JPH0386224A - トナーの製造方法 - 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］ 、＋光明は混練装置及びこれを用いた電子写真用トナー
の製造方法に関する。

［従来の技術］ 電子写真用トナーは、結着樹脂、染顔料、荷電制御剤及
びワックス等を含有する原材料を、混合、溶融混練し、
粉砕、分級して得られる。この際重要な点は、混練工程
において、染顔料や荷電制御剤を結着樹脂中に均一な状
態にまで分散させることである。分散不良が生じると、
帯電特性が悪化し、高湿下においてカブリやトナー飛散
が発生する。またカラートナー等においては、鮮明な色
調が得られなくなる。

上記のごとく、混練工程は、トナー製造において重要な
位置を占める。従来、この工程において、ロールミル、
ニーダ−１押出機等が用いられてきたが、連続生産が可
能なこと等の理由により二軸式の押出機が広く使用され
ている。通常トナーの製造に用いられる押出機は、第２
図のごとき装置である。中空の構造を持ち、温度を一定
に保つ加熱シリンダーｌの中に２本のパドル２と呼ばれ
る回転する軸が通っている。原材料は、加熱シリンダー
１の一端から供給され、加熱されて溶融状態になりつつ
パドルの回転により混練されてもう一端より排出される
。途中に、脱気を主な目的とするベント孔３を設置する
こともある。

第３図にパドルの模式図を示す。パドルの断面は、図の
ようなプロペラ状のものや、三角形のもの等が使用され
、常に一方の先端が他方をこするがごとく回転するよう
に、位相をずらせてセットされている。この構造により
、混練物をパドル及びシリンダー壁に付着することなし
に、前方へ送るセルフクリーニング作用を持つ。二本の
パドルの回転方向は同方向、異方向とも使用されるが、
同方向が一般的である。

パドルは大別して二種類の部分から成立っている。一つ
は送りスクリュー部で、その略図を第４図に示す。この
部分はＳ旋状のスクリューで、混練物を加熱しつつ前方
へ送る機能を持つ。シリンダー内における混練物の粘度
が高い場合には、スクリュー部の壁と混練物との摩擦に
よるせん断作用により混練されるが、低い場合は混練は
ほとんど行なわれない。

もう一つはニーディング部で、ここで主に混練を行う。

ここには第５図のようなプロペラ状のブロックを組合せ
たもの、第６図のようなパイナツプル状のもの、排出と
逆の方向へ送る戻しスクリュー等が使用される。第３図
におけるニーディング部は、第５図のものを用いている
。ニーディング部の混練作用を第７図に示す。この部分
は、混練物を前方へ送る効果がほとんどなく、混練物が
滞留し、充満する。そしてパドルの回転に伴って圧縮・
引延しの体積変化を受けて混練される。

また、加熱シリンダー壁とパドル間、パドルとパドル間
でのせん断作用によっても混練が行なわれる。

押出装置の設定条件には、加熱温度、パドル構成、パド
ル回転数および原料のＦＥＥＤ量等がある。

通常トナーを製造する場合、せん断を強く行うため、シ
リンダー内における混練物の粘度をできるだけ高くする
温度条件で行うのが一般的である。その時、ニーディン
グ部を長く設定すると、強く滞留がおこり、混練物がつ
まる状況が発生するため、ニーディング部は一ケ所で、
かつパドル長の１０％以下のパドル構成が用いられてい
る。

しかしながら、結着樹脂の溶融粘度が低く、かつシャー
プメルトである場合、加熱温度を低く設定し、シリンダ
ー内における混練物の粘度を高め、せん断を強く行なお
うとしても、温度に対する粘度の変化が急激に起こる。

このため、加熱シノンダーの温度を非常に狭い範囲で制
御しなければならず、わずかの温度のふれでシリンダー
内の混練物の粘度が増大し、混練装置に過負荷がかかり
停止してしまう状況が多く発生する。それゆえ、加熱シ
リンダーの温度をある程度高めに設定し、完全に溶融し
た低い粘度の状態で混練せざるをえない。

しかし、通常のパドル構成では、ニーディング部の混練
物を滞留させる効果が小さいため、あたかも水が流れる
がごとくニーディング部を通過′してしまい、混練物の
圧縮、引延しがほとんど起こらず、分散の悪化が発生す
る傾向がある。特に、フルカラートナーの場合、イエロ
ー　マゼンダ、シアン及びブラックのトナーを重ね合せ
て定着させる必要があり、混色性を良くし、表面を平滑
にする理由から、１００℃でｌＸｌ０’ボイス以下のよ
うな低粘度でかつシャープメルトな結着樹脂が使用され
るが、通常のパドル構成では染顔料の分数不良を起こし
、帯電性の低下による高湿下におけるカブリの増加が発
生した。

