JPH03149567A - トナーの連続製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明はトナーの連続製造方法、該製造方法により得ら
れるトナー及びトナーの連続製造装置に関する。詳しく
は、トナー製造工程中での原料樹脂と、着色剤等の添加
剤との溶融混線工程において、樹脂中への添加剤の分散
性を向上させると同時に、樹脂の分子切断を抑制するこ
とにより、優れたトナ一品質を付与し、しかも生産効率
を向上させたトナーの連続製造方法、該製造方法により
得られるトナー及び該製造方法に用いられるトナーの連
続製造装置に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕混線装
置による、樹脂中への添加剤の分散あるいは複数の樹脂
どうしの分散はトナーを一例とする機能性材料あるいは
複合樹脂等の開発、生産に見られるように従来から広く
行われており、その製造法については文献等に多数報告
されている。これらの方法はいずれも、分散能力を向上
させるために、混練原料に分散剤を加える、混線機の操
作条件で対応する、混練機中のスクリューを変更する、
あるいは最初に原料樹脂の一部と添加剤の一部又は全部
とを混練した後、この混練物を冷却、固化、粉砕し、こ
の粉砕品と残りの樹脂及び添加剤を混合した後、再度混
練するいわゆるマスターバッチ法を採用する等の工夫を
している。

しかしこれらの従来法では、分散剤を加えることにより
分散能力を向上させる方法では、分散剤が製品物性上好
ましくない場合には、目的とする製品物性を得ることが
できないという問題点があり、また混線機の操作条件や
スクリューを変更することにより分散能力を向上させる
方法では、高い剪断力あるいは高温度による樹脂の劣化
等の現象により製品物性を損なうという問題がある。ま
たマスターバッチ法では、混線工程を２回に分割するこ
とにより、１回目の混線ではある程度の樹脂の分子切断
が起こるものの、供給原料中の添加剤濃度が高いため充
分な分散が可能となり、２回目の混練では１回目の混線
によって得られた添加剤が充分に分散した高濃度樹脂を
１回目の混線より小さな剪断力で希釈混練すればよいこ
とから、樹脂の分子切断による物性の低下を抑制するこ
とができ、分子切断の比較的少ない、分散性の良好な混
練物を得ることができるが、この方法では１種類の製品
を得るにも混線工程が２回必要であり、またこの方法は
１回目の混練終了後、冷却、固化、粉砕工程が必要であ
り、さらにはこの粉砕物と残りの混線原料との混合工程
が必要であるといった理由から生産効率が低いという問
題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは上述のような従来技術の状況に鑑み、分散
能力に優れ生産効率の高いトナーの連続製造方法を見出
すべく鋭意研究の結果、本発明を完成するに到った。

即ち、本発明は、樹脂及び添加剤からなる組成物を溶融
混練し、冷却、固化、粉砕し、分級してトナーを製造す
る方法において、押し出し流れ性を有するバレル長さし
の混練押し出し機の入口側から０．３Ｌ以内の位置に設
けられた少なくとも１個所の原料供給口から樹脂中の添
加剤濃度が１０〜５０重量％の混合原料を連続的に供給
し、入口側から０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設けられた
１〜５個所の原料供給口から樹脂単独もしくは樹脂中の
添加剤濃度が２０重量％以下の原料を連続的に供給し、
かつ０．３Ｌ以内の位置の原料供給口に供給する原料と
０．３Ｌ　−０，９Ｌの位置の原料供給口に供給する原
料との供給流量の比を１０＝１〜１：５（重量比）にす
ると共に、混練押し出し機出口から混練物を連続的に取
り出すことを特徴とするトナーの連続製造方法、及び該
製造方法により得られたトナーを提供するものである。

また、本発明は、上記トナーの連続製造方法に用いられ
る装置であって、流れ方向に対しては実質的に混合能力
がなく、半径方向に対して混合能力を有し、流れ方向に
平行なスクリューを備えた混練押し出し機を有し、該混
練押し出し機がそのバレル長さしに対して入口側から０
．３Ｌ以内の位置に少なくとも１個所の原料供給口を供
え、入口側から０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に１〜５個所
の原料供給口を備えることを特徴とするトナーの連続製
造装置をも提供するものである。

