JP2017138542A - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
乳化凝集法によるトナーの製造は、まず樹脂を乳化して水系の分散体を作成し、その後に凝集させて得られた凝集粒子を融着させてトナー粒子とする。ポリエステルの乳化法としては、高せん断をかけなくとも微細で均一な水系分散体を得ることができる、転相乳化法が好んで用いられる。
ところで、近年、トナー排出時のCO2削減のため、植物由来モノマーを含有する結着樹脂が開発されてきている。しかし、重縮合可能な植物由来モノマーは、石油由来モノマーを使用した場合に比べて、トナーの保存性が悪化することが課題となっている。
そこで、本発明は、植物由来モノマーを重縮合させて得られるポリエステル樹脂から製造した乳化凝集トナーにおいて、低温定着性、高温高湿条件での保存安定性及びワックス分散性が同時に優れたトナーを得る方法を提供することにある。
トナー用結着樹脂の水系分散液と界面活性剤との混合物である水系分散体を凝集させて得られた凝集粒子を融着させた粒子を含む電子写真用トナーの製造方法であって、
前記凝集粒子が、離型剤であるワックスを含有し、
前記結着樹脂が、炭素数2以上4以下の脂肪族ジオールを含むアルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステル樹脂を含有し、該ポリエステル樹脂の酸価が5mgKOH/g以上10mgKOH/g以下であり、
前記水系分散体が下記工程1、2、3及び4を経て得られ、
前記界面活性剤が、オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤であって、工程4におけるポリエステル樹脂に対する界面活性剤の添加量が1質量%以上10質量%以下である、電子写真用トナーの製造方法。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。
結着樹脂、有機溶剤、界面活性剤、中和剤及び水の混合・分散にあたっては、転相乳化法等の化学的分散法や、ホモジナイザー、超音波分散機等の機械的分散法も用いることができる。
〔工程1〕
工程1は、少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程である。
本発明で用いられる結着樹脂は、特定のアルコール成分と特定のカルボン酸成分とを重縮合させて得られる重縮合樹脂を含有する。結着樹脂中の重縮合樹脂の含有量は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは65質量%以上、より好ましくは75質量%以上、更に好ましくは85質量%以上、より更に好ましくは実質的に100質量%である。
上記の「吸熱の最大ピーク温度」とは、実施例に記載する測定方法の条件下で観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度のことを指す。最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば、最大ピーク温度を結晶性ポリエステルの融点とし、軟化点との差が20℃を超えるピークは非晶質樹脂のガラス転移に起因するピークとする。
本発明において、ポリエステル樹脂の結晶性は、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。
ポリエステル樹脂を構成し得るカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3価以上の多価カルボン酸が挙げられる。なお、カルボン酸成分には、遊離酸だけでなく、反応中に分解して酸を生成する無水物、及び炭素数1以上3以下のアルキルエステルも含まれる。
脂肪族ジカルボン酸は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、炭素数2以上18以下が好ましく、炭素数8以上12以下がより好ましい。脂肪族ジカルボン酸の具体例としては、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸が挙げられる。また、脂肪族ジカルボン酸の例には、ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニルコハク酸等の炭素数1以上20以下のアルキル基又は炭素数2以上20以下のアルケニル基で置換されたコハク酸も含まれる。芳香族ジカルボン酸の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸が挙げられる。3価以上の多価カルボン酸の具体例としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸(ピロメリット酸)が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、テレフタル酸、トリメリット酸無水物及びドデセニルコハク酸無水物からなる群から選ばれる少なくとも1つが好ましい。
ポリエステル樹脂を構成し得るアルコール成分としては、トナー排出時のCO2削減、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、炭素数2以上4以下の脂肪族ジオールが使用される。当該脂肪族ジオールは、植物由来製品を使用することが好ましい。
炭素数2以上4以下の脂肪族ジオールの例としては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブテンジオールが挙げられる。これらは、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、1,2−プロパンジオールを含むことが好ましく、1,2−プロパンジオールとエチレングリコール又は1,2−ブタンジオールとの組合せがより好ましく、1,2−プロパンジオール及び1,4−ブタンジオールの組合せが更に好ましい。