また、トナーの着色力が低下し、鮮明な色調が得られな
い。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は上述の如き欠点を解決した混練装置及び
これを用いたトナーの製造方法を提供するものである。

すなわち、本発明の目的は、染顔料及び荷電制御剤が結
着樹脂中に均一に分散した電子写真用トナーの製造方法
を提供するものである。

さらに別の目的は、結着樹脂の溶融粘度が低くかつシャ
ープメルトな場合でも、十分に分散が行なわれるような
混練装置及びこれを用いたトナーの製造方法を提供する
ものである。

また、別の目的は、帯電性が良く、鮮明な色調のフルカ
ラートナーの製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、原料
投入口と排出口とを有し、管内には軸方向にパドルが設
けられた中空管状の混練装置であって、パドルが送りス
クリュー部とニディング部とに区分され、当該ニーディ
ング部を２ケ所以上有すると同時に、排出側のニーディ
ング部の長さがパドル全長に対して２０％以上５０％以
下であることを特徴とする混練装置に関する。

更に、トナー原料を溶融混練する工程を含むトナーの製
造方法において、上述の混練装置を用いてトナーの溶融
混練を行うことを特徴とするトナーの製造方法に関する
。

前述したように、低溶融粘度でかつシャープメルトな結
着樹脂を使用する場合、シリンダー内では完全に溶融状
態にして粘度の低い状態で混練せざるを得ない。このよ
うな混練物が水のような状況では、シリンダーとパドル
間、パドルとパドル間のせん断力は期待できず、パドル
を高回転で回転させ、混練物を強力に撹拌する方法が最
も効果がある。しかし、この方法を用いるためには、〆
昆練物が高密度でニーディング部に充満していることが
必要である。

本発明においては、第１図に示すようにニディング部を
二ケ所以上有するが、その理由は、実際に混練を行う前
に、数ケ所のニーディング部を通過させることにより、
混練物を完全に溶融状態にするためである。送りスクリ
ュー部においても溶融は起こるが、完全に行うためには
スクリュー部を長く設定する必要がある。ニーディング
部を設けることにより、混練物を溶融する部分を小さく
でき実際の混練を行うニーディング部を十分な長さに設
定することが可能となる。混練物を溶融状態にすること
で、最終段階の排出側のニーディング部における混練物
の充満率を高め、混練を良くすることができる。

次に、混練を行う排出側のニーディング部は、混練物を
十分に充満させるため、パドル全長の少なくとも２０％
以上は必要である。しかし、極端に長く設定すると、混
練物のりまりが発生するため、５０％以下に設定するの
が望ましい。

このパドル構成により、シリンダー内における混練物の
粘度が低い場合でも十分にニーディング部に充満ｑ、強
力な撹拌を行うことができる。

また、このニーディング部の前にベント孔を設置し、脱
気を行うことが好ましい。脱気により混練物の密度がさ
らに高くなり、混練が強化される。

ニーディング部のパドルは、既に説明した第５図、第６
図等の形状のものや、戻しスクリュー等、混練物を滞留
させる効果のあるものがすべて使用可能であり、それら
を数種、組合せて□使用する。シリンダー中の混練物の
粘度が特に低い場合は、排出側に戻しスクリューを使用
することが望ましい。また、パドルの断面はプロペラ状
のダイブのものである必要はなく、三角形の物等すべて
使用可能である。

上記の方法により製造したトナーは、従来のトナーと比
較して、染顔料や荷電制御剤の分散が良好である。その
結果、高湿下において、帯電の低下がはるかに小さいた
め、トナーの飛散が発生せず、カブリのない画像が得ら
れる。

また、着色力が増大するため、同量の染顔料を使用して
も、従来よりも高い濃度を確保することができる。さら
に、フルカラートナーにおいては、分散性が向上したこ
とにより、鮮明な色調のトナーを得ることができる。

