成物のような、水溶性であり水性溶液中の固体分散剤
の親水性/疎水性バランスに影響する全ての適当な促進
剤が、固体分散剤をポリマー/溶剤滴−水界面に移動さ
せるために使用できる。
テン、及び類似物も促進剤として有効である。
も約0.2重量部、好ましくは0.25〜約0.6重量
部の量で使用される。
範囲に変えることができるが、しかしながら、ポリマー
の溶剤に対する比は、ポリマーと溶剤の一緒にした重量
の約1〜80重量%の量で変えることができ、溶剤中の
ポリマーの一緒にした重量は、使用する水の量に関して
約25〜50重量%の量で変えることができる。また、
固体分散剤のサイズ及び量は、固体分散剤の粒子のサイ
ズに依存し、所望のトナー粒子のサイズにも依存する。
り一層小さくされるとき、SlO□分散剤の量は粒子の
コントロールされない凝集を防ぐために、そして得られ
る粒子の均一なサイズ及びサイズ分布を達成するために
変化する。
サイズを有する粒子が、本発明に従って製造できる。
いるような広範囲の種々の染料及び顔料から選択された
着色剤のような、静電写真トナー中に一般に存在する種
々の添加剤が、溶剤に溶解される前のポリマー又は溶解
工程自体に添加できる。白黒電子写真複写機で使用され
るトナーのために特に有用な着色剤はカーボンブラック
である。トナーの重量基準で約1〜30重量%の量で着
色剤が使用される。好ましくは約1〜8重量%の着色剤
が使用される。
。適当な電荷調節剤は、例えば、米国特許第3.’89
3.935号、同第4.079.014号、同第4、3
23.634号、英国特許第1.501.065号、同
第1、420.839号に開示されている。電荷調節剤
は、一般に、トナーの重量基準で約0.1〜3重量%、
好ましくは約0.2〜1.5重量%のような少量で使用
される。
て適当な粉末も、本発明に従って製造できる。キャリヤ
ー粒子の製造に於て、例えば、最終的に溶解されるポリ
マーに、又は水と非混和性である溶剤にポリマーを溶解
する工程で、米国特許第4.546.060号、又は同
第4.345.014号に開示されているもののような
磁性物質を含ませることが望ましい。
、1.2−プロパンジオール約95g及びグリセロール
約5gから製造した、10.000の数平均分子量及び
約120.000の重量平均分子量を有する分岐ポリエ
ステルポリマー約80gを、エストフィルブルー(Es
tofil Blue)顔料的5gと共にジクロロメタ
ン約170g及びトルエン約86.7 gに溶解した。
料含有量は全固体含有量の約6%であった。
5ナノメーターのサイズを有するシリカ粒子1〇−(こ
の物質はデュポン社から商標LudoxTMで販売され
ている)及びポリ (アジピン酸−共−メチルアミノエ
タノール)の10%溶液約3rdを含有する水懸濁液に
添加した。ポリエステル溶液を添加する前に、1規定の
塩酸を添加することによって水相のpHを約4に調整し
た。水性懸濁液にポリエステル/溶剤有機相を添加して
、系を直ちに、ブリンクマン(Br inkmann)
販売のポリトロン(Polytron)次いでミクロ流
動化機を使用して剪断に附した。
よって、このようにして形成された粒子から溶剤を除去
した。形成された粒子は2〜5−の範囲の粒子サイズを
有し、シリカ粒子で被覆された全<球状のビーズであっ
た。このビーズを水で、次いで、デュポン社から商標加
nyl FSNで販売されている弗化炭化水素界面活性
剤の1%溶液を含有するl規定水酸化ナトリウムで洗浄
し、翌日シリカのないポリエステルポリマービーズを濾
過により水酸化す) IJウム溶液から回収し、水で洗
浄し乾燥した。この粒子は2〜5pmの範囲のサイズ分
布を有し、電子写真トナーとして有用であった。
(Rhodamine) 3 D沃化プロピル約30
gをジクロロメタン約400gに溶解し、固体の3%が
顔料である20%固体溶液を得た。ポリエステル及びロ
ーダミンを一夜混合し、粉砕することによりジクロロメ
タンに溶解し、次いでこの溶液をポリトロン、次いでミ
クロ流動化機を通過させて、末的15、090rnl、
Ludox377mj’及びポリ (アジピン酸−共
−メチルアミノエタノール)の10%溶液1mj!を含
有する水溶液に添加した。流下膜蒸発器を約4〜5回通
してスラリーからジクロロメタンを除去し、形成された
ポリマー粒子を濾過により水から除去し、次いで1%加
nyl FSNを添加した1規定水酸化カリウムで一夜
洗浄した。−夜処理後、粒子を水で繰り返し洗浄し、乾
燥した。得られた粒子は均一であり、2声の平均粒子サ
イズを有し、静電トナー粒子として有用であった。
されている80%スチレン−20%ブチルアクリレート
コポリマー約7gを溶解することにより有機相を調製し
