バイオプラスチックを用いた電子写真用トナー
【課題】 結着樹脂としてバイオプラスチックを含み、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】 ５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
【解決手段】 ５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオプラスチックを用いた電子写真用トナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成は、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写した後、熱と圧力により定着させることにより行われる。
【０００３】
上記トナーは、結着樹脂に着色剤や帯電制御剤などを配合した混合物を溶融混練し、粉砕及び分級して所定の粒度分布に調整することにより製造される。このようなトナーの結着樹脂として、従来、スチレン・アクリル樹脂や、ポリエステル樹脂などの石油由来の樹脂が使用されている。
【０００４】
近年、環境への配慮から、廃棄時に環境への負荷の少ない生分解性樹脂、さらには、再生可能資源からつくられるバイオマスプラスチックを、トナー用樹脂として用いる方法が提案されている。なお、有限な資源への配慮と、環境負荷の低減に貢献する、バイオマスプラスチックや生分解性プラスチックのことをバイオプラスチックと呼ぶ。
【０００５】
本発明者らは、バイオプラスチックの分子量を調整し、バイオプラスチックをトナー用のメイン樹脂として使用することを可能にした。具体的には、市販のポリ乳酸をそのまま使用するのではなく、加水分解等により、分子量を低減させることで、軟化温度を下げるとともに、粉砕性の良好な樹脂を得ることができた。
【０００６】
しかし、上記のように改善したバイオプラスチックを用いても、トナーの保存性などで問題点があり、性能としては不十分であった。この原因は、バイオプラスチックを加水分解することにより分子量を調整するため、吸湿性の高い樹脂になることにあり、バイオプラスチックの高湿化などによりトナー水分量があがり、保存性が悪化する要因となった。
【０００７】
特許文献１では、吸湿性の高い結晶性ポリエステル樹脂をトナー用バインダーに使用し、外添剤として疎水性シリカを１３０％〜３００％まで添加し、疎水性シリカによるシェル化を行い、吸湿性を下げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、特許文献１に従って、ポリ乳酸を母体としたトナーに外添剤を多量に添加したところ、吸湿性を下げることは可能であったが、外添剤が多量に付着しているため、耐久試験を行うと、徐々に外添剤が脱離し、脱離した外添剤などがドクターブレード等に付着し、白スジなどの不具合を発生するという新たな問題点に直面した。
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決することを目的とし、結着樹脂としてバイオプラスチックを含む電子写真用トナーにおいて、外添剤を安定にトナー表面に外添することにより、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナー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】
【００１１】
本発明の一態様は、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。
【００１２】
このような電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカは、せん断力によりトナー粒子に外添することができる。具体的には、前記疎水性シリカは、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間でトナー粒子にせん断力を与えることができるような間隔で配置されている外添機を使用して外添することができる。
【００１３】
また、このような電子写真用トナーにおいて、前記バイオプラスチックとしてポリ乳酸を使用することができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕して、着色微粒子を得る工程と、得られた着色微粒子に対し、疎水性シリカを、被覆率１５０〜４００％およびトナーのかさ比重０．３０ｇ／ｍｌ以下となるようにせん断力により外添する工程とを含むことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、結着樹脂としてバイオプラスチックを含み、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電子写真用トナーの製造に使用される外添機の一例を示す図。
