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JP4980865B2 - 静電荷像現像用トナー製造方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナー製造方法 Download PDF

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JP4980865B2 JP2007315853A JP2007315853A JP4980865B2 JP 4980865 B2 JP4980865 B2 JP 4980865B2 JP 2007315853 A JP2007315853 A JP 2007315853A JP 2007315853 A JP2007315853 A JP 2007315853A JP 4980865 B2 JP4980865 B2 JP 4980865B2
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Description

本発明は、電子写真法、静電記録等において使用される静電荷像現像用トナー製造方法に関するものである。
近年、高画質化の要求からトナーには高い発色性が望まれている。
この発色性は、トナー中の着色剤の分散状態に大きく影響される。
すなわち、着色剤分散が良好なトナーの画像は発色性が良好で明るい色調になるのに対し、着色剤分散が不良のトナーの画像は発色性が不十分で暗めの色調となってしまう。
また、着色剤自体も摩擦帯電性を有していることから、着色剤分散が不良のトナーでは個々のトナー粒子の帯電量が不均一になってしまい、画像濃度の低下などの画像不良が発生しやすくなる。
この着色剤分散の不良を防止するために、予め着色剤を樹脂に分散させたマスターバッチを製造し、その後に主樹脂及び各種添加剤と混合して溶融混練、粉砕分級を行ってトナー化する方法が利用されている(例えば、特許文献1を参照)。
マスターバッチを用いる一般的なトナー製造方法を図2に示す。
まず、樹脂と着色剤を混練することでマスターバッチを製造する。
次に、樹脂とマスターバッチを混練し、冷却して粉砕分級を行うことで分級トナーを得る(粗粉は粉砕分級工程へ、微粉は混練工程へ戻して再利用してもよい。)。
そして、該分級トナーに外添を施すことでトナーを製造する。
この方法では、マスターバッチ製造時に着色剤表面と樹脂との親和性が増大するために、後の混練行程で着色剤が良好に分散するようになることが確認されている。
しかしながら、マスターバッチを用いるトナー製造方法では、マスターバッチを製造する工程がコスト増の要因となる問題があった。
また、マスターバッチを用いても十分に分散させることができない樹脂と着色剤の組み合わせもあり、マスターバッチ以外の方法で着色剤を良好に分散させる方法が望まれていた。
特開平10−268573号公報
本発明は以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、マスターバッチ以外の方法で着色剤を良好に分散させることで、コストを抑え、発色性に優れ、十分な画像濃度を得られる静電荷像現像用トナー製造方法を提供することにある。
本発明は、下記の技術的構成により、上記課題を解決できたものである。
(1)着色剤と添加剤を混合して、表面に添加剤が付着した改質着色剤を得る改質工程と、結着樹脂および前記改質着色剤を含む原料を溶融混練して混練物を得る混練工程と、該混練物を冷却し、粉砕分級して分級トナーを得る粉砕分級工程とを有し、
前記添加剤は、ステアリン酸、ステアリン酸化合物のいずれかであることを特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法。
)前記添加剤の添加量は、着色剤100重量部に対して1〜15重量部であることを特徴とする前記(1)記載の静電荷像現像用トナー製造方法。
本発明によれば、マスターバッチ以外の方法で着色剤を良好に分散させることで、コストを抑え、発色性に優れ、十分な画像濃度を得られる静電荷像現像用トナー製造方法を提供することができる。
さらに、着色剤を極めて良好に分散させることにより、わずかなトナーで十分な画像濃度が得られ、トナー消費量の軽減を実現することができるトナー製造方法を提供することができる。
本発明のトナー製造方法について図1を用いて説明する。
本発明のトナー製造方法は、着色剤と添加剤を混合して、表面に添加剤が付着した改質着色剤を得る改質工程と、結着樹脂および前記改質着色剤を含む原料を溶融混練して混練物を得る混練工程と、該混練物を冷却し、粉砕分級して分級トナーを得る粉砕分級工程とを有することを特徴とする。
(改質工程)
まず、着色剤と添加剤を混合して、表面に添加剤が付着した改質着色剤を得る。