炭素数5以上の脂肪族ジオールとしては、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール等が挙げられる。芳香族アルコールとしては、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、ポリオキシエチレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2以上3以下)オキサイド(平均付加モル数1以上10以下)付加物等が挙げられる。3価以上のアルコールとしては、グリセロール(グリセリンともいう)、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
重縮合反応の原料モノマーであるアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)は、反応性、分子量調整及び物性調整の観点から、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.6以上、更に好ましくは0.7以上であり、そして、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは0.9以下である。
ポリエステル樹脂は、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応により得られる。該重縮合反応はエステル化触媒の存在下で行うことが好ましく、反応性、分子量調整及び樹脂の物性調整の観点から、エステル化触媒及びピロガロール化合物の共存在下で行うことがより好ましい。
上記重縮合反応に好適に用いられるエステル化触媒としては、チタン化合物及びSn−C結合を有していない錫(II)化合物が挙げられ、これらは1種又は2種以上を併せて使用することができる。
ピロガロール化合物は、互いに隣接する3個の水素原子が水酸基で置換されたベンゼン環を有するものであり、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4−テトラヒドロキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、エピガロカテキン、エピガロカテキンガレート等のカテキン誘導体等が挙げられ、反応性の観点から、没食子酸が好ましい。
重縮合反応におけるピロガロール化合物の存在量は、反応性の観点から、重縮合反応に供されるアルコール成分とカルボン酸成分との総量100質量部に対して、好ましくは0.001質量部以上、より好ましくは0.005質量部以上、更に好ましくは0.01質量部以上であり、そして、好ましくは1質量部以下、より好ましくは0.4質量部以下、更に好ましくは0.2質量部以下、より更に好ましくは0.1質量部以下である。ここで、ピロガロール化合物の存在量とは、重縮合反応に供したピロガロール化合物の全配合量を意味する。
ピロガロール化合物とエステル化触媒との質量比(ピロガロール化合物/エステル化触媒)は、反応性の観点から、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以上、更に好ましくは0.03以上であり、そして、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.2以下、より更に好ましくは0.15以下である。
また、例えば樹脂の強度を上げるために全モノマーを一括仕込みしたり、低分子量成分を少なくするために2価のモノマーを先ず反応させた後、3価以上のモノマーを添加して反応させたりする等の方法を用いてもよい。また、重合の後半に反応系を減圧することにより、反応を促進させてもよい。
本発明に用いられる結着樹脂の軟化点は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは110℃以上、更に好ましくは120℃以上であり、そして、好ましくは160℃以下、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは140℃以下、更に好ましくは130℃以下である。
また、本発明に用いられる結着樹脂のガラス転移温度は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは45℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは85℃以下、より好ましくは80℃以下、更に好ましくは70℃以下である。なお、ガラス転移温度は非晶質樹脂に特有の物性であり、融解熱の最大ピーク温度とは区別される。
なお、軟化点、ガラス転移温度、数平均分子量、重量平均分子量及び酸価は、原料モノマー組成、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により適宜調整することができる。
有機溶剤としては、ポリエステル樹脂の溶解性及び次工程における分散性を向上する観点から、溶解性パラメータ(SP値:POLYMER HANDBOOK THIRD EDITION 1989 by John Wiley & Sons,Inc)で表したとき、好ましくは15.0MPa1/2以上、より好ましくは16.0MPa1/2以上、更に好ましくは17.0MPa1/2以上であり、そして、好ましくは26.0MPa1/2以下、より好ましくは24.0MPa1/2以下、更に好ましくは22.0MPa1/2である有機溶剤が好ましい。