【図２】蓋を外した状態の図１の外添機の斜視図。
【図３】混合羽根と邪魔板との位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を行なった結果、結着樹脂として、特定の分子量のポリ乳酸を使用するトナーにおいて、コンポジットミキサーのような強力なせん断力のある外添機を用いて多量の外添剤をトナーに埋め込むように外添し、これにより、耐久試験の際に外添剤が脱離することがなくなり、トナーの保存性および耐久性を改善するに至った。
【００１８】
すなわち、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂、着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本実施形態に係る電子写真用トナーにおいて、結着樹脂として使用するバイオプラスチックの分子量は、５，０００〜５０，０００、好ましくは１０，０００〜５０，０００であり、分子量が５０，０００を超える場合、５，０００未満の場合のいずれの場合にも、粉砕性が劣り、トナー化が困難となる。
【００２０】
このように、所定の分子量を有するバイオプラスチックおよび着色剤を含む着色粒子に、疎水性シリカを、被覆率１５０〜４００％で、トナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下となるような埋め込み具合で外添することにより、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナーを得ることが可能となった。すなわち、多量の疎水性シリカを、トナー粒子表面にせん断力により強力に埋め込み、トナーのかさ比重を低くすることにより、トナーの保存性および耐久性を高めることが可能となった。
【００２１】
後述の実施例に示されるとおり、外添剤の被覆率が１５０％未満では保存性が低く、被覆率が４００％を超えると、耐久性が低い。本実施形態において、外添剤の被覆率は、１５０〜４００％であり、好ましくは２００〜３２０％、より好ましくは２５０〜３００％である。また、本実施形態において、トナーのかさ比重は、０．３０ｇ／ｍｌ以下であり、好ましくは２．５〜２．９ｇ／ｍｌ、より好ましくは２．６〜２．８ｇ／ｍｌである。
【００２２】
本明細書において、外添剤（無機微粒子）によるトナーの被覆率（ｆ）は、以下の式により定義される。
ｆ（％）＝√3/2π×［（Ｄ・ρτ）/（ｄ・ρｓ）］×Ｃ×100
Ｄ：トナー個数平均粒径
ｄ：無機微粒子の平均粒径
ρτ：トナーの真比重
ρｓ：無機微粒子の真比重
Ｃ：無機微粒子/未処理トナーの重量比。
【００２３】
また、本明細書において、トナーのかさ比重は、(株)安田精機製作所のかさ比重測定機を用いて得られた値（ｇ／ｍｌ）、すなわち３０ｍｌ受器に２分間、刷毛でトナーを落とし、すりきり後重量（ｇ）を測定し算出した値である。
【００２４】
本実施形態で使用される外添剤の疎水性シリカは、公知の方法に従って疎水化処理されたシリカであり、たとえば、日本アエロジル(株)、ＣＡＢＯＴ社等で市販されているもの、たとえば、ＡＥＲＯＳＩＬ(登録商標)ＲＹ５０、ＡＥＲＯＳＩＬ(登録商標)ＲＹ２００、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ(登録商標)ＴＧ−８１０Ｇ、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ(登録商標)ＴＧ−Ｃ１９０、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（登録商標）ＴＧ−Ｃ６０２０Ｎなどを使用することができる。疎水性シリカは、１次粒子径として、７〜４０ｎｍのものが良く、機能向上のため２種類以上を混ぜ合わせても良い。一例として、後述の実施例のとおり、１次粒子径４０ｎｍと７ｎｍのものの組み合わせ、１次粒子径４０ｎｍと１２ｎｍのものの組み合わせ、または１次粒子径４０ｎｍと１２ｎｍと１１５ｎｍのものの組み合わせを使用することができる。
【００２５】
疎水性シリカは、所定の被覆率となるような添加量で添加され、一般に、外添処理前のトナー粒子１００質量部に対して、２．５〜９．０質量部、好ましくは３．０〜８．５質量部、たとえば３．３〜８．０質量部で添加することができる。
【００２６】
本実施形態に係る電子写真用トナーは、外添剤の外添の仕方を除けば、従来公知の方法で製造することができる。
【００２７】
外添処理前のトナーは、例えば、特定の分子量に調整されたポリ乳酸と特定のシリカ、着色剤、必要に応じてその他添加剤を混合した後、２軸混練機や加圧ニーダー、オープンロールなどの混練機で混練し、混練物を冷却してから、ジェットミル等の粉砕機で粉砕し、風力分級機等で分級することで得ることができる。
【００２８】
ここで、トナーの粒径は特に限定されないが、通常５〜１０μｍとなるように調整される。このようにして得られたトナーに対し、本実施形態では外添剤を添加する。
