説明

トナー粒子の製造方法

【課題】湿式で製造されるトナー粒子の製造方法において、重合反応中に超音波を照射し優れた現像性を示すトナーを得る、量産スケールに対応可能なトナー粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】重合性単量体及び着色剤を少なくとも含む重合性単量体組成物を、水系分散媒体中に分散させて得られる分散液中の重合性単量体を重合する工程において、円柱の周方向に凸部を有する超音波を照射するための振動子2を有しており、該凸部が、該円柱に対して同心円を形成する凸部である超音波発生装置1の該振動子を分散液中で振動させる超音波処理を行なうことである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真法、静電記録法、磁気記録法、トナージェット法の如き画像形成方法における静電荷潜像を顕像化するためのトナーに含有されるトナー粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電子写真法は、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙の如き転写材にトナー画像を転写した後、加熱、圧力、加熱圧力或いは溶剤蒸気により定着し、トナー画像を得るものである。
【0003】
近年トナーは、粉砕トナーと湿式で造粒するトナーとに大別されている。粉砕トナーは熱可塑性樹脂中に着色剤を溶融混合し、均一に分散した後、溶融混練物を冷却固化させ、混練物を微粉砕装置により微粉砕し、微粉砕物を分級機により分級して所望の粒径のトナー粒子を得ることにより製造されている。
【0004】
一方、湿式で造粒されるトナーは、小粒径化や、粒度分布のシャープ化が可能であり、さらに離型剤を多量導入するのに有利なために注目されている。それは、電子写真が多くのユーザーから高精細、高画質の画像を求められており、トナーの小粒径化や粒度分布のシャープ化は、その有効な手段となり得るからである。
【0005】
湿式で造粒する具体的なトナー製造方法としては、懸濁重合法、乳化重合法、さらには別途重縮合したポリエステル等を用いる溶解懸濁法等、その他各種重合法トナーの製造方法が提案されている。
【0006】
例えば懸濁重合法では、重合性単量体および着色剤(更に必要に応じて離型剤、重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤その他の添加剤)を分散及び/または溶解せしめて重合性単量体組成物を調製する。この重合性単量体組成物を、液状分散媒体中で各種の造粒装置を用いて所望の粒径を有するトナー粒子を造粒・重合してトナー粒子分散液を得る。その後、濾過・洗浄・乾燥の工程を経て、また必要に応じて分級し、トナー粒子を得る。そして得られたトナー粒子に所定の添加剤を加えることによりトナーを製造している(特許文献1参照)。
【0007】
前述した着色剤等のトナー粒子中での分散状態は、得られたトナーの着色力等の現像性に大きく影響する。そのため、着色剤の分散性や他の成分との相溶性を高めるために、分散機の構成や、カップリング剤の添加の方途が開示されている(特許文献2、3参照)。これらの手法は、着色剤等の分散性の向上や、相溶性の良化という効果を発現し優れた現像性を示すトナーを得ている。しかしながら、これら原材料の分散/溶解工程以降に続く、造粒・重合工程の過程で着色剤の分散性が崩れ、着色剤の再凝集や溶解成分の偏析が起こるため系内の均一性が失われる。このため、昨今求められている画像の高精細、高画質というニーズを十分に満足するものではなく、更なる改良が要求されている。
【0008】
トナー粒子の粒径・粒度分布制御という観点で、界面活性剤の存在下重合反応中に超音波を照射する手法や、重合中の液滴同士の合一を防止するために重合反応中に超音波を照射する方法がある(特許文献4、5参照)。また、重合初期の酸素濃度をコントロールする目的で重合初期に超音波を照射し系内脱酸素を行なう手法も開示されている(特許文献6参照)。これらは得られるトナー粒子の粒度分布をシャープなものとする手法として有効な手段であるが、着色剤等の分散の観点ではなんら検証はなされておらず、画像の高精細、高画質化の観点から更なる技術探究が求められている。
【0009】
一方、トナーの製造方法は一層のコストダウンに対応するため、量産性の向上が要求されている。量産化を目的として実際のプラントで超音波発生装置を使用した場合、大型の超音波発生装置が必要となる。機器が大きくなった場合、超音波発生装置は、その装置特性から電力等の駆動手段から超音波への変換効率が非常に悪くなる。このため、これまでは量産化を目的とした実プラントには超音波発生装置のスケールアップは限られた大きさまでしか行なえなかった。そして、その大きさを超えるスケールアップには、機器を数台並べて量産化に対応するナンバーリングアップと言う手法が取られていた。しかし、このナンバーリングUPの手法では、当然のことながらシステムの大型化によるコストダウンは望めない。つまり初期投資する機器費が高くなり、トナー製法のコストダウンに対応することは困難であった。また前記した特許文献4、5、6に記されたトナーの製造方法には、これらの量産化に対する問題を解決する手段が記されておらず、一層の技術深化が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開昭51−14895号公報
【特許文献2】特開2005−292422号公報
【特許文献3】特開2006−201543号公報
【特許文献4】特開平01−099062号公報
【特許文献5】特開2000−162813号公報
【特許文献6】特開昭63−046474号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明は、上述の如き問題を解決したトナー粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
即ち、本発明は、湿式で製造されるトナー粒子の製造方法において、重合反応中に超音波を照射し優れた現像性を示すトナーを得る、量産スケールに対応可能なトナー粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者等は、鋭意検討の結果、トナー粒子の重合反応中に特殊な超音波発生装置にて超音波を照射すると優れた現像性を示すトナー粒子を得る手法を見出し本発明の完成に至った。つまり、振動子が特殊な構造を有する超音波発生装置を使用した場合、量産スケールの大型機でも電気等の駆動手段を超音波に変換した時の、その変換効率が落ちないことを見出し本発明を完成させた。
【0014】
即ち本発明は、重合性単量体及び着色剤を少なくとも含む重合性単量体組成物を、水系分散媒体中に分散させて得られる分散液中の重合性単量を重合する重合工程を少なくとも含むトナー粒子の製造方法であって、該重合工程において、円柱の周方向に凸部を有する超音波を照射するための振動子を有しており、該凸部が、該円柱に対して同心円を形成する凸部である超音波発生装置の該振動子を分散液中で振動させる超音波処理を行うことを特徴とするトナー粒子の製造方法である。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、湿式で製造されるトナー粒子の製造方法において、重合反応中に超音波を照射し優れた現像性を示すトナー粒子を得る際に、量産スケールに対応可能なトナー粒子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明にかかる超音波発生装置の概略図である。
【図2】本発明にかかる超音波発生装置を組み込んだ循環重合システムの一例である。
【図3】本発明にかかる超音波発生装置を組み込んだ重合システムの他の例である。
【図4】従来の超音波発生装置の概略図である。
【図5】従来の超音波発生装置を組み込んだ循環重合システムの一例である。
【図6】従来の超音波発生装置を組み込んだ重合システムの一例である。