添加剤とは、着色剤表面に付着して結着樹脂に対する分散性を向上させるものであり、例えば、シリカ、ステアリン酸、ステアリン酸化合物(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸リチウムなど)、酸化チタン、アルミナなどを挙げることができる。中でも着色剤分散性の観点からシリカ、ステアリン酸、ステアリン酸化合物を用いることが好ましい。その理由は、着色剤の流動性を顕著に向上させ、高い分散を得ることが出来るためである。
混合はドライブレンドによることが好ましく、混合装置の一例としては、ダブルコーン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等を挙げることができる。
当該添加剤の添加量は、着色剤100重量部に対して1〜15重量部が好ましく、5〜10重量部がさらに好ましい。
(混練工程)
次に、混練工程では、結着樹脂および前記改質着色剤を含む原料を溶融混練して混練物を得る。
混練工程にはバッチ式(例えば、加圧ニーダー、バンバリィミキサー等)または連続式の熱溶融混練機を用いるが、連続生産できる等の優位性から1軸または2軸の連続式押出機が好ましい。例えば、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機、東芝機械社製TEM型2軸押出機、ケイ・シー・ケイ社製2軸押出機、池貝鉄工社製PCM型2軸押出機、栗山製作所社製2軸押出機、ブス社製コ・ニーダー等が好ましい。なお、オープンロール型連続混練機も使用可能である。
(冷却工程)
その後、冷却工程により混練物を冷却固化する。
(粉砕分級工程)
そして、粉砕分級工程では冷却固化した混練物を粉砕分級して分級トナーを得る。
まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕し、ジェットミル、高速ローター回転式ミル等で微粉砕し、段階的に所定トナー粒度まで粉砕する。
そして、慣性分級方式のエルボージェット、遠心力分級方式のミクロプレックス、DSセパレーター、乾式気流分級機等でトナーを分級し、体積平均粒子径3〜15μmの分級トナーを得る。
分級時に得られた粗粉は粉砕分級工程に戻し、微粉は混練工程に戻して再利用してもよい。
次に、必要に応じて分級トナーに外添剤を付着させる外添工程を行う。
分級トナーと各種外添剤を所定量配合して、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の粉体にせん断力を与える高速攪拌機などで攪拌・混合する。
この際、外添機内部で発熱があり、凝集物を生成し易くなるので外添機の容器部周囲を水で冷却するなどの手段で温度調整をする方が好ましく、更には外添機容器内部の材料温度は樹脂のガラス転移温度より約10℃低めの管理温度以下が好適である。
本発明のトナーは、上述の方法により得られ、体積平均粒径は3μm〜10μmが好ましく、さらに好ましくは5μm〜8μmである。体積平均粒径が3μm未満では、2μm未満の超微粉が多くなるので、カブリ、画像濃度低下、感光体での黒点やフィルミングの発生、現像スリーブや層厚規制ブレードでの融着の発生、等を引き起こす。一方10μmを超えると解像度が低下し、高画質画像が得られない。
なお、本願で体積平均粒径は、コールターカウンターTA−II型(コールター社製)を用い、100μmのアパチャーチューブで粒径別相対重量分布を測定することにより求める。
また、本発明のトナーの円形度は0.80〜0.98であって、好ましくは0.90〜0.96である。円形度が0.80未満では流動性が劣るため帯電量が不足して画像濃度の低下をもたらし、0.98を超えると帯電量が過剰となりトナー消費量が増大する。
なお、円形度は、
円形度=π・(粒子像の面積と等しい円の直径)/(粒子像の周囲長)
で表されるもので、フロー式粒子像分析装置(Sysmex社製、商品名:FPIA−2000により求めるものである。
得られたトナーは、一成分現像方式、二成分現像方式、その他の現像方式に使用できる。二成分現像方式にはキャリアと混合して使用する。
二成分現像方式でのキャリアとしては、例えば、ニッケル、コバルト、酸化鉄、フェライト、鉄、ガラスビーズなどが使用できる。これらのキャリアは単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。キャリアの平均粒子径は20〜150μmであるのが好ましい。また、キャリアの表面は、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などの被覆剤で被覆されていていてもよい。
本発明のトナーは、モノクロ用トナーであってもカラー用トナーであってもよいが、発色性改善が顕著に現れるカラー用トナー、特にフルカラー用トナーとして用いられることが好ましい。
次に、添加剤以外のトナー原料について説明する。
(結着樹脂)