【００２９】
外添剤の添加は、好ましくは、強力なせん断力で外添剤をトナー表面に埋め込むことが可能な外添機を使用して行われる。これにより、外添剤を安定にトナー表面に外添し、外添剤の所定の被覆率とトナーの所定のかさ比重を達成することができる。
【００３０】
かかる外添機の一例は、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間を通過する高速気流によりせん断力を発生し、これにより外添剤がトナー粒子表面に埋め込まれ得るような間隔で配置されている。
【００３１】
かかる外添機の一例を図１に示す。図１は、外添機の内部構造を横方向からみた図である。
【００３２】
図１において、外添機１は、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物が供給される攪拌槽２（内側槽と外側槽からなる）と、攪拌槽２の底部に配置された、原料混合物を攪拌、混合するための混合羽根３と、攪拌層２の開口部を覆うための蓋４とを備えている。蓋４の下には、筒体５を介して８枚の邪魔板６が備え付けられ、攪拌槽２に蓋４を嵌めた際に、混合羽根３との間に隙間が形成されるように配置されている。混合羽根３は、突起部３ａを備え、攪拌槽２の底部に配置された軸部７を中心に回転する。ここで混合羽根３は、攪拌槽２の内側槽と一体となって回転する。かかる外添機では、回転する混合羽根３と固定された邪魔板６の間の隙間を通る高速気流によりせん断力が発生する。
【００３３】
図２は、図１の外添機の蓋４を外し、攪拌槽２を上方からみた斜視図を示す。かかる外添機の例において、攪拌槽２は、たとえば２０Ｌの容量を有する。
【００３４】
図３に、攪拌槽２に蓋４を嵌めた際の混合羽根３と邪魔板６との位置関係を示す。図３において、邪魔板６は、水平面から傾斜しており、混合羽根３との間に例えば５ｍｍの隙間（図３においてＬで示す）を隔てて配置される。このように邪魔板６が、水平面から傾斜した角度で、混合羽根３と近接した距離で配置されることにより、回転する混合羽根３と固定された邪魔板６との間を通過する高速気流によりせん断力を発生させ、トナー粒子にせん断力を与えることができる。かかるせん断力により、外添剤はトナー粒子表面に埋め込まれる。
【００３５】
本実施形態に係る電子用トナーを製造するための外添機は、図１に示すものに限定されず、トナー粒子に強力なせん断力を与え、かかるせん断力で外添剤をトナー表面に埋め込むことができるミキサーであれば、任意の公知のミキサーを使用することができる。
【００３６】
本実施形態に係る電子写真用トナーにおいて、結着樹脂として使用されるバイオプラスチックは、ポリ乳酸を用いることが出来る。ポリ乳酸は、乳酸がエステル結合により結合したポリマーであり、近年、環境に優しい生分解性プラスチックとして注目を集めている。即ち、自然界には、エステル結合を切断する酵素（エステラーゼ）が広く分布していることから、ポリ乳酸は環境中でこのような酵素により徐々に分解されて、単量体である乳酸に変換され、最終的には二酸化炭素と水になる。
【００３７】
本実施形態で使用されるポリ乳酸の製造方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。原料となるとうもろこし等の澱粉を発酵し、乳酸を得た後、乳酸モノマーから直接脱水縮合する方法や乳酸から環状二量体を経て、触媒の存在下で開環重合によって合成する方法がある。乳酸には、光学異性体が存在し、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸があるが、これら単独または混合物のいずれの乳酸を使用しても良い。ポリ乳酸の分子量は、重合時の反応条件を可変することで任意に調整することが可能である。
【００３８】
商業的に販売されているポリ乳酸は耐熱性向上等のため、より高分子のポリ乳酸が得られる開環重合法で合成されたものであり、その数平均分子量は１００，０００以上のものが主流である。本実施形態で結着樹脂として使用されるバイオプラスチックは、５，０００〜５０，０００の分子量を有する。したがって、所望の分子量のポリ乳酸は、市販のポリ乳酸を加水分解することにより得ることができる。
【００３９】
ポリ乳酸を加水分解させる方法としては、恒温恒湿槽にポリ乳酸を置く方法が挙げられる。例えば、恒温恒湿槽を温度８０℃、湿度８０％ＲＨに設定し、ポリ乳酸を処理すると、加水分解により分子量が低下し、数十時間でトナー用樹脂として適当な軟化温度、良好な粉砕性を得ることができる。
【００４０】
また、ポリ乳酸を加水分解させる別の方法として、過熱水蒸気を使用する方法や、ポリ乳酸と水とを溶融混練する方法が挙げられる。
【００４１】