【図7】従来の超音波発生装置を複数台直列に配した重合システムの一例である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
図1は本発明に用いられる超音波発生装置の概略図である。図2及び図3は、該超音波発生装置を用いた造粒システムの好適な例である。しかしながら、本発明はこれらに限定される訳ではない。以下、本発明について詳細に説明する。
【0018】
図2及び3に示す重合システムにおいて、予め調製した重合性単量体及び着色剤を少なくとも含む重合性単量体組成物を、記載されている造粒工程で水系分散媒体中に分散させ重合性単量体組成物の分散液を得る。この分散液を配管18を介して重合タンク9へ移送し撹拌翼7で撹拌する。重合タンク9内で重合性単量体組成物分散液中の重合性単量体を重合させる重合工程を進行させる。該重合工程中に超音波発生装置1により超音波を照射する。これによって、重合性単量体組成物の分散液滴中の着色剤が再分散される。
【0019】
図1に示す本発明に好適に用いられる超音波発生装置1は、円柱の周方向に凸部を有する超音波を照射するための超音波振動子2を有しており、該凸部が該円柱に対して同心円を形成する凸部であり、該凸部の上面及び底面が超音波照射部3という装置である。また、超音波振動子2の該凸部は該円柱の高さ方向に複数具備されるという特殊な構造を有している。従来、図4に示すように超音波発生装置13は、振動子14の円筒底部に超音波照射部17を有する構造で、局所的に超音波を発生させていた。このような構造の超音波発生装置から大きな超音波を出力しようとすると、単位面積あたりの超音波出力が大きく局所的に超音波を発生させる必要があるため出力ロスが生じる。この大きな出力ロスは、大型機の製造を困難としたり、大型機を製造したとしても超音波駆動力(例えば電気)を超音波に変換する効率を悪化させていた。つまり、本発明にかかる超音波発生装置1は、特殊な超音波照射部3を具備しているために、広範囲から超音波照射を行うことができる。この結果、超音波駆動力(例えば電気)を超音波に変換する効率を良化させ、量産化に対応可能な大型機の製造を可能にしている。このように図1に示す特殊超音波照射部3を具備した大型の超音波発生装置により超音波を照射された重合性単量体組成物の分散液滴は着色剤の再分散が進み優れた現像性を示すトナー粒子を得ることができる。
【0020】
この重合システムにおいて、超音波発生装置の周波数、振幅、駆動動力、撹拌回転数は変更可能であり、重合性単量体組成物の粘度や最終的に所望するトナー粒子の性能等より適宜好ましい条件を設定することが出来る。さらに、超音波の照射方法は重合性単量体組成物の粘度や重合速度等に合わせ任意に設定することが可能であり、一定の時間連続して照射してもよく、照射、非照射を任意の間隔で繰り返しても良い。また、この重合システムでは通常ある一定の温度で重合を行う為に、重合タンクをジャケット構造(図示せず)とし、かかるジャケット内に温水或いは蒸気、必要に応じて冷水等を流し、容器内の温度制御を行うのが好ましい。また本発明において超音波発生装置の駆動時に発熱を伴うことがあるが、該発熱を有効活用して上記温度制御に用いても良い。その重合が完結した粒子は、後工程に送られ、濾過、洗浄、必要に応じて分級等を経てトナー粒子となる。
【0021】
図2は、図1に示す本発明にかかる超音波発生装置1を循環重合システムに組み込んだ一例である。図2において、予め調製した重合性単量体及び着色剤を少なくとも含む重合性単量体組成物を、記載されている造粒工程で水系分散媒体中に分散させ重合性単量体組成物の分散液を得る。この分散液を配管18を介して重合タンク9へ移送し撹拌翼7で撹拌しながら重合工程を進行させる。重合性単量体の重合中、重合タンク9内の分散液の一部をポンプ10を駆動させ圧力計5b、温度計4b、超音波処理室19、温度計4a、圧力計5a、背圧弁20、循環排出口6の順序で循環ライン12中を循環させ超音波発生装置1を起動する。
【0022】
前記したように、分散液を収容する重合タンク外部に具備された超音波発生装置1は、特殊な超音波照射部3を有している。一方、図7には従来の超音波発生装置13を量産対応の循環重合システムに組み込む場合の例が提示されている。従来、大型の超音波発生装置の製造が困難であると言う理由から図7に示すように複数台の超音波発生装置を直列して量産対応を行っていた。この方法であると多数の超音波発生装置13を設置する必要があり、初期投資が大きくなるばかりか、メンテナンスにおいても複数台それぞれに注意を払う必要があり、多くの労力をかけていた。
【0023】
これに対して、本発明にかかる超音波発生装置1は、特殊な超音波照射部3を具備しているために、量産化に対応可能な大型機の製造が可能である。つまり、量産対応の循環重合システムに組み込む場合、図2に示すように、最低限の超音波発生装置台数(図2では1台の例)でシステムを組むことが可能である。
【0024】
このように図2に示すシステムにより超音波を照射された重合性単量体組成物の分散液滴は単量体の重合中に着色剤の再分散が進み、優れた現像性を示すトナー粒子を得ることができる。この循環重合システムにおいて、超音波発生装置の周波数、駆動動力、撹拌回転数、ポンプ吐出量、循環圧力は変更可能であり、着色剤含有重合性単量体組成物の粘度や最終的に所望する粒子径等により適宜好ましい条件を用いることが出来る。
【0025】
また、この循環重合システムでは、通常ある一定の温度で重合を行う為に、重合タンク9や超音波処理室をジャケット構造(図示せず)とし、かかるジャケット内に温水或いは蒸気、必要に応じて冷水等を流し、容器内の温度制御を行うのが好ましい。また、循環配管を保温材で覆ったり、ジャケット構造(共に図示せず)にしたりして温度制御を行っても良い。更に前記した超音波発生装置の発熱を上記温度制御に用いても良い。その後重合が完結した粒子は、後工程に送られ、濾過、洗浄、必要に応じて分級等を経てトナー粒子となる。
【0026】
また、この循環重合システムを組む場合、循環排出口6が重合タンク9内の該重合性単量体組成物の分散液中にあることが好ましい。循環排出口が該分散液外に配されていると、循環ライン12中を通った分散液が循環排出口から排出される際、分散液に重合タンク9内の気体を巻き込むことになる。この気体は分散液への超音波照射効率を悪化させるため好ましくない。
【0027】
また、超音波発生装置1台当たりの出力をA(W)、超音波発生装置1台当たりの超音波照射部面積をB(cm2)とした時、A≧2000かつ、A/Bが25≦A/B≦70の範囲であることが好ましい。A<2000であると前述したような小型機となり、量産化には多くの超音波発生装置が必要となり、好ましくない。更にA/B<25であると所望の分散能力が得られず、得られるトナー粒子中の顔料の分散が不十分となり顔料が偏在することになる。また、A/B>70であると、前述したように局所的に超音波出力を行うことになり、(例えば電気)駆動手段からの超音波発生効率が悪くなり、量産化に対応できる大型装置には好ましくない。
【0028】
重合工程において、重合性単量体組成物の分散液の総液量V(l)、該分散液の循環流量C(l/min)、超音波処理時間T(min)とした時、C・T/V≧2であることが好ましい。C・T/V<2の場合、超音波照射室に送られず未処理の重合性単量体組成物の分散液が相当量残存することになる。この未処理の分散液から生成されたトナー粒子は顔料の分散がなされていないため着色力が低くなる。この結果、得られるトナー粒子全体の中に着色力の低いトナー粒子が含まれることなり、トナーとしての性能低下に繋がるため好ましくない。
【0029】