具体例としては、エタノール(26.0)、イソプロパノール(23.5)、及びイソブタノール(21.5)等のアルコール系溶媒;アセトン(20.3)、メチルエチルケトン(19.0)、メチルイソブチルケトン(17.2)、及びジエチルケトン(18.0)等のケトン系溶媒;ジブチルエーテル(16.5)、テトラヒドロフラン(18.6)、及びジオキサン(20.5)等のエーテル系溶媒;酢酸エチル(18.6)、酢酸イソプロピル(17.4)等の酢酸エステル系溶媒が挙げられる。カッコ内は、SP値を示す。これらの中では、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、ケトン系溶媒及び酢酸エステル系溶媒が好ましく、メチルエチルケトン及び酢酸エチルがより好ましく、メチルエチルケトンが更に好ましい。
また、工程1における結着樹脂と有機溶剤との質量比(結着樹脂/有機溶剤)は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、好ましくは1/5〜1/0.01、より好ましくは1/1.5〜1/0.02、更に好ましくは1/1〜1/0.05、より更に好ましくは1/0.8〜1/0.1、より更に好ましくは1/0.4〜1/0.1である。
本発明に用いられる中和剤としては、アルカリ金属の水酸化物、有機塩基が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等が挙げられ、これらの中でも、入手容易性の観点、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。有機塩基としては、アンモニア、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、及びトリブチルアミン等が挙げられ、これらの中でも、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、pKaが12以下である中和剤が好ましく、アンモニア(pKa=9.3)、トリエチルアミン(pKa=9.8)が好ましい。したがって、中和剤としては、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、水酸化ナトリウム、アンモニア、トリエチルアミンが好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。
中和度={[中和剤の質量(g)/中和剤の当量]/〔[樹脂の酸価(KOHmg/g)×樹脂の質量(g)]/(56×1000)〕}×100
混合の際は、アンカー翼等の一般的に用いられる混合撹拌装置、外部循環撹拌装置等で撹拌することが好ましい。
工程2は、工程1で得られた混合物に水を混合して、樹脂分散液を得る工程である。
アンカー翼等の混合撹拌装置を用いた場合、撹拌の周速は、分散性の観点から、好ましくは20m/分以上、より好ましくは40m/分以上、更に好ましくは60m/分以上であり、そして、好ましくは200m/分以下、より好ましくは150m/分以下、更に好ましくは100m/分以下である。
工程3は、工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程である。
工程4は、工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程である。
本発明で用いられる界面活性剤は、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤である。オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤を特定量用いることにより、ポリエステルエマルションの凝集性を制御して、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性に優れたトナーを得ることができる。
これらの界面活性剤は単独でもしくは2種以上選択して使用できる。これらの中でも、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩が好ましく、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムが好ましい。オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤の市販品としては、例えば「エマールE−27C」(ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、花王(株)製)を挙げることができる。
オキシエチレン基を有しないアニオン性界面活性剤としては、硫酸エステル系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系(例えばアルキルエーテルカルボン酸塩等)等のアニオン性界面活性剤であってオキシエチレン基を有しないものが挙げられる。具体的には、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸ナトリウム等が挙げられる。
カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
アンカー翼等の混合撹拌装置を用いた場合、撹拌の周速は、分散性の観点から、好ましくは20m/分以上、より好ましくは40m/分以上、更に好ましくは60m/分以上であり、そして、好ましくは200m/分以下、より好ましくは150m/分以下、更に好ましくは100m/分以下である。
凝集工程では、前記のトナー用結着樹脂の水系分散体中の樹脂粒子及び離型剤であるワックスを含有する水系分散体中の離型剤粒子を凝集させて、凝集粒子の分散液を得ることが好ましい。
凝集工程において、系内の固形分濃度は、均一な凝集を起こさせるために、好ましくは5質量%以上であり、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