本発明のトナーの連続製造方法を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は本発明のトナーの連続製造方法の一例を示すフ
ローシートであり、１は原料計量器、２は予備混合機、
３は原料供給装置、４はバレル長さしに対して入口側か
ら０．３Ｌ以内の位置に設けられた原料供給口、４”は
入口側から０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設けられた原料
供給口、５は混練押し出し機、６は混練押し出し機外筒
部冷却装置、７は混練物冷却機、８は粉砕・分級機であ
る。

本発明に用いられる混練押し出し機５は、流れ方向に対
しては実質的に混合能力がなく、半径方向に対して混合
能力を有し、流れ方向に平行なスクリューを備えた混練
押し出し機であればどの様な形式でもよいが、連続二輪
押し出し機が好ましい、また混練時の発熱による樹脂の
熱劣化を抑制するため、バレル（混練押し出し機外筒部
）及び／又はスクリューには、適当な方法による冷却装
置６を設けることが好ましい。

また本発明に用いられる混練押し出し機５には、バレル
長さしに対して入口側から０．３Ｌ以内の位置に少なく
とも１個所の原料供給口４、入口側から０．３Ｌ〜０．
９Ｌの位置に１〜５個所の原料供給口４が設けられ、−
混練押し出し機内のスクリューは、各原料供給部分にお
いて原料あるいは混練物の移送に優れ、次の原料の供給
口に至るまでに、分散能力に優れるように構成されるの
が好ましい、このために原料供給口はバレル内径りの少
なくとも２〜３倍以上の距離をおいて配設される。また
混練押し出し機のバレル長さＬとバレル内径りの比Ｌ／
Ｄは２０〜７０、バレル長さＬは０．５〜７ｍ、バレル
内径りは２０〜１５０■■のものが通常用いられる。

本発明に用いられる混練押し出し機の好ましい実施態様
を第２図に示す。

第２図に示す混練押し出し機５は二輪押し出し機であり
、バレル長さしに対して入口側から０．３Ｌ以内の位置
に１個所の原料供給口４を、また入口側から０．３　Ｌ
　−０，９Ｌの位置に２個所の原料供給口４が設けられ
ている。また原料供給０４”の周りにはジャケット９、
原料供給口４゜の手前には脱気孔１０が設けられている
。更にバレルには冷却装置６が設けられている。第２図
の二輪押し出し機のＡ−Ａ線断面図を第３図に示す、第
３図において、１１はバレル、１２はスクリュー、１３
はスクリエー谷部、１４はスクリュ一山部である。また
Ｄはバレル内径である。

本発明において、混練押し出し機に供給される原料樹脂
はトナーのバインダー樹脂であれば特に限定されず、例
えばポリエチレン及びポリプロピレンの如きポリオレフ
ィン類を含む熱可塑性樹脂類、ポリブタジエン、ポリイ
ソブチレン及びポリクロロプレンの如きジエン類から誘
導した重合体類、ポリスチレン、ポリエチルアクリレー
ト、スチレン−ブチルメタクリレート共重合体類、スチ
レン−アクリロニトリル共重合体類、アクリロニトリル
−ブタジエン−スチレン三元共重合体類、ポリメチルメ
タクリレート、ポリアクリレート類、ポリビニルアルコ
ール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリ
ビニルエーテル類及びポリビニルケトン類の如きビニル
及びビニリデン重合体類並びにその共重合体類：ポリテ
トラフルオロエチレン及びポリ弗化ビニリデンの如きフ
ルオロカーボン重合体類：ボリアミド類、ポリエステル
類、ポリウレタン類、ポリペプチド類、カゼイン、ボリ
グリコール類、ポリスルファイド類及びポリカーボネー
ト類の如きヘテロ・チェイン（ｈｅｔｅｒ。

ｃｈａｉｎ）系熱可塑性樹脂類、並びに再生セルロース
、酢酸セルロース及び硝酸セルロースの如きセルロース
系共重合体類等が挙げられる。また混線、冷却後の粉砕
・分級工程で得られるトナー粒径規定外の回収微粉も原
料樹脂として混練押し出し機に供給してもよい、本発明
でいう原料樹脂は上記各種原料樹脂のみでなく、該回収
微粉も意味する。