また、少なくとも分散液中の重合性単量体の転化率が15%以上80%以下の範囲内で超音波処理し、かつ、前記転化率範囲内での超音波処理時間t(min)が30≦tの範囲内であることが好ましい。転化率が15%未満で超音波で照射する場合、重合性単量体の液滴が不安定であるため、重合性単量体組成物の分散液滴の一部が過分散され所望の粒径より小さい所定外粒子が発生し粒度分布がブロードになる。この所定外粒子は現像性を悪化させる。また、後工程で分級により所定外粒子を除去することで現像性は幾分良化するものの、通常の分級と比べ収率の低下は避けられないため好ましくない。転化率が80%を超える場合、重合性単量体のポリマー化が進んでいるため、重合性単量体組成物の分散液滴内のポリマーが着色剤の分散を阻害するため、超音波照射による着色剤再分散性を低下させる。以上のことから、転化率が15%以上80%以下の範囲内で超音波を照射することが効果的であり望ましい。また、前記転化率範囲内での超音波照射時間が30分未満の場合、超音波照射によるトナー粒子中の顔料分散性向上効果が十分得られない。
【0030】
超音波照射時の重合性単量体組成物の分散液に圧力をかけても良く、この時の圧力P(kPa)は5≦P≦400の範囲内であることが望ましい。該圧力が5kPaよりも小さい場合、超音波照射によるエネルギーが重合性単量体組成物の分散液滴に伝わりにくくなる。該圧力が400kPaより大きい場合、超音波照射により発生するキャビテーションが起こりにくくなる。このため、生成するトナー粒子中の顔料分散状態が低下するため、該圧力は5≦P≦400の範囲内であることが望ましい。
【0031】
重合性単量体組成物中の重合性単量体の重合反応を開始させるために重合開始剤を使用する場合、重合性単量体組成物の分散液を作成した後に加えることが望ましい。重合性単量体組成物の分散液形成以前に重合開始剤を添加して重合工程で超音波処理すると得られるトナー粒子の粒度分布がブロード化するため好ましくない。一方、重合性単量体組成物の分散液を作製した後に重合開始剤を添加したものはシャープである。分散液作製後に重合開始剤を添加すると、重合性単量体組成物の分散液滴の外側より開始剤が作用する。このため、分散液滴の外側から重合性単量体の重合が進み液滴の安定性が増し、超音波照射によっても粒度分布が崩れにくいと推察される。
【0032】
本発明のトナー粒子の製造方法は、磁性トナー粒子の製造方法にも好ましく用いることができる。例えば懸濁重合法を用いる湿式造粒法において、磁性トナー粒子を製造する場合に使用される磁性体について、以下に説明する。
【0033】
磁性トナーに使用される磁性体は、その表面が疎水化されていることが好ましい。磁性体を疎水化する際には、水系媒体中で、磁性体粒子を一次粒子となるよう分散しつつカップリング剤を加水分解しながら表面処理する方法を用いることが非常に好ましい。この疎水化処理方法は、気相中で処理するより磁性体粒子同士の合一が生じにくく、また疎水化処理による磁性体粒子間の帯電反発作用が働くため、磁性体はほぼ一次粒子の状態で表面処理される。
【0034】
カップリング剤を水系媒体中で加水分解しながら磁性体表面を処理する方法は、クロロシラン類やシラザン類のようにガスを発生するようなカップリング剤を使用する必要がない。また、これまで気相中では磁性体粒子同士が合一しやすくて、良好な処理を施すことが困難であった高粘性のカップリング剤も使用できるようになるため、疎水化の効果は絶大である。
【0035】
本発明に係わる磁性体の表面処理において使用できるカップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。
【0036】
また磁性体は、トナー粒子に含有される着色剤としても好適に用いることができるが、本発明で製造されるトナーに好適に用いることのできる上記磁性体以外の着色剤として、カーボンブラック及び以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤が挙げられる。
【0037】
イエロー色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができる。具体的には、顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、17、23、62、65、73、74、81、83、93、94、95、97、98、109、110、111、117、120、127、128、129、137、138、139、147、151、154、155、167、168、173、174、176、180、181、183、191及びC.I.バットイエロー1、3、20等。染料としては、C.I.ソルベントイエロー19、44、77、79、81、82、93、98、103、104、112、162等が挙げられる。これらのものが単独で或いは2以上併用して用いられる。
【0038】
マゼンタ色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができる。具体的には、顔料としては、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,21,22,23,30,31,32,37,38,39,40,41,48,48;2、48;3、48;4、49,50,51,52,53,54,55,57,57;1、58,60,63,64,68,81,81;1、83,87,88,89,90,112,114,122,123,144、146,150,163,166,169,177,184,185,202,206,207,209,220,221,238、254等、C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1,2,10,13,15,23,29,35等。染料としては、C.I.ソルベントレッド1,3,8,23,24,25,27,30,49,52,58,63,81,82,83,84,100,109,111,121,122等、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27等、C.I.ディスパースバイオレット1等の油溶染料、C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40等、C.I.ベーシックバイオレット1,3,7,10,14,15,21,25,26,27,28等の塩基性染料等が挙げられる。これらのものが単独で或いは2以上併用して用いられる。
【0039】
シアン色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができ、具体的には、顔料としては、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66等、C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45。染料としては、C.I.ソルベントブルー25、36、60、70、93、95等が挙げられる。これらのものが単独で或いは2以上併用して用いられる。
【0040】
これらの着色剤は、単独で又は2種以上を混合し、また更には固溶体の状態で用いることができる。本発明の着色剤は、色相角、彩度、明度、耐侯性、OHP透明性及びトナー中への分散性の点から選択される。例えば懸濁重合法による湿式造粒法の場合、着色剤の添加量は、樹脂100質量部に対して1乃至20質量部が用いられる。
【0041】
本発明で製造されるトナー粒子は離型剤を含有していても良い。本発明においてトナー粒子に使用可能な離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等の石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレンに代表されるポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックス等天然ワックス及びその誘導体などで、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。更には、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸、或いはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックスなども使用できる。
【0042】