本発明に用いる結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレンなどのスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのモノオレフィン類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル、などのα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルネン、ジシクロペンタジエンなどの二重結合を有する環状オレフィン類、などの単独重合体および共重合体を例示することができる。
また、マレイン酸、フマル酸、フタル酸などのカルボン酸と、ビスフェノールA(EO/PO付加物を含む)、エチレングリコールなどのアルコールから生成されるポリエステル樹脂を例示することができる。
これらの中でも、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合樹脂、エチレン−ノルボルネンなどの環状オレフィン共重合樹脂、ポリエステル樹脂が好ましく用いられる。
特に耐久性の観点からポリエステル樹脂が好ましく用いられる。
本発明の結着樹脂の量は、非磁性トナーの場合トナー100重量部中に80〜95重量部であることが好ましい。
(着色剤)
次に、着色剤について説明する。
イエロー着色剤の顔料系としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。
具体的には、C.I.PigmentYellow3、7、10、12、13、14、15、17、23、24、60、62、73、74、75、83、93、94、95、99、100、101、104、108、109、110、111、117、122、123、128、129、138、139、147、148、150、155、166、168、169、177、179、180、181、183、185、191:1、191、192、193、199が好適に用いられる。
染料系としては、例えば、C.l.solventYellow33、56、79、82、93、112、162、163、C.I.disperseYellow42.64.201.211が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が用いられる。
具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19が特に好ましい。
シアン着色剤としては、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、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。
具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が特に好適に利用される。
着色剤の添加量としては、結着樹脂100重量部に対して2〜20重量部、好ましくは2〜15重量部、さらにはトナー像の好適なOHPフィルムの透過性を考慮すると12重量部未満の範囲で使用されるのが好ましく、通常3〜9重量部であるのが最も好適である。
(帯電制御剤)
また、本発明には必要に応じて帯電制御剤を添加することが出来る。
添加する場合、正荷電性帯電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂などがある。
負荷電性帯電制御剤としては、Cr、Co、Al、Fe等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物、ホウ素錯体、高分子タイプ帯電制御剤などがある。
添加量は、結着樹脂100重量部に対して0.05〜10重量部程度が好ましい。
(離型剤)
また、本発明を構成するトナーには、必要に応じて離型剤が添加される。
トナー中に分散される離型剤としては、具体的にはパラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、フィシャートロピシュワックス、エステル系ワックス、芳香族基を有する変性ワックス、脂環基を有する炭化水素化合物、天然ワックス、炭素数12以上の長鎖炭化水素鎖を有する長鎖カルボン酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド、脂肪酸ビスアミド等を例示し得る。
これらの離型剤は、単独であるいは複数種組み合わせて使用することができる、結着樹脂に添加する離型剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して30重量部未満、好ましくは2〜20重量部が好適である。
(外添剤)
本発明のトナーは、流動性付与の観点から、外添剤が表面に付着していることが好ましい。
外添剤としては無機または有機の各種外添剤を使用することができるが、特にトナーの流動性向上、凝集性抑制を図る為にシリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の無機微粉末が好適である。
外添剤の混合量は、使用する外添剤及びトナー粒子の平均粒径、粒度分布などにより異なるが、所望するトナー流動性を得る量を適宜選択できる。一般的にはトナー粒子100重量部に対して0.05〜10重量部、更には0.1〜8重量部が好適である。