凝集工程において、凝集剤を均一に分散し、均一な凝集を起こさせる観点から、凝集剤の添加は、20℃以上40℃以下にて行うことが好ましく、凝集剤を添加した後、所定の粒径になるまで40℃以上70℃以下に保持することが好ましい。
本発明において、凝集工程で得られる凝集粒子は、離型剤であるワックスを含有する。
ワックスとしては、カルナバロウワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、及びホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、マイクロクリスタリンワックス、及びフィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス等のワックス;ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス等が挙げられる。これらの中でも、エステルワックスが好ましい。
着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤が挙げられ、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、カーボンブラック、無機系複合酸化物、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、及びマラカイトグリーンオクサレート等の種々の顔料;アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、インジコ系、チオインジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアジン系、及びチアゾール系等の各種染料が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
着色剤の添加量は、画像品質を向上する観点から、結着樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上であり、そして、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下である。
樹脂粒子を調製する際に結着樹脂に添加剤を予め混合する場合には、予め結着樹脂と添加剤とを溶融混練することが好ましい。
溶融混練には、オープンロール型二軸混練機を使用することが好ましい。オープンロール型二軸混練機は、2本のロールが平行に近接して配設された混練機であり、各ロールに熱媒体を通すことにより、加熱機能又は冷却機能を付与することができる。したがって、オープンロール型二軸混練機は、溶融混練する部分がオープン型であり、また加熱ロールと冷却ロールを備えていることから、通常の二軸押出機と異なり、溶融混練の際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。
また、各添加剤の水系分散液は、各添加剤、界面活性剤及び水を混合し、分散機で分散処理することによって得られる。
融着(合一)工程では、凝集工程で得られた凝集粒子の水系分散体に必要に応じて凝集停止剤を加えた後、必要に応じて加熱することにより、凝集粒子を融着(合一)させて融着粒子(合一粒子)を得ることが好ましい。
融着(合一)工程における系内の温度は、目的とするトナーの粒径、粒度分布、形状制御及び粒子の融着性の観点、トナーの低温定着性、高温高湿下での保存安定性及びワックス分散性を向上させる観点から、結着樹脂の軟化点に対して、好ましくは−40℃以上、より好ましくは−35℃以上、更に好ましくは−30℃以上であり、そして、好ましくは+40℃以下、より好ましくは+20℃以下、更に好ましくは+10℃以下である。具体的には、好ましくは70℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下である。また、撹拌速度は、凝集粒子が沈降しない速度が好ましい。
なお、凝集停止剤を用いる場合、凝集停止剤として界面活性剤を用いることが好ましく、アニオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。アニオン性界面活性剤としては、上記工程4で使用したオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤を使用することができる。
融着(合一)工程により得られた融着粒子(合一粒子)を、適宜、ろ過等の固液分離工程、洗浄工程、乾燥工程に供することにより、電子写真用トナー(単にトナーと称することがある)を得ることができる。
洗浄工程では、トナーとして十分な帯電特性及び信頼性を確保する目的から、トナー表面の金属イオンを除去するため、酸を用いることが好ましい。また、添加した界面活性剤も洗浄により完全に除去することが好ましく、界面活性剤の曇点以下での水系溶液での洗浄が好ましい。洗浄は複数回行うことが好ましい。
また、乾燥工程では、振動型流動乾燥法、スプレードライ法、冷凍乾燥法、フラッシュジェット法等、任意の方法を採用することができる。トナーの乾燥後の水分含量は、帯電性の観点から、好ましくは1.5質量%以下、更には1.0質量%以下に調整することが好ましい。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
(ポリエステル樹脂の軟化点及びガラス転移温度)
(1)軟化点
フローテスター「CFT−500D」((株)島津製作所製)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/minで加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