離型剤として使用できるワックスの具体的な例としては、ビスコール(登録商標)330−P、550−P、660−P、TS−200(三洋化成工業社);ハイワックス400P、200P、100P、410P、420P、320P、220P、210P、110P(三井化学社);サゾールH1、H2、C80、C105、C77(シューマン・サゾール社);HNP−1、HNP−3、HNP−9、HNP−10、HNP−11、HNP−12、HNP−51(日本精鑞株式会社);ユニリン(登録商標)350、425、550、700、ユニシッド(登録商標)、ユニシッド(登録商標)350、425、550、700(東洋ペトロライト社);木ろう、蜜ろう、ライスワックス、キャンデリラワックス、カルナバワックス(株式会社セラリカNODAにて入手可能)等が挙げられる。
【0043】
本発明に用いられるトナー粒子には、荷電制御剤を配合しても良い。荷電制御剤としては、公知のものが利用できる。更に、例えば懸濁重合法による湿式造粒法の場合、トナー粒子を製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。具体的な化合物としては、ネガ系荷電制御剤としてサリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の如き芳香族カルボン酸の金属化合物、アゾ染料或いはアゾ顔料の金属塩または金属錯体、スルフォン酸又はカルボン酸基を側鎖に持つ高分子型化合物、ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーン等が挙げられる。ポジ系荷電制御剤としては四級アンモニウム塩、前記四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物等が挙げられる。
【0044】
荷電制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法とトナー粒子に外部添加する方法とがある。これらの荷電制御剤の使用量としては、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、内部添加する場合は、好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1乃至10質量部、より好ましくは0.1乃至5質量部の範囲で用いられる。また、外部添加する場合、トナー粒子100質量部に対し好ましくは0.005乃至1.0質量部、より好ましくは0.01乃至0.3質量部である。
【0045】
本発明において例えば懸濁重合法による湿式造粒法の場合、トナーに含有される重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
【0046】
重合性単量体としては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレン等のスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸エステル類;その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等の単量体が挙げられる。
【0047】
本発明のトナーの製造方法において例えば懸濁重合法による湿式造粒法の場合、重合性単量体に樹脂を添加して重合しても良い。単量体では水溶性のため水性懸濁液中では溶解して乳化重合を起こすため使用できないアミノ基、カルボン酸基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基等、親水性官能基含有の単量体成分をトナー中に導入したいときに適用できる。即ち、これらの基とスチレン又はエチレン等のビニル化合物とのランダム共重合体、ブロック共重合体、或いはグラフト共重合体等の共重合体の形で、或いはポリエステル、ポリアミド等の重縮合体の形で、或いはポリエーテル、ポリイミン等の重付加重合体の形で使用が可能となる。
【0048】
また、上記以外の樹脂を単量体系中に添加しても良く、用いられる樹脂としては、例えば、ポリスチレン、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−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−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、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の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、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、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、芳香族系石油樹脂などが単独で又は混合して使用できる。
【0049】
これら樹脂の添加量としては、単量体100質量部に対し1乃至20質量部が好ましい。1質量部未満では添加効果が小さく、一方20質量部より多く添加すると重合トナーの種々の物性設計が難しくなるためである。
【0050】
更に、単量体を重合して得られるトナーの分子量範囲とは異なる分子量の重合体を単量体中に溶解して重合しても良い。
【0051】
本発明のトナーの製造方法において、重合性単量体の重合反応を開始させるために重合開始剤を使用する場合は、重合反応時に半減期0.5乃至30時間であるものを、重合性単量体100質量部に対し0.5乃至20質量部の添加量で重合反応を行うと、分子量1万乃至10万の間に極大を有する重合体を得ることができ、トナーに望ましい強度と適当な溶融特性を与えることが出来る。重合開始剤としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート等の過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
【0052】
本発明のトナーを製造する際は、架橋剤を添加しても良く、好ましい添加量は重合性単量体100質量部に対して0.001乃至15質量部である。
【0053】
ここで架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられる。例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等のような芳香族ジビニル化合物;例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート等のような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホン等のジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物;が単独で又は2種以上の混合物として用いられる。
【0054】
懸濁重合法による一般的なトナー製造方法について説明する。
【0055】
まず、重合性単量体中に顔料、離型剤、可塑剤、荷電制御剤、架橋剤等トナーとして必要な成分及びその他の添加剤、例えば、高分子重合体等を適宜加えて、均一に溶解または分散させて着色剤含有重合性単量体組成物を得る。この時、必要に応じて温調操作を行っても良い。この着色剤含有重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中で懸濁し造粒する。本発明の特徴は、この懸濁を行う手段として量産化が可能な大型の超音波装置を使用することである。
【0056】
このとき着色剤含有重合性単量体組成物の造粒を行うと同時に、又は造粒を行った後、重合開始剤を添加して上記組成物の重合を行う(重合工程)。重合開始剤添加の具体的な時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時と同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に添加混合しても良い。また、造粒直後、重合反応を開始する前、重合反応中に追加の重合性単量体或いは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることも出来る。