本実施形態でトナー原料として使用される着色剤は、従来公知のものが使用できる。例えば、黒の着色剤としては、カーボンブラック、青系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ１５：３、赤系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ５７：１、１２２、２６９、黄色系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ７４、１８０、１８５等が挙げられる。環境への影響を考慮すると、着色剤単体で安全性が高いものが好ましい。
【００４２】
これら着色剤の含有量は、トナー全体に対して、１〜１０質量％であることが好ましい。また、着色剤は、予め樹脂と着色剤を高濃度に分散したマスターバッチを使用しても良い。
【００４３】
本実施形態のトナーには必要に応じて、従来公知の離型剤を添加することができる。そのような離型剤としては、例えば、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のオレフィン系ワックスや、カルナウバワックス、ライスワックス、カイガラムシワックス等の天然ワックス、合成エステルワックス等が挙げられる。
【００４４】
低温定着性や高速印字性能を向上させるには、６０〜１００℃程度と比較的低い融点を有する離型剤が好ましく、具体的には、カルナウバワックスや、合成エステルワックスが好ましい。環境への影響を考慮すると、天然物系のカルナウバワックスがより好ましい。離型剤は、トナー全体に対して、１〜１５質量％であることが好ましい。
【００４５】
本実施形態のトナーには、その原料として、必要に応じて、従来公知の帯電制御剤を添加することができる。例えば、正帯電制御剤として、４級アンモニウム塩、アミノ基を含有する樹脂等が、負帯電制御剤として、サルチル酸の金属錯塩、ベンジル酸の金属錯塩、カリックスアレン型のフェノール系縮合物、カルボキシル基を含有する樹脂などがある。帯電制御剤は、トナー全体に対して、０．１〜５質量％であることが好ましい。
【００４６】
本実施形態のトナーには、必要に応じて、従来公知のトナー用樹脂を添加することができる。そのような樹脂として、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂があるが、顔料分散性、低温定着性の観点から、トナー用に開発されたポリエステル樹脂が好ましい。これらの樹脂は単独であっても、２種類以上を混合しても構わない。これらの樹脂の配合量は、環境への影響を考慮すると、トナー全体に対して、０〜５０質量％であることが好ましい。
【００４７】
その他材料として、粉砕性、定着性等改善のため低分子量樹脂を添加することができる。ここで、低分子量樹脂としては、分子量数百〜数千のオリゴマー領域の樹脂であり、粘着付与剤として市販されている。ロジン及びロジン誘導体、ポリテルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、石油樹脂等がある。
【００４８】
本実施形態のトナーには、必要に応じて従来公知の加水分解抑制剤を添加することができる。加水分解抑制剤として、例えば、カルボジイミド系化合物、イソシアネート系化合物及びオキサゾリン系化合物などが挙げられる。このような加水分解抑制剤は、残存モノマーや分解により生じた水酸基やカルボキシル基末端が封止され、加水分解の連鎖反応を抑制することができる。
【００４９】
加水分解抑制剤としては、ポリカルボジイミド化合物である日清紡績社製の“カルボジライトＬＡ−１”などが市販されている。加水分解抑制剤の添加量としては、生分解性樹脂に対し、０．０１〜１５質量％であることが好ましく、１〜１０質量％がより好ましい。
【００５０】
本実施形態のトナーには、必要に応じて従来公知の結晶核剤を添加することができる。結晶核剤として、タルクなどの無機核剤、安息香酸ナトリウムなどの有機カルボン酸金属塩、リン酸エステル金属塩、ベンジリデンソルビトール、カルボン酸アミドなどの有機核剤、等が挙げられる。
【実施例】
【００５１】
以下に本発明の実施例と比較例を示し、本発明についてより具体的に説明する。
【００５２】
実施例１
結着樹脂として、分子量を低減したポリ乳酸（分子量３５，０００、軟化点１４５℃）９０質量部、着色剤としてカーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社ＭＯＧＵＬ Ｌ）４質量部、離型剤として、カルナウバワックス１号粉末（日本ワックス(株)社製）６質量部を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社（株）製、標準羽装着）に投入し混合した。
【００５３】
得られた混合粉体を２軸押出機（スクリュウ径４３ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３４）で溶融混練したあと、延伸、冷却し、ロートプレックス（ホソカワミクロン(株)社製、２ｍｍスクリーン）で粗砕した後、衝突式粉砕機(日本ニューマチック工業(株)製ＩＤＳ−２)・風力分級機(日本ニューマチック工業(株)製ＤＳＸ−２)にて、トナー平均粒径が６．０μｍになるように粉砕分級を行い着色微粒子を得た。