(2)ガラス転移温度
示差走査熱量計「Pyris 6 DSC」(PerkinElmer社製)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度50℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定した。吸熱ピークが観測されるときはそのピークの温度を、ピークが観測されずに段差が観測されるときは該段差部分の曲線の最大傾斜を示す接線と該段差の高温側のベースラインの延長線との交点の温度をガラス転移温度とした。
樹脂の酸価は、JIS K0070の方法に基づき測定した。ただし、測定溶媒のみ、JIS K0070規定のエタノールとエーテルとの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))に変更した。
(各分散液中の樹脂粒子、着色剤微粒子、離型剤微粒子、荷電制御剤微粒子及び凝集粒子の体積中位粒径(D50))
イオン交換水にて分散液を固形分濃度0.01質量%となるように希釈したものを、動的光散乱型粒径測定機「ZETASIZER NANO ZS」(マルバーン社製)を用いて、以下の条件で体積中位粒径(D50)を測定した。
測定温度:25℃
媒質:水
測定用セル:Glass Cuvette
レーザー仕様:He−Ne、4mW、633nm
検出光学系:NIBS、173℃
測定回数:10回
等温化時間:5分
解析ソフト:Zeta Sizer Software 6.2
解析方法:General Purpose Mode(キュムラント法)
赤外線水分計「FD−230」((株)ケツト科学研究所製)を用いて、樹脂分散液又は水系分散体5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)の条件にて乾燥させ、樹脂分散液又は水系分散体の水分(質量%)を測定した。固形分は下記式に従って算出した。
固形分濃度(質量%)=100−M
M:樹脂分散液又は水系分散体の水分(質量%)=[(W−W0)/W]×100
W:測定前の試料質量(初期試料質量)
W0:測定後の試料質量(絶対乾燥質量)
pH測定器「HM−20P」(東亜ディーケーケー(株)製)を用い、20℃にて測定した。
示差走査熱量計「DSC 210」(セイコー電子工業(株)製)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で昇温し、融解熱の最大ピーク温度を融点とした。
測定機:「コールターマルチサイザーIII」(ベックマンコールター社製)
アパチャー径:50μm
解析ソフト:「マルチサイザーIII バージョン 3.51」(ベックマンコールター社製)
電解液:「アイソトンII」(ベックマンコールター社製)
分散液:「エマルゲン109P」(ポリオキシエチレンラウリルエーテル、花王株式会社製、HLB:13.6)5%電解液
分散条件:分散液5mLに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、電解液25mLを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を調製した。
測定条件:ビーカーに電解液100mLと分散液を加え、3万個の粒子の粒径を20秒間で測定できる濃度となるように前記分散液を加え、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求めた。
また、CV値(%)は下記の式に従って算出した。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
臨界凝集濃度とは、結着樹脂の水系分散体を凝集させるのに必要な最小の凝集剤のモル濃度であり、以下の方法により測定した。
(1)結着樹脂の水系分散体10gを採取し、イオン交換水にて固形分10質量%に調製したエマルションを、30mLのスクリュー管に7.5g計量した。以下の工程は、マグネチックスターラーにて撹拌しながら行った。
(2)塩化マグネシウムを、エマルションを構成する結着樹脂のカルボキシ基のモル数に対して0.5等量となる量を計量した。
(3)計量した塩化マグネシウムにイオン交換水を添加し、添加した液中のマグネシウムイオン濃度が10〜1300mMとなるように調整し、マグネシウムイオン濃度が10mMから200mMまでは10mM刻み、200mMから1300mMまでは50mM刻みで塩化マグネシウム水溶液を調製した。
(4)試料液に塩化マグネシウム水溶液を、ピペットでゆっくり添加し、スクリュー管の蓋をした。
(5)スクリュー管をマグネチックスターラーで30分撹拌した。
(6)レーザー回折型粒径測定機「LA−920」(株式会社堀場製作所製)にて体積中位粒径(D50)を測定した。工程前の粒径に対し、粒径が2倍以上になった塩化マグネシウム濃度のうち、最低濃度をエマルションの臨界凝集濃度(mM)とした。
(トナーの最低定着温度)
複写機「LaserJet 4200」(ヒューレットパッカード社製)にトナーを実装し、トナー付着量を0.7mg/cm2に調整して未定着画像を得た。その後、複写機「AR−505」(シャープ(株)製)の定着機を総定着圧が40kgf、定着速度が390mm/secに調整し、この定着機を用いて、定着ロールの温度を100℃から240℃へと5℃ずつ順次上昇させながら、各温度で未定着画像の定着試験を行った。定着画像にセロハン粘着テープ「ユニセフセロハン」(三菱鉛筆(株)製、幅:18mm、JIS Z1522)を貼り付け、30℃に設定した定着ローラーに通過させた後、テープを剥がした。テープを貼る前と剥がした後の光学反射密度を反射濃度計「RD−915」(グレタグマクベス社製)を用いて測定し、両者の比率(剥離後/貼付前×100)が最初に90%を超える定着ローラーの温度を最低定着温度とした。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れることを示す。