また本発明で用いられる添加剤はトナーの製造に用いら
れる従来公知の添加剤であり、例えば驚顔料、荷電制御
剤、カーボンブラック、磁性粉、ワックス等が挙げられ
る。

上記の如き原料樹脂及び添加剤は、各々一種単独で使用
しても、二種以上併用してもよい。

また原料の供給は、樹脂と添加剤を予備混合機２で予備
混合した後、混練押し出し機５に設置された入口側から
０．３　Ｌ以内の位置に設けられた少なくとも１個所の
供給口４から定量的に供給し、残りの樹脂及び添加剤の
混合物又は樹脂のみを０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設け
られた１〜５個の供給口４”から定量的に供給する。０
．３Ｌ以内の位置に設けられた原料供給口４から供給さ
れる原料は樹脂中の添加剤濃度が１０〜５０重量％のも
のであり、０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設けられた原料
供給口４”から供給される原料は樹脂単独もしくは樹脂
中の添加剤濃度が２０重量％以下、好ましくは１０重量
％以下のものである。原料供給口４に供給される原料の
組成が上記範囲を外れて、添加剤が多すぎても少なすぎ
ても添加剤の樹脂中への分散が不十分となる。また原料
供給口４に供給される原料の組成が上記範囲を外れると
分散不良が生ずる。更に０．３Ｌ以内の位置の原料供給
口に供給する原料と０．３　Ｌ　−０，９Ｌの位置の原
料供給口に供給する原料との供給流量の比は１０：１〜
１：５（重量比）、好ましくは３：１〜１：３であり、
供給流量比が１０：１より大きくなると希釈効果が減少
し、１：５より小さくなると装置効率が悪くなる。

原料供給口４は入口側から０．３Ｌ以内であれば樹脂中
への添加剤の分散が十分に達成されるが、０．３Ｌ以降
では滞留時間が少なくなり分散が不十分となるため好ま
しくない、該原料供給口４は少なくとも１個所設けられ
るが、１もしくは２個所が好ましい、また０、３Ｌ〜０
．９−Ｌの位置に配設される原料供給口４”の数は１〜
５個所であり、６個所以上設けても設備が複雑になるだ
けで実質的に効果がない。

本発明において、混練押し出し機中の原料の滞留時間は
２０秒〜６００秒が好ましく、５０秒〜５００秒が更に
好ましい、滞留時間が上記範囲より短いと分散不良とな
り、また長いと樹脂が劣化する。混練押し出し機の混線
温度は樹脂の軟化点より７０℃低い温度〜樹脂の軟化点
より５０℃高い温度の範囲が好ましく、樹脂の軟化点よ
り４０Ｃ低い温度〜樹脂の軟化点より１０℃低い温度の
範囲が更に好ましい、混線温度が上記範囲より低いと樹
脂の溶融状態が悪く分散不良を生じ、高いと樹脂の劣化
及び樹脂の粘度低下により分散不良が生じる。また混練
物の出口温度は樹脂の軟化点より５℃高い温度〜樹脂の
軟化点より１００℃高い温度の範囲が好ましく、樹脂の
軟化点より３０℃高い温度〜樹脂の軟化点より７０℃高
い温度の範囲が更に好ましい、出口温度が上記範囲より
低いと樹脂の溶融状態が悪く分散不良を生じ、高いと樹
脂の劣化及び樹脂の粘度低下により分散不良が生じる。

上記の如き本発明のトナーの連続製造方法及び製造装置
により、樹脂中への添加剤の分散性が優れ、しかも樹脂
の分子切断の少ない、品質の優れたトナーを得ることが
できるが、この理由は、入口側から０．３Ｌ以内の位置
（以下前半部と略記する）の原料供給口と０．３Ｌ〜０
．９Ｌの位置（以下後半部と略記する）の原料供給口か
ら供給される原料中の樹脂含有量の差、及び原料供給流
量及び原料供給量の分配比率を制御することによる混練
押し出し機内滞留時間の差による。