【００５４】
得られた着色微粒子１００重量部に、外添剤として、「ＲＹ５０」(日本アエロジル(株)社製：疎水性シリカ、１次粒子径４０ｎｍ）を２．５重量部、「ＴＧ−８１０Ｇ」（キャボット社製：疎水性シリカ、1次粒子径７ｎｍ）を０．８質量部添加し、コンポジットミキサーＣＰ−１５（日本コークス(株)製）で２８５０ｒｐｍで１０分間撹拌混合しトナーを得た。
【００５５】
得られたトナーにおける外添剤の被覆率は１５２．６％であり、かさ比重（ＡＤ値）は０．２６７であった。
【００５６】
コンポジットミキサーは、図１の外添機と同じ構成を有し、混合羽根の上にふた部分から伸びた邪魔板が設置してあり、混合羽根と邪魔板との隙間（図３に示す距離Ｌ）は５ｍｍに設定されている。このわずかな隙間で強力なせん断力が発生し、多量の外添剤の埋め込みが可能となった。
【００５７】
実施例２〜５
実施例２〜４は、外添剤「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例５は、外添剤「ＲＹ５０」および「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例２〜５は、外添剤の添加量を増大させることにより、実施例１と比べて、外添剤の被覆率を最大４００％近くまで増大させた。
【００５８】
実施例６〜１０
実施例６〜１０は、外添剤として、「ＲＹ５０」および「ＲＹ２００」（疎水性シリカ：１２ｎｍ（日本アエロジル(株)製））の組み合わせを使用し、外添剤の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例６〜１０は、外添剤の添加量を変えることにより、外添剤の被覆率を約１５０％〜約３３０％まで変動させた。
【００５９】
実施例１１
実施例１１は、外添剤として更に、「ＴＧ−Ｃ１９０」（疎水性シリカ：１１５ｎｍ（キャボット社製））を添加して、実施例６〜１０と同様にトナーを作製した。実施例１１の外添剤の被覆率は１６３．９％であった。
【００６０】
比較例１〜２
比較例１〜２は、外添剤「ＲＹ２００」の添加量を減少させて外添を行った以外は、実施例６と同様にトナーを作製した。比較例１〜２では、外添剤の添加量を減少させて、外添剤の被覆率を１５０％未満に低下させた。
【００６１】
比較例３〜５
比較例３〜５は、外添機を２０Ｌのヘンシェルミキサー（三井鉱産(株)製、攪拌強化羽装着）に変更して外添を行った以外は、それぞれ、実施例１〜３と同じ外添剤を同じ配合量で用いてトナーを作製した。ここで使用したヘンシェルミキサーは、トナー粒子及び外添剤に強いせん断力を与えることができない。
【００６２】
比較例６〜８
比較例６〜８は、外添剤「ＲＹ５０」および「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。比較例６〜８では、外添剤の添加量を増大させて、外添剤の被覆率を４１０％以上に増加させた。
【００６３】
それぞれのトナーについて、外添剤の被覆率、トナーのかさ比重、トナーの保存性、耐久性を測定し、評価した。その結果を、下記表１に示す。
【００６４】
外添剤の被覆率の計算方法、トナーのかさ比重の測定方法、トナーの保存性試験方法、耐久試験方法を以下に記す。
【００６５】
外添剤（無機微粒子）によるトナー被覆率（ｆ）は次式で計算される
ｆ（％）＝√3/2π×［（Ｄ・ρτ）/（ｄ・ρｓ）］×Ｃ×100
Ｄ：トナー個数平均粒径
ｄ：無機微粒子の平均粒径
ρτ：トナーの真比重
ρｓ：無機微粒子の真比重
Ｃ：無機微粒子/未処理トナーの重量比。
【００６６】
試験１−外添安定性
外添について、外添中に問題なく外添できた場合は○、外添機のフタ部などからトナーが噴出した場合は×とした。
【００６７】
試験２−かさ比重
かさ比重は、(株)安田精機製作所のかさ比重測定機を用いて、測定を行った。３０ｍｌ受器に２分間、刷毛でトナーを落とし、すりきり後重量を測定し、かさ比重を算出した。
【００６８】
試験３−保存性
保存性試験は、５０ｃｃのビーカーにトナーを１５ｇ入れ、恒温恒湿槽で５０℃９０％で５時間放置した後、バネ秤で針金が１５ｍｍ進入した時の値を読み取り、変化ない場合は◎、０．０１〜０．０３Ｎの場合は○、０．０３Ｎ〜０．０５Ｎの場合は△、それ以上の場合は×とした。
【００６９】
試験４−耐久性
耐久試験は、カシオ計算機(株)製Ｎ３５００プリンタに得られたトナーを搭載し、２００００枚まで５％印字を行い、トナー耐久性を確認した。２００００枚までスジ等がでなく良好な場合は◎、１本から５本のスジが発生した場合は○、５本〜１０本のスジが発生した場合は△、それ以上の多量のスジが発生した場合は×とした。
【００７０】
【表１】