20mL容の容器(直径約3cm)にトナー4gを入れ、温度55℃、湿度85%の環境下で24時間放置した。放置後、トナー凝集の発生程度を目視にて観察し、以下の評価基準に従って、保存安定性を評価した。
A:72時間後も凝集は全く認められない。
B:60時間後で凝集は認められないが72時間後ではわずかに凝集が認められる。
C:48時間後で凝集は認められないが60時間後では明らかに凝集が認められる。
D:36時間後で凝集は認められないが48時間後では明らかに凝集が認められる。
E:24時間後で凝集は認められないが36時間後では明らかに凝集が認められる。
F:24時間以内に明らかに凝集が認められる。
トナーの溶融混練後のサンプルを、透過型電子顕微鏡を用いて、倍率10万倍の視野におけるワックスの分散粒径を50点測定した。なお、長軸と短軸との平均値を分散粒径とした。測定した分散粒径の平均値を平均分散粒径とし、ワックス分散性の指標とした。ワックス分散粒子の平均分散粒径の値が小さいほど、ワックスの分散性に優れることを示す。
製造例1〜5
(ポリエステル樹脂A〜E)
表1に示すアルコール成分、カルボン酸成分、エステル化触媒及びピロガロール化合物を、室温の冷水を通水した還流冷却管を上部に装備した98℃の温水を通水した分溜管、窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、160℃で2時間重縮合反応させた後、10時間かけて210℃まで昇温し、その後40kPaにて所望の軟化点に達するまで反応を行い、ポリエステル樹脂A〜Eをそれぞれ得た。
(着色剤分散液の調製)
銅フタロシアニン「ECB−301」(大日精化工業(株)製)50g、非イオン性界面活性剤「エマルゲン150」(ポリオキシエチレンラウリルエーテル、花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを混合し、ホモジナイザーを用いて10分間分散させて、着色剤微粒子を含有する着色剤分散液を得た。着色剤微粒子の体積中位粒径(D50)は125nmであった。
エステルワックス「WEP8」(日本精蝋(株)製、融点:78℃)50g、カチオン性界面活性剤「サニゾールB−50」(アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを95℃に加熱して、ホモジナイザーを用いて、エステルワックスを分散させた後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、離型剤微粒子を含有する離型剤分散液を得た。離型剤微粒子の体積中位粒径(D50)は400nmであった。
荷電制御剤「ボントロンE−84」(オリエント化学工業(株)製)50g、非イオン性界面活性剤「エマルゲン150」(花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを混合し、ガラスビーズを使用し、サンドグラインダーを用いて10分間分散させて、荷電制御剤微粒子を含有する荷電制御剤分散液を得た。荷電制御剤微粒子の体積中位粒径(D50)は500nmであった。
(ポリエステル樹脂の水系分散体の製造)
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた3L容の容器に、メチルエチルケトン30g、ポリエステル樹脂A 100gを仕込み、30℃にて2時間かけて溶解させた。得られた溶液に、5質量%水酸化ナトリウム水溶液150gを添加し、30分撹拌して、中和度を80モル%とした(工程1)。250rpm(周速80m/分)の撹拌を行いながら、イオン交換水270gを70分かけて添加した(工程2)。ついで30分かけて60℃に昇温させた後、メチルエチルケトンを減圧下で留去した(工程3)。20℃まで冷却後、分散液の固形分濃度を測定し、20質量%になるようにイオン交換水にて調整し、水系分散液を得た。その後、250rpm(周速80m/分)の撹拌を行いながら水系分散液を30℃にした後、オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」(ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、花王(株)製、固形分28質量%)を、ポリエステル樹脂に対する添加量が5質量%となる量で混合し、30分撹拌を続けた(工程4)。その後、1規定の塩酸水溶液を滴下してpHを3に調整し、1時間、250rpm(周速80m/分)の条件にて撹拌した。更に、分散体の固形分濃度を測定し、16質量%になるようにイオン交換水にて調整し、その後1時間撹拌し、ポリエステル樹脂の水系分散体を得た。
上記で得られたポリエステル樹脂の水系分散体300g、着色剤分散液8g、離型剤分散液10g、荷電制御剤分散液2g及び脱イオン水52gを2L容の容器に入れ、カイ型の撹拌機で100rpm(周速31m/分)の撹拌下、20℃で0.2質量%塩化マグネシウム水溶液150gを30分かけて滴下した。その後、撹拌しながら昇温し、50℃になった時点で温度保持した。3時間たった時点で平均粒径が5.0μmに達した。その後、凝集停止剤としてアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」(ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、花王(株)製、固形分28質量%)4.2gを脱イオン水37gで希釈した希釈液を添加した。