また、分散性が悪い場合、混練の後工程の粉砕分級工程
において、樹脂に分散していない、単独の顔料や荷電制
御剤が発生したり、分級工程で発生する分級微粉が、処
方よりも多量の顔料や荷電制御剤を含有するという問題
が発生した。この問題点も本発明のパドル構成の混練装
置を使用することにより、解決することができる。すな
わち、分散が非常に良好であるため、均質な混練物が得
られ、粉砕、分級工程における顔料、荷電制御剤等の偏
析は生じない。

一方、本発明のトナーに適用する結着樹脂としては、公
知のものがすべて使用可能であるが、例えばポリスチレ
ン、ポリｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンなど
のスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−ｐ−
クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合
体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビ
ニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル
共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチ
レン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル
酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共
重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチ
レン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−ク
ロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロ
ニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共
重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、ス
チレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタ
ジェン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチ
レン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン
−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル
共重合体など９スチレン系共重合体、ポリメチルメタク
リレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル
、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リエステル、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂
、ポリビニルブチラール、ポリアマイド、ポリアクリル
酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノー
ル樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石
油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが
単独或いは混合して使用できる。

特に、溶融粘度が１００℃で５　Ｘ　１０’ボイス以下
、好ましくはｌＸｌ０’ボイス以下の樹脂に対して、本
発明の効果は大きい。

また、染顔料も公知のものがすべて使用可能である。例
えばカーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、
ニグロシン染料、アニリ゛ンブルー　フタロシアニンブ
ラック、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧ、
ローダミン６Ｇレーキ、クロムイエロー　キナクリドン
、ベンジジンイエロー　ローズベンガル、トリアリルメ
タン系染料、モジアゾ系、ジスアゾ系染顔料、アントラ
キノン系染料等、従来公知の染顔料を単独あるいは混合
して使用し得る。

さらに必要によって加える帯電制御剤としては、アミノ
化合物、第４級アンモニウム化合物、および有機染料、
特に塩基性染料及びその塩、ニグロシン染料、サリチル
酸キレート化合物等が挙げられる。

原材料の前混合には、ヘンシェルミキサー等、−数的に
使用される混合機を使用することができる。

なお、溶融粘度の測定法は次の通りである。

［溶融粘度測定法］ フローテスターＣＦＴ−５００型（島津製作所製）を用
いる。試料は６０ｍｅｓｈパス品を約１．０〜１．５　
ｇ秤量する。これを成形器を使用し、１００ｋｇ／ｃｍ
”の′加重で１分間加圧する。この加圧サンプルを下記
の条件で、常温常温下（温度的２０〜３０℃、湿度３０
〜７０％ＲＨ）でフローテスター測定を行い、湿度−見
掛は粘度曲線を得る。得られたスムース曲線より、１０
０℃の見掛は粘度を求めそれを該試料の温度に対する溶
融粘度とする。

ＲＡＴＥ　ＴＥＭＰ　　　　６．ＯＤ／Ｍ　（”Ｃ１分
）ＳＥＴＴＥＭＰ　　　　７０．ＯＤＥＧ（’Ｃ）ＭＡ
ＸＴＥＭＰ　　　　２００．ＯＤＥＧＩＮＴＥＲＶＡＬ
　　　　　３．ＯＤＥＧＰＲＥＨＥＡＴ　　　　３００
．Ｏ５ＥＣ（秒）ＬＯＡＤ　　　　　　２０．０　　Ｋ
ＧＦ　（ｋｇ）ＤＩＥ（ＤＩＡ）　　　　　１．０　　
ＭＭ　　（ｍｍ）ＤＩＥ（ＬＥＮＧ）　　　　１．０　
　ＭＭＰＬｔｌＮＧＥＲ１，ＯＣＭ”　（ｃｍ２）［実
施例］ 以下、実施例をもって本発明の詳細な説明する。混練装
置■、■　処方■、■を用意した。

混練装置■： 第１図のパドル構成であり、ニーディング部は２ケ所で
、投入側はパドル全長の１０％の長さであり、第５図の
形状のものを用いた。排出側は２７％であり、このニー
ディング部の前部の８０％には第６図の形状のものを、
残りの後部２０％には戻しスクリューを使用した。