【0057】
造粒後は、温調を行いながら通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持され且つ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。
【0058】
このトナー粒子を製造するための分散安定剤として公知の界面活性剤や有機・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は有害な超微粉を生じ難く、その立体障害性により分散安定性を得ているので反応温度を変化させても安定性が崩れ難いため好ましい。こうした無機分散剤の例としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛等の燐酸多価金属塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機塩;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の無機水酸化物;シリカ、ベントナイト、アルミナ等の無機酸化物が挙げられる。
【0059】
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して、0.2乃至20質量部を単独で使用することが望ましいが、0.001乃至0.1質量部の界面活性剤を併用しても良い。
【0060】
界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等が挙げられる。
【0061】
これら無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用しても良いが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中で前記無機分散剤粒子を生成させて用いることが出来る。例えば、燐酸カルシウムの場合、超音波照射下もしくは撹拌下、更にもしくは超音波照射下かつ撹拌下で燐酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性の燐酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。
【0062】
この時、同時に水溶性の塩化ナトリウム塩が副生するが、水系媒体中に水溶性塩が存在すると、重合性単量体の水への溶解が抑制されて、乳化重合に依る超微粒トナーが発生し難くなるので、より好都合である。無機分散剤は、重合終了後に酸又はアルカリで溶解して、濾過、洗浄等の次工程によりほぼ完全に取り除くことが出来る。
【0063】
前記重合工程においては、重合温度は40℃以上、一般には50乃至90℃の温度に設定して重合を行う。この温度範囲で重合を行うと、内部に封じられるべき離型剤やワックスの類が、相分離により析出して内包化がより完全となる。また、残存する重合性単量体を消費するために、重合反応終期ならば、反応温度を90乃至150℃にまで上げることは可能である。重合反応の終了後、得られたトナー粒子分散液は、適当な固液分離装置、好ましは、ベルトフィルターにて濾過、洗浄した後、適当な乾燥装置によって乾燥する。
【0064】
一般的に得られたトナー粒子は分級工程において所望の粒径範囲外の粗粉や微粉が除去され、トナー粒子が得られる。なお、分級工程は従来トナーの製造に用いられる公知の方法により行うことができ、特に限定されない。分級工程を経て得られたトナー粒子に無機微粉体等の外添剤を混合して該トナー粒子表面に付着させることによって、トナーを得ることができる。
【0065】
本発明においては、製造工程から分級工程を省き直接トナーを得ることも、また更に高精度な分級工程を行って、精度良く粗粉や微粉をカットすることも、望ましい形態の一つである。
【0066】
本発明において、トナーには上記外添剤のうち流動化剤として個数平均一次粒子径が4乃至80nmの無機微粒子が添加されることも好ましい形態である。
【0067】
本発明で用いられる無機微粒子としては、シリカ,アルミナ,酸化チタンなどが使用できる。例えば、ケイ酸微粉体としてはケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能であるが、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3-等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム,塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、それらも包含する。
【0068】
平均一次粒径が4乃至80nmの無機微粒子の添加量は、トナー母粒子に対して0.1乃至3.0質量%であることが好ましい。添加量が0.1質量%未満ではその効果が十分ではなく、3.0質量%より多いと定着性が悪くなることがある。なお、無機微粉末の含有量は、蛍光X線分析を用い、標準試料から作成した検量線を用いて定量できる。
【0069】
無機微粒子は、疎水化処理されたものであることが高温高湿環境下での特性から好ましい。疎水化処理の処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機硅素化合物、有機チタン化合物の如き処理剤を単独で或いは併用して用いても良い。無機微粒子の処理方法としては、例えば第一段反応としてシリル化反応を行ってシラノール基を化学結合により消失させた後、第二段反応としてシリコーンオイルにより表面に疎水性の薄膜を形成する方法が挙げられる。
【0070】
上記シリコーンオイルは、25℃における粘度が10乃至200,000mm2/sのものが、更には3,000乃至80,000mm2/sのものが好ましい。10mm2/s未満では、無機微粒子に安定性が無く、熱および機械的な応力により画質が劣化する傾向がある。200,000mm2/sを超える場合は、均一な処理が困難になる傾向がある。
【0071】
使用されるシリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等が特に好ましい。
【0072】
シリコーンオイルの処理の方法としては、例えばシラン化合物で処理された無機微粒子とシリコーンオイルとをFMミキサ等の混合機を用いて直接混合してもよいし、無機微粒子にシリコーンオイルを噴霧する方法を用いてもよい。或いは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解或いは分散させた後、無機微粒子を加えて混合し溶剤を除去する方法でもよい。無機微粒子の凝集体の生成が比較的少ない点で噴霧機を用いる方法がより好ましい。
【0073】
シリコーンオイルの処理量は無機微粒子100質量部に対し1乃至40質量部、好ましくは3乃至35質量部が良い。
【0074】
本発明で用いられるシリカは、トナーに良好な流動性を付与させる為に、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が20乃至350m2/gの範囲内のものが好ましく、25乃至300m2/gのものがより好ましい。
【0075】
比表面積はBET法に従って、比表面積測定装置オートソーブ1(湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて比表面積を算出する。
【0076】
また、本発明のトナーは、クリーニング性向上等の目的で、更に一次粒径が30nmを超える、より好ましくは一次粒径が50nm以上の無機又は有機の球状に近い微粒子を、外添剤としてトナー粒子に添加して含有することも好ましい形態のひとつである。この無機又は有機の微粒子は比表面積が50m2/g未満(より好ましくは比表面積が30m2/g未満)のものを好ましく用いることができる。このような微粒子として、例えば球状シリカ粒子、球状ポリメチルシルセスキオキサン粒子、球状樹脂粒子等が好ましく用いられる。