次いで80℃まで昇温し、80℃になった時点から1時間撹拌して合一粒子を形成させた後、20℃まで徐冷し、150メッシュ(目開き150マイクロメートル)の金網でろ過した後、吸引ろ過を行い、洗浄、乾燥工程を経てトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100質量部に対して、疎水性シリカ「NAX−50」(日本アエロジル(株)製、個数平均粒径40nm)1.0質量部、疎水性シリカ「R972」(日本アエロジル(株)製、個数平均粒径16nm)0.6質量部、酸化チタン「JMT−150IB」(テイカ(株)製、個数平均粒径15nm)0.5質量部を、ST及びA0撹拌羽根を装着した10Lヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製)に投入し、3000rpmにて2分間撹拌して、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1において、樹脂Aを樹脂B、C及びEにそれぞれ変更したこと、及び表2に示す中和度となるように工程1において5質量%水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表2に示す。
実施例1において、樹脂Aを樹脂Dに変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体の作製を試みたが、乳化せず、ポリエステル樹脂の水系分散体を得ることができなかった。
実施例1において、表3に示す中和度となるように工程1において5質量%水酸化ナトリウム水溶液を添加したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表3に示す。
実施例1において、工程4の後、pHを7に調整したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表3に示す。
実施例1において、工程4で添加するオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」の添加量を、ポリエステル樹脂に対する添加量が1.5質量%となる量に変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表3に示す。
実施例1において、工程4で添加するオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」を、オキシエチレン基を有しないアニオン性界面活性剤「エマール0」(ラウリル硫酸ナトリウム、花王(株)製)に変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得た。得られたポリエステル樹脂の水系分散体を用いたこと以外は実施例1と同様にしてトナーの作製を試みたが、凝集せず、トナーを得ることができなかった。
実施例1において、工程4で添加するオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」の添加量を、ポリエステル樹脂に対する添加量が12質量%となる量に変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表3に示す。
実施例1において、工程4で添加するオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤「エマールE−27C」の添加量を、ポリエステル樹脂に対する添加量が0.8質量%となる量に変更したこと以外は実施例1と同様にしてポリエステル樹脂の水系分散体を得、トナーを得た。トナー評価結果を表3に示す。
Claims (4)
- トナー用結着樹脂の水系分散液と界面活性剤との混合物である水系分散体を凝集させて得られた凝集粒子を融着させた粒子を含む電子写真用トナーの製造方法であって、
前記凝集粒子が、離型剤であるワックスを含有し、
前記結着樹脂が、炭素数2以上4以下の脂肪族ジオールを含むアルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステル樹脂を含有し、該ポリエステル樹脂の酸価が5mgKOH/g以上10mgKOH/g以下であり、
前記水系分散体が下記工程1、2、3及び4を経て得られ、
前記界面活性剤が、オキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤であって、工程4におけるポリエステル樹脂に対する界面活性剤の添加量が1質量%以上10質量%以下である、電子写真用トナーの製造方法。
工程1:少なくとも結着樹脂、有機溶剤及び中和剤を混合して、混合物を得る工程。
工程2:工程1で得られた混合物に水を混合して、樹脂分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた樹脂分散液から有機溶剤を除去することにより、結着樹脂の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた水系分散液に界面活性剤を混合する工程。 - 前記のオキシエチレン基を有するアニオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩である、請求項1に記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記水系分散体に含まれる樹脂粒子の体積中位粒径(D50)が90nm以上150nm以下である、請求項1又は2記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記工程4の後の水系分散体のpHが1以上5以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子写真用トナーの製造方法。
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