即ち前半部から供給される原料は樹脂含有量が低く、溶
融しにくいため混練押し出し機内で高い剪断力を受ける
ことが出来、優れた分散能力を付与することが可能であ
る。しかしこの状態のままで後半部の供給口から原料を
供給しなければ、前半部から供給された原料は小流量で
あることから非常に滞留時間が長くなってしまうため、
混練押し出し機の出口方向に進むにしたがって、樹脂の
分子切断は著しいものとなってしまう、そこで後半部か
ら樹脂含有量の高い原料が供給されるが、前半部で充分
分散した、添加剤を高濃度に含む樹脂は、この後半部か
ら供給される原料で希釈効果を受けることによって、必
要以上の剪断力による分子切断を免れることが可能とな
る。

一方、後半部から供給される原料は、樹脂含有量が高い
ため、前半部から供給される原料に比べ溶融し易い、さ
らに前半部から移送される混練物が溶融状態であること
から、一層溶融しやすく、機内滞留時間が短くても充分
な混線が可能となる。またこのことは樹脂の分子切断を
少なくする上で非常に効果がある。

このように前半部と後半部から供給する原料の樹脂含有
量の比率を制御し、また各々の原料の機内滞留時間を制
御することにより、前半部では分散を主とする混線が、
また後半部では物性の劣化を抑制する混練が可能となり
、優れた品質を有するトナーを高い生産効率で製造する
ことが可能となる。

本発明において用いられる原料は、粉体のみでなく、必
要に応じて液体原料を供給してもよい、また製品の品質
をさらに向上させるため、必要に応じて減圧による脱気
処理を行うことも好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

尚、例中の部は重量基準である。

実施例！ 軟化点が１３８℃であるポリエステル樹脂１００部と、
該ポリエステル樹脂１００部に対してカーボンブラック
８部、電荷制御剤２部及びワックス３部の原料粉体と、
上記原料１００部に対して１０部の次工程の粉砕・分級
工程で得られる回収微粉を溶融混練してトナー用混練物
を得た。用いた混練押し出し機は、混練部分−の全長１
５６０ｓ＋ｍ、スクリュー径４２−、バレル内径４３ｍ
ｍの同方向回転二輪押し出し機であり、原料供給口が３
箇所設置されている。

各々の原料供給口の位置は、第１の原料供給口の中心が
混線部分の端面から進行方向に向かって１５ｇｍの位置
であり、第２の原料供給口の中心が第１の原料供給口の
中心から６２０請−の位置であり、第３の原料供給口の
中心が第１の原料供給口の中心から１１００＋＋ｎの位
置である。

該混練押し出し機の第１の原料供給口から、ポリエステ
ル樹脂３５部と、カーボンブラック８部、電荷制御剤２
部及びワックス３部の粉体原料を予備混合した後、定量
的に供給し、第２の原料供給口からポリエステル樹脂６
５部を定量的に供給し、第３の原料供給口から回収微粉
１０部を定量的に供給することにより連続混練を行った
。

この混線時の操作条件は、バレル（混練押し出し機外筒
部）の設定温度は１００Ｃ、スクリュ一回転数は２０Ｏ
ｒｐｍであり、原料供給量は第１の原料供給口へは１９
．３ｋｇ／Ｈｒ　、第２の原料供給口へは２６．２ｋｇ
／ｌｌｒ　、第３の原料供給口へは４．５　ｋｇ／Ｈｒ
−であり、合計５０ｋｇ／Ｈｒであった。

また、この混線による樹脂出口温度は１８７℃であった
。

この結果得られた混練物を冷却、固化した後ミ粉砕、分
級し、目的とする粒径の粉体に所定の処理を施しトナー
性能を評価したところ、樹脂の軟化点は１２９℃であり
、樹脂の分子切断の程度を表す混練前後での軟化点の差
は９℃と小さく、しかも樹脂中への添加剤の分散も良好
な優れたトナーが得られた。