【0077】
本発明に用いられるトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の外添剤をトナー粒子に添加して用いることができる。例えば、ポリフッ化エチレン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末などの滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤;ケーキング防止剤などが挙げられる。また、逆極性の有機微粒子又は無機微粒子を現像性向上剤として少量用いることもできる。これらの外添剤も表面を疎水化処理して用いることが可能である。
【0078】
本発明において製造し得るトナーは、一成分現像剤として使用できる。例えば、一成分系現像剤として、磁性体をトナー中に含有する重合トナーの場合には、現像スリーブ中に内蔵されたマグネットを利用し、重合トナーを搬送及び帯電する方法がある。しかし、必ずしも上記のような一成分現像剤に限られる必要はなく、二成分現像剤として用いても良い。
【0079】
二成分系現像剤として用いる場合には、上記トナーと共に磁性キャリアを用いる。磁性キャリアは、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガン、クロムから選ばれる元素が単独で又は複合フェライト状態で用いられる。磁性キャリアの形状としては、球状、扁平又は不定形がある。更に磁性キャリア粒子表面状態の微細構造(例えば表面凹凸性)をもコントロールすることが好ましい。一般的には、上記無機酸化物を焼成、造粒することにより、予め磁性キャリアコア粒子を生成した後、このキャリアコア粒子を樹脂でコーティングする方法が用いられている。磁性キャリアのトナーへの負荷を軽減する目的から、無機酸化物と樹脂を混練後、粉砕、分級することにより低密度分散キャリアを得る方法や、無機酸化物とモノマーとの混練物を直接水系媒体中にて懸濁重合させて真球状の磁性キャリアを得る方法も利用することが可能である。
【0080】
これらのうち、上記キャリアコア粒子の表面を樹脂で被覆してなる被覆キャリアが特に好ましい。キャリアコア粒子の表面を樹脂で被覆する方法としては、樹脂を溶剤中に溶解又は懸濁して塗布することによりキャリアコアに付着させる方法、又は単に樹脂粉体とキャリアコア粒子とを混合して付着させる方法が適用できる。
【0081】
本発明で用いられるトナーと磁性キャリアとを混合して二成分現像剤を調製する場合、その混合比率は現像剤中のトナー濃度が2乃至15質量%、好ましくは4乃至13質量%であると通常良好な結果が得られる。
【0082】
本発明で用いるトナーの粒度分布の測定及び個数変動係数の算定について述べる。
【0083】
<重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
【0084】
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
【0085】
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行なった。
【0086】
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
【0087】
前記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
【0088】
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、前記専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)であり、前記専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
【0089】
<個数変動係数の算出方法>
上記個数分布における変動係数は下記式から算出される。
変動係数(%)=[S/D1]×100
[式中、Sはトナー粒子の個数分布における標準偏差を示す。]
個数変動係数:22%未満 A 非常に良好
:22%以上26%未満 B 良好
:26%以上30%未満 C 普通
:30%以上 D 悪い
【0090】
<転化率の算出方法>
本発明では、重合性単量体組成物中のスチレンモノマーの残量から転化率を算出した。
【0091】
重合性単量体組成物中の残留スチレンモノマーの定量は、ガスクロマトグラフィー(GC)により、以下のようにして測定する。
【0092】
トナー約1000mgを精秤しサンプルビンに入れる。これに精秤した約15gのアセトンを加えてフタをした後、よく混合し、発振周波数42kHz、電気的出力125Wの卓上型超音波洗浄器(例えば、商品名「B2510J−MTH」、ブランソン社製)にて超音波を30分間照射する。その後、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)を用いて濾過を行い、濾液2μlをガスクロマトグラフィーで分析する。そして、予めスチレンを用いて作成した検量線により、残留スチレンモノマーの残存量を算出する。
【0093】
測定装置及び測定条件は、下記の通りである。
GC:HP社 6890GC
カラム:HP社 INNOWax(200μm×0.40μm×25m)
キャリアーガス:He(コンスタントプレッシャーモード:20psi)
オーブン:(1)50℃で10分ホールド、(2)10℃/分で200℃まで昇温、(3)200℃で5分ホールド
注入口:200℃、パルスドスプリットレスモード(20→40psi、until0.5分)
スプリット比:5.0:1.0
検出器:250℃(FID)
【0094】
<画像評価>
・評価方法
市販のLBP−3700(キヤノン株式会社製)を評価機とした。また、その市販のシアンカートリッジから製品トナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、トナー規制部材の表面にラミネートされている樹脂フィルムを剥がし、トナー担持体を適宜付け替え、本発明のトナーを100g充填し、その他のマゼンタ、イエロー、ブラックのカートリッジについては製品トナーを抜いて各ステーションに挿入して評価した。
・画濃濃度
H/H(30℃,80%RH)環境下、及びL/L(15℃,10%RH)環境下にて、Xx75g/m2紙を用いて2%の印字比率の画像を10,000枚までプリントアウトする画出し試験において、耐久評価終了時にベタ画像を出力し、その濃度を測定することにより評価した。尚、画像濃度は「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定した。
A:非常に良好 1.40以上
B:良好 1.25以上、1.40未満
C:普通 1.10以上、1.25未満
D:悪い 1.10未満
【実施例】
【0095】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これらは本発明をなんら限定するものではない。
【0096】
〔実施例1〕
スチレン単量体100質量部に対して、C.I.Pigment Blue15:3を15質量部、3,5−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミ化合物〔ボントロンE88(オリエント化学工業社製)〕を3.0質量部用意した。これらを、分散タンクに導入しプロペラ翼にて撹拌し混合液を調製した。調製した混合溶液の一部を順次循環ポンプにてメディア分散方式の分散機SC100(日本コークス工業社製)に送液し分散処理した。SC100にて分散処理した混合液は分散タンクに戻し、120分循環させ顔料分散液を得た。この時のSC100の運転条件は以下の通りである。