、そして−夜粉砕することにより磁鉄鉱粒予約7gをジ
クロロメタン約80gに分散させた。これは14%固体
を含有する懸濁液となり、この有機相を、水約300m
1. Ludox約2.5mj!、及び1規定塩酸を
添加することにより予じめpH4に調節したポリ (ア
ジピン酸−共一メチルアミンエタノール)の10%溶液
約0.75dを含有する水性相に添加した。混合はポリ
トロンホモジナイザー中で行った。窒素を水性分散液中
に一夜バプルさせてジクロロメタンを有機相から除去し
、次いで得られた粒子を濾過により水相から除き、洗浄
し乾燥した。得られた粒子は3〜10迦の範囲のサイズ
であり、5.9−〇数平均及び7.7角の容積平均を有
していた。この粒子は単一成分磁性トナー粒子として有
用であった。
粒子約15g及びジクロロメタン約10gを使用して、
有機相を30%固体分散液として製造した他は、実施例
3の方法を繰り返した。次いでこの有機相を水性相と共
に、前記実施例と同じ方法でポリトロンミキサーを通し
、流下膜蒸発器中でジクロロメタンを水性相粒子から分
離した。
ートの磁性トナーは、4JMの数平均及び14虜の容積
平均を有する1〜10−の範囲の粒子サイズを有してい
た。この粒子は静電トナー又はキャリヤー粒子として有
用であった。
.8%の塩素を含有する塩素化ポリエチレン約10g及
び磁鉄鉱10gを、メチレンクロライド250g中で一
夜粉砕し、この分散有機相を水約200m1、酸化珪素
粒予約5−及びポリ (アジピン酸−共−メチルアミン
エタノール)の10%溶液約1.5m7!を含有する水
相に添加することによって製造した。混合物をポリトロ
ンホモジナイザーに通すことにより高剪断を伴う迅速混
合させ、窒素を混合物中に一夜バプルさせてメチレンク
ロライドを除去した。粒子を水相から分離するために濾
過し、水で数回洗浄し乾燥した。得られた磁性キャリヤ
ー粒子は4〜15−の範囲の粒子を含有し、7.5−の
数平均サイズ及び11.>の容積平均サイズを有してい
た。
ーズをマピコブラック(Map 1cob 1ack
)約20g及び80%スチレン20%ブチルアクリレー
トコポリマー約20gをジクロロメタン約160g中に
分散させることにより製造した。分散液を一夜粉砕して
コポリマーの全部がジクロロメタン中に確実に溶解させ
た。次いでこの分散液100gを、水約200m1.シ
リカ10m1及び1規定塩酸を添加することにより予じ
めpH4に調節したポリ(アジピン酸−共−メチルアミ
ンエタノール)3mlから作られた水性相と共に、ポリ
トロンホモジナイザーに通す。窒素を懸濁液中に一夜バ
プルさせることにより、得られた有機粒子からジクロロ
メタンを除去した。得られた粒子を濾過により水性相か
ら除去し、水で洗浄し乾燥した。
gとトルエン20gとに下記成分を溶解させることによ
って静電写真トナーを製造した。
沃化物3g、第3ブチルスチレン−共−2(N。
トパラトルエンスルホネート約0.5gを使用した。
5ml及び1規定塩酸を添加することにより予じめpH
4に調節したポリ (アジピン酸−共−メチルアミノエ
タノール)10%溶液1.5−と共に、ポリトロン、次
いでミクロ流動化機中で混合し、開放容器内で環境条件
下に一夜攪拌することによって、水溶液に含まれる得ら
れた粒子から溶剤を除去した。若し塊があれば、400
メツシユの篩を通してふるい分けすることによって得ら
れた粒子から除去する。水中ゾニル(2onyl) F
SNの1%溶液の存在下で1規定水酸化カリウム溶液で
17時間洗浄してシリカを除去した。この粒子は16趨
の平均粒子サイズを有していた。
.1−トIJクロロエタンなどのような全ての適当なポ
リマー溶剤が匹敵する量で使用できることが理解される
べきである。
一なサイズ及びサイズ分布を有するトナー及びキャリヤ
ーの両者を製造できる。
ーターであるとき、シリカ粒子の濃度(ミリリットル7
滴中の有機物100 g )の、本発明の方法により形
成された溶剤を含む最初のポリマー粒子のサイズ(Jn
@)に対する関係を示すグラフである。本明細書を通し
て、シリカ粒子の濃度が−で示される場合、−の容積は
、水中シリカ粒子の50重量%分散液を特徴する
Claims (1)
- 1、ポリマーを水と非混和性であるポリマーの溶剤に溶
解して溶液を形成し、促進剤及び0.001μm〜1μ
mの平均粒子サイズを有するシリカ粒子を含有する水中
で該溶液の小滴の懸濁液を形成し、該滴から溶剤を除去
し、そして水から固形化ポリマー粒子を分離することを
含んで成るポリマー粒子の製造方法。
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