ここで軟化点とは、高化式フローテスター（ＣＦＴ−５
００；島津製作所製）を用い、ダイスの細孔の径約１ｍ
ｍ、長さ１＋ｕｅ、荷重２０ｋｇ／ｃｏ＋”Ｇ　、昇温
速度６℃／分の条件下で１ｃｍの試料を溶融流出させた
ときの流出開始点から流出終了点の高さの１／２に相当
する温度を軟化点とする時の値である。

実施例２ 実施例１と同一の装置を用いて、軟化点が１３２℃であ
るポリスチレン樹脂１００部と、該ポリスチレン樹脂１
００部に対してカーボンブラック７部、電荷制御剤２．
５部及びワックス３部の原料粉体と、上記原料１００部
に対して１０部の次工程の粉砕・分級工程で得られる回
収微粉を溶融混練しヱトナー用混練物を得た。

本混練において、連続押し出し機の第１の原料供給口か
ら、ポリスチレン樹脂４０部と、カーボンブラック７部
、電荷制御剤２．５部及びワックス３部の粉体原料を予
備混合した後、定量的に供給し、第２の原料供給口から
ポリスチレン樹脂６０部を定量的に供給し、第３の原料
供給口から回収微粉１０部を定量的に供給することによ
り連続混練を行った。

この混練時の湿作条件は、バレルの設定温度は１００℃
、スクリュ一回転数は２００ｒｐｍ＋であり、原料供給
量は第１の原料供給口へは１９．１ｋｇ／ｌｌｒ、第２
の原料供給口へは２１．８ｋｇ／Ｈｒ　、第３の原料供
給口へは４．１　ｋｇ／Ｈｒであり、合計４５ｋｇ／Ｉ
ｌｒであった。

また、この混線による樹脂出口温度は１９５℃であった
。

この結果得られた混練物を冷却、固化した後、粉砕、分
級し、目的とする粒径の粉体に所定の処理を施しトナー
性能を評価したところ、樹脂の軟化点は１２５℃であり
、樹脂の分子切断の程度を表す混線前後での軟化点の差
は７℃と小さく、しかも樹脂中への添加剤の分散も良好
な優れたトナーが得られた。

比較例１ 実施例１と同様に、軟化点が１３８°Ｃであるポリエス
テル樹脂１００部と、該ポリエステル樹脂１００部に対
してカーボンブラック８部、電荷制御剤２部及びワック
ス３部の原料粉体と、上記原料１００部に対して１０部
の次工程の粉砕・分級工程で得られる回収微粉を、実施
例と同一の混練押し出し機を用いて上記原料粉体を分配
供給することなく、全量を予備混合した後、第１の原料
供給口から定量的に供給し、溶融混線を行い、トナー用
混練物を得た。

この混練時の操作条件は、実施例１と同様にバレルの設
定温度は１００℃、スクリエ一回転数は２００ｒｐ閣で
あり、原料供給量は５０ｋｇ／Ｈｒであり、この混線に
よる樹脂の出口温度は２０５℃であった。

本比較例で得られた混練物を冷却、固化した後、粉砕、
分級し、目的とする粒径の粉体に所定の処理を施しトナ
ー性能を評価したところ、樹脂の軟化点は１１８℃であ
り、樹脂の分子切断の程度を表す混線前後での軟化点の
差は２０℃と実施例に比べて大きく、樹脂中への添加剤
の分散も不良であり、トナーとして好ましくないもので
あった。

比較例２ 実施例２と同一の装置を用いて、軟化点が１３２℃であ
るポリスチレン樹脂１００部と、該ポリスチレン樹脂１
００部に対してカーボンブラック７部、電荷制御剤２．
５部及びワックス３部の原料粉体と、上記原料１００部
に対して１０部の次工程の粉砕・分級工程で得られる回
収微粉を溶融混練してトナー用混練物を得た。

本混練において、連続押し出し轡の第１の原料供給口か
ら、ポリスチレン樹脂６０部と、電荷制御剤２．５部及
びワックス３部の粉体原料を予備混合した後、定量的に
供給し、第２の原料供給口からポリスチレン樹脂６０部
とカーボンブラック７部の粉体原料を予備混合した後、
定量的に供給し、第３の原料供給口から回収微粉１０部
を定量的に供給することにより連続混練を行った。