・回転ロータ周速 :13m/s
・メディア径 :0.5mmビーズ(材質:ジルコニア)
・メディア充填率 :95%
・背圧 :0.1MPa
・循環流量 :10L/min
イオン交換水710質量部に0.1mol/リットル−Na3PO4水溶液450質量部を造粒タンクに投入し、撹拌しながら60℃に加温した後、1.0mol/リットル−CaCl2水溶液67.7質量部を添加してリン酸カルシウム化合物を含む水系媒体を得た。
【0097】
一方
・顔料分散液 40質量部
・スチレン単量体 27.5質量部
・n−ブチルアクリレート単量体 18.5質量部
・低分子量ポリスチレン 19質量部
(Mw=3,000、Mn=1,050、Tg=55℃)
・炭化水素系ワックス 9質量部
(フィッシャートロプシュワックス、最大吸熱ピーク=80℃、Mw=750)
・ポリエステル樹脂 5質量部
(ビスフェノールA−プロピレンオキサイド2モル付加物:テレフタル酸=1:1の重縮合物、Tg=65℃、Mw=10,000、Mn=6,000)
・ジビニルベンゼン 0.01質量部
上記処方を撹拌しながら60℃に加温し、均一に溶解・分散し重合性単量体組成物を調整した。
【0098】
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで25分間撹拌し重合性単量体組成物を造粒し重合性単量体組成物の分散液を調製した。
【0099】
この分散液を図2に示す循環重合システムの重合タンクに導入しフルゾーン撹拌翼(神鋼パンテック社製)で撹拌しつつ重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの70%トルエン溶液10質量部を添加した。その後、67℃に昇温した。重合開始剤添加30分後、該分散液を順次ポンプにて超音波処理室へ送液し超音波発生装置(A=2000W、A/B=42)を起動し超音波処理を行った。この時の超音波処理後の分散液は重合タンク内の分散液中に設置された循環排出口より重合タンクへ戻した。この時圧力計5は200kPaを示し、C・T/V=6となるように調整した。この循環重合システムでの超音波処理を50分行った後、超音波発生装置を停止した(分散液の循環は引き続き継続した)。このときの、超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。
【0100】
重合転化率が90%に達したところで、0.1mol/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して水系分散媒体のpHを9に調整した。更に昇温速度40℃/hで80℃に昇温し4時間反応させた。
【0101】
重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去した。この時測定したトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数を表2に示した。冷却後、塩酸を加えpHを1.4にし、6時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解した。濾過・水洗を行った後、40℃にて12時間乾燥し、シアン色のトナー粒子を得た。
【0102】
このトナー粒子100質量部に対し、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体1.0質量部(数平均一次粒子径:7nm)、ルチル型酸化チタン微粉体0.15質量部(数平均一次粒子径:30nm)をFMミキサFMミキサ(日本コークス工業社製)で5分間乾式混合してトナーを得た。得られたトナーの画像評価結果を表1に示す。
【0103】
〔実施例2〕
重合性単量体組成物の分散液の調製までは実施例1と同様の手順で行った。
【0104】
調製した分散液を図3に示す重合システムの重合タンクに導入しフルゾーン撹拌翼(神鋼パンテック社製)で撹拌しつつ重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの70%トルエン溶液10質量部を添加した。その後、67℃に昇温した。重合開始剤添加30分後、超音波発生装置(A=2000W、A/B=42)を起動し超音波処理を行った。この重合システムでの超音波処理を50分行った後、超音波発生装置を停止した。このときの、超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。
【0105】
重合転化率が90%に達したところで、0.1mol/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して水系分散媒体のpHを9に調整した。更に昇温速度40℃/hで80℃に昇温し4時間反応させた。
【0106】
重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去した。この時測定したトナー粒子の粒度分布を表2に示した。冷却後、塩酸を加えpHを1.4にし、6時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解した。濾過・水洗を行った後、40℃にて12時間乾燥し、シアン色のトナー粒子を得た。
【0107】
このトナー粒子100質量部に対し、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体1.0質量部(数平均一次粒子径:7nm)、ルチル型酸化チタン微粉体0.15質量部(数平均一次粒子径:30nm)をFMミキサ(日本コークス工業社製)で5分間乾式混合して、本発明のトナーを得た。得られたトナーの画像評価結果を表1に示す。
【0108】
〔実施例3〕
超音波発生装置1台当たりの出力A(W)/振動照射部面積B(cm2)が80となる振動子を使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0109】
〔実施例4〕
超音波発生装置1台当たりの出力A(W)/振動照射部面積B(cm2)が70となる振動子を使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0110】
〔実施例5〕
超音波発生装置1台当たりの出力A(W)/振動照射部面積B(cm2)が25となる振動子を使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0111】
〔実施例6〕
超音波発生装置1台当たりの出力A(W)/振動照射部面積B(cm2)が15となる振動子を使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0112】
〔実施例7〕
出力Aが1600Wの超音波発生装置を使用し、超音波発生装置1台当たりの出力A(W)/振動照射部面積B(cm2)が19となる振動子を使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0113】
〔実施例8〕
分散液の循環流量C(l/min)×超音波処理時間T(min)/分散液の総液量V(l)
の値が2となるように循環流量を調整した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0114】
〔実施例9〕
重合開始剤の添加と同時に分散液の循環及び超音波照射の照射を行い、40分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始から15分経過した時点での転化率が15%であった。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0115】
〔実施例10〕
重合開始剤添加後、100分経過時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、45分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始から118分経過した時点での転化率が80%であった。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0116】