混練装置■： 第２図のパドル構成であり、ニーディング部はｌケ所で
かつパドル全長のｌ０％の長さである。

ニーディング部には第５図の形状のものを用いた。

処方■： 処方■： 各処方に用いた結着樹脂の溶融粘度は、■が１００℃で
７　Ｘ　１０’ボイズ、■が５　ｘ　１ｏ’ボイズであ
る。

処方■を、ヘンシェルミキサーで前混合した後、混練装
置ので混練した。加熱温度１００℃、パドル回転数３０
０ｒｐｍに設定した。この混練物をジェットミルで微粉
砕し、分級し、平均粒径８μの分級品を得た。これに０
．７％の疎水性シリカ（商品名Ｒ−９７２、日本アエロ
ジル社製）をヘンシェルミキサーで外添し、本発明のト
ナーを得た。このトナーをキャリア（樹脂コートフェラ
イト粉、平均粒径７０μ）と混合し、トナー濃度６％の
現像剤とした。この現像剤を使用して、第８図に示すＯ
ＰＣ感光ドラムを有した、カラー電子写真装置を具備し
たフルカラー複写機（ＣＬＣ−１、商品名）キャノン製
を用いて複写試験を行なった。

また、混練品をプレパラート上に溶融させ、もう１枚の
プレパラートを重ねて圧力を加えたサンプルを作製し、
走査型電子顕微鏡で混練物中の顔料の分散状態を観察し
た。

さらに、分級工程における分級品と分級微粉中に含有さ
れる荷電制御剤の量を蛍光Ｘ線分析により測定し、分散
不良による偏析の有無を調査した。

混練物の分散状態を光学顕微鏡写真で観察したところ、
非常に良好に各成分の分散がおこなわれていることが確
認された。

また、混練物、分級品及び分級微粉中の荷電制御剤の含
有量を第９図に示す。荷電制御剤の偏析がないことは明
らかである。

次に、このトナーを使用して３０°Ｃ，８０％の高温、
高温下で１．０万枚の耐刷試験を行ったが、トナー飛散
の発生はなく、カブリのない画像が得られた。また、反
射濃度１．５の画像濃度を得るために、０．６５ｍｇ／
ｃｍ２のトナーしか必要としなかった。

実施例１と同様に、同じ層線条件で？昆練を行い、トナ
ーを作製し、３０℃、８０％の高温高湿下で５４枚の耐
刷試験を行った。その結果、反射濃度１．５の画像濃度
を得るために、０．７ｍｇ／ｃｍ”のトナーしか必要と
しなかった。

処方■を、混練装置０で、実施例のと同様な条件で混練
を行った。

この混練物の分散状態を光学顕微鏡写真で観察したとこ
ろ、実施例１の場合と比較して、各成分の分散性が悪い
ことが確認された。また、第９図に示すように、混練物
、分級品および分級微粉中の荷電制御剤の偏析が発、生
した。

次に、実施例１と同様にトナーを作製し、耐刷試験を行
ったが、２千枚でトナー飛散とカブリが発生した。また
、１．５の画像濃度を得るために、０、８ｍｇ／ｃｍ２
のトナーが必要であった。

比３ｕ艷ｌ 「混練装置０ ヒ処方■ 処方■を、製練装置■で、実施例１と同様な条件で混練
を行い、トナーを作製した。これを実施例２と同様の耐
刷試験を行ったが、千枚でトナー飛散とカブリが発生し
た。また、色調は若干のくすみがあり、鮮明なシアン色
が得られなかった。

さらに、１．５の画像濃度を得るためには０．９５ｍｇ
／ｃｍ２のトナーが必要であった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の混練装置を使用すること
により、結着樹脂の溶融粘度が低く、シャープメルトで
ある場合でも染顔料及び荷電制御剤の均一な分散が達成
され、高温高湿下でも帯電性のよい色調のすぐれた電子
写真用トナーを製造することができ、本発明が工業的に
非常に有用であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の混練装置の一例であり、゛第２図は従
来使用された混練機を示し、第３図はその断面図である
。第４図から第６図までは混練機のパドルに使用される
ブロックを示している。第７図はニーディング部の混練
作用を示している。 第８図は耐刷試験に使用した複写機を概略的に示したも
のである。第９図は荷電制御剤の含有率を示したもので
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料投入口と排出口とを有し、管内には軸方向に
   パドルが設けられた中空管状の混練装置であって、パド
   ルが送りスクリュー部とニーディング部とに区分され、
   当該ニーディング部を２ケ所以上有すると同時に、排出
   側のニーディング部の長さがパドル全長に対して２０％
   以上５０％以下であることを特徴とする混練装置。
2. （２）トナー原料を溶融混練する工程を含むトナーの製
   造方法において、請求項（１）記載の混練装置を用いて
   トナーの溶融混練を行うことを特徴とするトナーの製造
   方法。