混合量が0.05重量部未満では流動性改善効果が少なく、高温での貯蔵安定性能が悪く、また混合量が10重量部より多いと一部遊離した外添剤により感光体にフィルミングを発生したり、現像槽内部に堆積して現像剤の帯電機能劣化等の障害を引き起こしたりして好ましくない。
また、外添剤は高湿環境下での安定性面より、無機微粉末の場合にはシランカップリングなどの処理剤で疎水化処理されたものがより好ましく、更に、帯電性を考慮する場合には負荷電性を付与する処理剤としてはジメチルジクロルシラン、モノオクチルトリクロルシラン、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイルなど、正荷電性を付与する処理剤としてはアミノシランなどを使用すればよい。
この他、外添剤としてトナーの電気抵抗調整、研磨剤などの目的で、流動性改善用以外のマグネタイト、フェライト、導電性チタン、酸化アンチモン、酸化錫、酸化セリウム、ハイドロタルサイト類化合物、アクリルビーズ、シリコーンビーズ、ポリエチレンビーズなどの微粉末を適量混合してもよく、その混合量はトナー100重量部に対して0.005〜10重量部が好ましい。
さらに、外添剤としてポリ4フッ化エチレン樹脂粉末、ポリフッ化ビニリデン樹脂粉末などの樹脂微粉末を付着してもよい。トナーに対してこれらの樹脂微粉末を添加する割合は、トナー100重量部対して、0.01〜8重量部の範囲から適宜選択でき、好ましくは0.1〜5重量部、さらに好ましくは0.1〜4重量部である。
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
参考例1]
まず、下記の原料をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、商品名:「ヘンシェルミキサー20L」)を使用し、5分間、2800rpmで均一に混合して、表面に添加剤が付着した改質着色剤を得た。
・シアン顔料 100重量部
(大日精化工業社製、商品名:「ピグメント15:4」)
・シリカA 10重量部
(アエロジル社製、平均一次粒子径16nm、BET比表面積130m/g)
次に、下記配合物をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、商品名:「ヘンシェルミキサー20L」)を使用し、5分間、2800rpmで均一に混合した後、二軸混練押出機(池貝社製、商品名:「PCM−30」)で回転数200rpm、吐出量3.0kg/hrの条件で溶融混練し、混練物を2本ロールで圧延して放置冷却した。
・結着樹脂;ポリエステル樹脂 100重量部
(三菱レイヨン社製、Mw25000、Mn5000、Tg(ショルダー)60℃)
・改質着色剤; 4.5重量部
・帯電制御剤;ホウ素錯体粒子 2.0重量部
(日本カーリット社製、商品名:「LR―147」)
・離型剤;ワックス 7重量部
(加藤洋行社製、商品名:「カルナウバ2号粉末」)
次いで冷却された混練物をハンマーミルで粗粉砕し、ジェットミル(ホソカワミクロン社製、商品名:「200APG」)で微粉砕した。
そして、乾式気流分級機(ホソカワミクロン社製、商品名:「100ATP」)で分級して、体積平均粒径7.1μm、円形度0.892の分級トナーを得た。
次に、前記分級トナー100重量部に対し、下記のシリカおよび酸化チタンからなる外添剤を加えて10Lヘンシェルミキサーで回転数2800rpmで5分混合してトナーを得た(外添工程)。
・シリカB 0.2重量部
(クラリアントジャパン社製、平均一次粒子径17.5nm、BET比表面積140m/g)
・酸化チタン 0.5重量部
(アエロジル社製、一次粒子径10nm、BET比表面積65±10、処理剤オクチルシラン)
その後、得られたトナー5.0重量部と、平均粒径30μmのフェライトキャリア(パウダーテック社製)95.0重量部とを混合し、シアン現像剤を得た。
さらに、上記シアン顔料をマゼンタ顔料(大日精化工業社製 商品名:「ピグメント57−1」)、イエロー顔料(山陽色素社製、商品名:「Fast Yellow74−16」)に代えて、上記と同様にしてマゼンタ現像剤、イエロー現像剤を得た。
以上のようにして参考例1の非磁性二成分現像剤を作製した。
[実施例2]
参考例1のシリカAに代えて下記のステアリン酸亜鉛を用いた。
・ステアリン酸亜鉛 10重量部
(堺化学工業社製、商品名:「SZ−PF」)
それ以外は実施例1と同様にして実施例2の非磁性二成分現像剤を得た。
[比較例1]
比較例1では改質工程を行わず、着色剤を溶融混練し、冷却した。
すなわち、下記配合物をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、商品名:「ヘンシェルミキサー20L」)を使用し、5分間、2800rpmで均一に混合した後、二軸混練押出機(池貝社製、商品名:「PCM−30」)で回転数200rpm、吐出量3.0kg/hrの条件で溶融混練し、混練物を2本ロールで圧延して放置冷却した。