〔実施例11〕
重合開始剤の添加と同時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、15分間超音波処理を行い、分散液の循環流量C(l/min)×超音波処理時間T(min)/分散液の総液量V(l)の値が2.3となるように循環流量を調整した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0117】
〔実施例12〕
重合開始剤添加後、140分経過時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、50分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0118】
〔実施例13〕
重合開始剤添加後、17分経過時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、30分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0119】
〔実施例14〕
重合開始剤添加後、90分経過時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、30分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0120】
〔実施例15〕
水系媒体中に別途調製した重合性単量体組成物を投入し、65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで撹拌し、撹拌開始から15分経過後重合開始材を添加した。重合開始剤添加後、さらに10分間撹拌し重合性単量体組成物を造粒し重合性単量体組成物の分散液を調製した。さらに、前記方法で調製した分散液の重合タンクへの導入完了後、5分撹拌した後分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し50分間超音波処理を行った以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。
【0121】
超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。
【0122】
残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0123】
〔実施例16〕
背圧弁の開度を調整し圧力計の指示値を400kPaとした以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0124】
〔実施例17〕
背圧弁の開度を調整し圧力計の指示値を5kPaとした以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0125】
〔実施例18〕
循環排出口を重合タンクの気相部に設置し、超音波処理した分散液を該気相部に排出した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0126】
〔実施例19〕
水系媒体中に別途調整した重合性単量体組成物を投入し、65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで撹拌し、撹拌開始から15分経過後重合開始材を添加した。重合開始剤添加後、さらに10分間撹拌し重合性単量体組成物を造粒し重合性単量体組成物の分散液を調整した。また、重合開始剤添加後、150分経過時に分散液の循環及び超音波照射の照射を開始し、50分間超音波処理を行った。この時、背圧弁の開度を調整し圧力計の指示値を5kPaとし、
分散液の循環流量C(l/min)×超音波処理時間T(min)/分散液の総液量V(l)
の値が1.5となるように設定した以外は、実施例18と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。
【0127】
超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0128】
〔比較例1〕
図4に示した形状の超音波発生装置(A=2000W、A/B=100)を図5に示す循環重合システムに組み込み使用した以外は、実施例1と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0129】
〔比較例2〕
図4に示した形状の超音波発生装置(A=2000W、A/B=100)を図6に示す重合システムに組み込み使用した以外は、実施例2と同様の条件、方法によりトナー粒子製造し、実施例1と同様の方法によりトナーを得た。超音波照射開始時および終了時の転化率、転化率15%から80%超音波処理時間t(min)を表1に記載した。残存モノマーを留去した時点でのトナー粒子の重量平均粒径(D4)と個数変動係数、及び、得られたトナーの画像評価結果を表2に示した。
【0130】
【表1】

【0131】
【表2】

【符号の説明】
【0132】
1 本発明に適した超音波発生装置、2 本発明に適した超音波振動子、3 本発明に適した超音波照射部、4a、4b 温度計、5a、5b 圧力計、6 循環排出口、7 撹拌翼、8 撹拌モーター、9 重合タンク、10 ポンプ、11 造粒タンク、12 循環ライン、13 従来の超音波発生装置、14 従来の超音波振動子、17 従来の超音波照射部、18 配管、19 超音波処理室、20 背圧弁

【特許請求の範囲】
【請求項1】
重合性単量体及び着色剤を少なくとも含む重合性単量体組成物を、水系分散媒体中に分散させて得られる分散液中の重合性単量を重合する重合工程を少なくとも含むトナー粒子の製造方法であって、
該重合工程において、円柱の周方向に凸部を有する超音波を照射するための振動子を有しており、該凸部が、該円柱に対して同心円を形成する凸部である超音波発生装置の該振動子を振動させる超音波処理を行うことを特徴とするトナー粒子の製造方法。
【請求項2】
該超音波処理は、該分散液を収容する重合タンクから該重合タンク外部に具備された超音波発生装置への該分散液の送液と、該分散液の超音波処理と、該分散液の該重合タンクへの排出を連続して行う循環式であることを特徴とする請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
【請求項3】
該重合工程で、該超音波発生装置1台当たりの出力をA(W)、超音波発生装置1台当たりの超音波照射部面積をB(cm2)とした時、A≧2000かつ、A/Bが、25≦A/B≦70の範囲であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のトナーの製造方法。
【請求項4】
該重合工程において該分散液の総液量V(l)、該分散液の循環流量C(l/min)、超音波処理時間T(min)とした時、C・T/V≧2であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトナー粒子の製造方法。
【請求項5】
該重合工程で、少なくとも分散液中の重合性単量体の転化率が15%以上80%以下の範囲内で該超音波処理し、かつ、該転化率範囲内での超音波処理時間t(min)が30≦tの範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のトナー粒子の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−13523(P2011−13523A)
【公開日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−158549(P2009−158549)
【出願日】平成21年7月3日(2009.7.3)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】