この混練時の操作条件は、バレルの設定温度は１００℃
、スクリュ一回転数は２００ｒｐａ＋であり、原料供給
量は第１の原料供給口へは２３．８ｋｇ／Ｈｒ、第２の
原料供給口へはｌｌ１ｋｇ／Ｈｒ　、第３の原料供給口
へは４．１　ｋｇ／Ｈｒであり、合計４５ｋｇ／Ｈｒで
あった。

また、この混練による樹脂出口温度は１９８℃であった
。

この結果得られた混練物を冷却、固化した後、粉砕、分
級し、目的とする粒径の粉体に所定の処理を施しトナー
性能を評価したところ、樹脂の軟化点は１２３℃であり
、樹脂の分子切断の程度を表す混線前後での軟化点の差
は９℃と小さいが、樹脂中への添加剤の分散が不良であ
りトナーとして好ましくないものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトナーの連続製造方法の一例を示すフ
ローシートであり、第２図は零発明に用いられる混練押
し出し機の一例を示す断面略示図、第３図は第２図の２
軸押し出し機のＡ−Ａ線断面図である。 １・・・原料計量器 ２・・・予備混合機 ３・・・原料供給装置 ４・・・入口側から０．３　Ｌ以内の位置に設けられた
原料供給口 ４°・・・入口側から０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設け
られた原料供給口 ５・・・混練押し出し機 ６・・・混練押し出し機外筒部冷却装置７・・・混練物
冷却機 ８・・・粉砕・分級機 ９・・・ジャケット １０・・・脱気孔 １１・・・ノイレル １２・・・スクリュー １３・・・スクリュー谷部 １４・・・スクリュ一山部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂及び添加剤からなる組成物を溶融混練し、冷却
   、固化、粉砕し、分級してトナーを製造する方法におい
   て、押し出し流れ性を有するバレル長さＬの混練押し出
   し機の入口側から０．３Ｌ以内の位置に設けられた少な
   くとも１個所の原料供給口から樹脂中の添加剤濃度が１
   ０〜５０重量％の混合原料を連続的に供給し、入口側か
   ら０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に設けられた１〜５個所の
   原料供給口から樹脂単独もしくは樹脂中の添加剤濃度が
   ２０重量％以下の原料を連続的に供給し、かつ０．３Ｌ
   以内の位置の原料供給口に供給する原料と０．３Ｌ〜０
   ．９Ｌの位置の原料供給口に供給する原料との供給流量
   の比を１０：１〜１：５（重量比）にすると共に、混練
   押し出し機出口から混練物を連続的に取り出すことを特
   徴とするトナーの連続製造方法。 ２、樹脂及び添加剤からなる組成物を溶融混練し、冷却
   、固化、粉砕し、分級してなるトナーであって、押し出
   し流れ性を有するバレル長さＬの混練押し出し機の入口
   側から０．３Ｌ以内の位置に設けられた少なくとも１個
   所の原料供給口から樹脂中の添加剤濃度が１０〜５０重
   量％の混合原料を連続的に供給し、入口側から０．３Ｌ
   〜０．９Ｌの位置に設けられた１〜５個所の原料供給口
   から樹脂単独もしくは樹脂中の添加剤濃度が２０重量％
   以下の原料を連続的に供給し、かつ０．３Ｌ以内の位置
   の原料供給口に供給する原料と０．３Ｌ〜０．９Ｌの位
   置の原料供給口に供給する原料との供給流量の比を１０
   ：１〜１：５（重量比）にすると共に、混練押し出し機
   出口から混練物を連続的に取り出し、冷却、固化、粉砕
   し、分級してなることを特徴とするトナー。 ３、流れ方向に対しては実質的に混合能力がなく、半径
   方向に対して混合能力を有し、流れ方向に平行なスクリ
   ューを備えた混練押し出し機を有し、該混練押し出し機
   がそのバレル長さＬに対して入口側から０．３Ｌ以内の
   位置に少なくとも１個所の原料供給口を供え、入口側か
   ら０．３Ｌ〜０．９Ｌの位置に１〜５個所の原料供給口
   を備えることを特徴とするトナーの連続製造装置。