・結着樹脂;ポリエステル樹脂 100重量部
(三菱レイヨン社製、Mw25000、Mn5000、Tg(ショルダー)60℃)
・シアン顔料 4.1重量部
(大日精化工業社製、商品名:「ピグメント15:4」)
・帯電制御剤;ホウ素錯体粒子 2.0重量部
(日本カーリット社製、商品名:「LR―147」)
・離型剤;ワックス 7重量部
(加藤洋行社製、商品名:「カルナウバ2号粉末」)
その後は参考例1と同様にして比較例1の非磁性二成分現像剤を得た。
[比較例2]
比較例2では、改質工程に代えてマスターバッチを製造する工程を行った。
すなわち、下記の原料をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、商品名:「ヘンシェルミキサー20L」)を使用し、5分間、2800rpmで均一に混合して、加圧ニーダーで20分間溶融混練した後、ハンマークラッシャーで粉砕してマスターバッチを得た。
・結着樹脂;ポリエステル樹脂 70重量部
(三菱レイヨン社製、Mw25000、Mn5000、Tg(ショルダー)60℃)
・シアン顔料 30重量部
(大日精化工業社製、商品名:「ピグメント15:4」)
次に、下記配合物をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、商品名:「ヘンシェルミキサー20L」)を使用し、5分間、2800rpmで均一に混合した後、二軸混練押出機(池貝社製、商品名:「PCM−30」)で回転数200rpm、吐出量3.0kg/hrの条件で溶融混練し、混練物を2本ロールで圧延して放置冷却した。
・結着樹脂;ポリエステル樹脂 90.4重量部
(三菱レイヨン社製、Mw25000、Mn5000、Tg(ショルダー)60℃)
・マスターバッチ; 13.7重量部
・帯電制御剤;ホウ素錯体粒子 2.0重量部
(日本カーリット社製、商品名:「LR―147」)
・離型剤;ワックス 7重量部
(加藤洋行社製、商品名:「カルナウバ2号粉末」)
その後は参考例1と同様にして比較例2の非磁性二成分現像剤を得た。
実施例および比較例の主な条件を表1に示した。
Figure 0004980865
実施例および比較例のトナーについて、以下の評価を行った。
(前処理のコスト)
前処理のコストについて、作業時間および使用電力を評価した。
◎:コストなし、○:低コスト、×:高コスト
次に、実施例および比較例の二成分現像剤をカートリッジに充填し、二成分現像方式の複写機で、印字率20%、プリントスピード:24ページ/分として、低現像電位、低転写電位条件(現像電圧:−250V、一次転写電圧:800V)で50000枚までの耐刷試験を実施した。
そして、発色性、画像濃度およびトナー消費量について評価した。
(発色性)
発色性は目視で評価した。
○:良好、×:くすみ有
(画像濃度)
画像濃度は分光濃度計(X−Rite社製、商品名:X−Rite 939)を使用して測定した。
なお、画像濃度は1.3以上であれば実用上問題ない。
(トナー消費量)
トナー消費量は、1000枚プリントするのに要したトナー量を測定した。
なお、トナー消費量は50g未満であれば実用上問題ない。
結果を表2に示す。
Figure 0004980865
表2に示されるように、参考例1および実施例2は、前処理が低コストで、発色性、画像濃度、トナー消費量においても実用上問題なかった。
特に、実施例2はトナー消費量において優れていた。
これに対し、比較例1は発色性、画像濃度、トナー消費量に実用上問題があった。
また、比較例2は前処理が高コストとなり、トナー消費量において実用上やや問題があった。


以上のように、本発明によれば、マスターバッチ以外の方法で着色剤を良好に分散させることで、コストを抑え、発色性に優れ、十分な画像濃度を得られる静電荷像現像用トナー製造方法を提供することができる。
さらに、着色剤を極めて良好に分散させることにより、わずかなトナーで十分な画像濃度が得られ、トナー消費量の軽減を実現することができるトナー製造方法を提供することができる。
本発明の静電荷像現像用トナー製造方法を示すフローチャート 従来の静電荷像現像用トナー製造方法を示すフローチャート

Claims (2)

  1. 着色剤と添加剤を混合して、表面に添加剤が付着した改質着色剤を得る改質工程と、
    結着樹脂および前記改質着色剤を含む原料を溶融混練して混練物を得る混練工程と、
    該混練物を冷却し、粉砕分級して分級トナーを得る粉砕分級工程とを有し、
    前記添加剤は、ステアリン酸、ステアリン酸化合物のいずれかであることを特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法。
  2. 前記添加剤の添加量は、着色剤100重量部に対して1〜15重量部であることを特徴とする請求項1記載の静電荷像現像用トナー製造方法。
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