【００７１】
上記表１から次のことがわかる。
実施例１は、上述のとおり、外添機としてコンポジットミキサーＣＰ−１５（日本コークス(株)製）を使用して、混合羽根と邪魔板との間のわずかな隙間に強力なせん断力を発生させることにより、トナー表面に外添剤を安定して埋め込むことができた。これにより、実施例１は、かかるせん断力を発生させない外添機を使用した比較例３（実施例１と同じ外添剤を同じ配合量で使用した例）と比較して、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７２】
実施例２〜５は、実施例１と比べて外添剤「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行い、被覆率を最大で約４００％まで増大させた。実施例１と同様、外添機としてコンポジットミキサーＣＰ−１５を使用したため、強力なせん断力が与えられ、外添剤であるシリカをトナー表面に安定して埋め込むことができた。これにより、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７３】
実施例６〜１０は、外添剤を「ＴＧ−８１０Ｇ」から「ＲＹ２００」（疎水性シリカ：１２ｎｍ（日本アエロジル(株)製））に変更し添加量を上げて外添を行い、被覆率を約１５０％〜約３３０％まで変動させた。これら実施例の全てにおいて、トナー表面に外添剤を安定して埋め込むことができ、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、その結果、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７４】
実施例１１は、外添剤として更に「ＴＧ−Ｃ１９０」（疎水性シリカ：１１５ｎｍ（キャボット社製））を添加し、被覆率を１６４％としたが、かさ比重を０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くすることができ、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７５】
これに対し、比較例１〜２は、実施例６と比較して外添剤「ＲＹ２００」の添加量を減少させ、外添剤の被覆率をそれぞれ１０３．３％、６６．３％と低下させた結果、保存性について良好な結果が得られなかった。
【００７６】
比較例３〜５は、実施例１〜３と同じ外添剤を同じ配合量で用いて外添を行ったが、外添機として２０Ｌのヘンシェルミキサーを使用した。その結果、比較例３では十分に外添できたものの、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌを超えて高く、耐久性においてスジが発生し、良好な結果は得られなかった。これはヘンシェルミキサーではシリカの埋め込みが甘く、外添剤が遊離しており、耐久試験を行った結果、脱離したシリカが現像時に不具合を起こしたためと考えられる。比較例４〜５については、ヘンシェルミキサー内の内圧が上がりトナーがフタの隙間から吹き出し十分な外添が行えなかった。比較例４〜５では、十分な外添が行えなかったため、かさ比重、保存性、耐久性の試験を実施しなかった。
【００７７】
比較例６〜８は、実施例１と比較して外添剤「ＲＹ５０」、「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増加させ、外添剤の被覆率を４１０％以上にした。その結果、外添剤が多いためにかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌを超える値となった。これら比較例の全てにおいて、保存性試験は問題なく良好な結果であったが、遊離したシリカが多く耐久試験においていずれもスジが発生し問題であった。
【００７８】
また、実施例１と比較例３ではシリカの添加量を同量として被覆率を同じにしているが、実施例１ではコンポジットミキサーで強く外添し、シリカが強く埋め込まれたためシリカによる流動性向上効果が低くかさ比重が低い結果となった。
一方で比較例３ではヘンシェルミキサーで外添しているため、シリカの埋め込みが少なくシリカによる流動性向上効果があり、かさ比重が高い結果となった。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・外添機
２・・・攪拌槽
３・・・混合羽根
３ａ・・・突起部
４・・・蓋
５・・・筒体
６・・・邪魔板
７・・・軸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオプラスチックを用いた電子写真用トナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成は、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写した後、熱と圧力により定着させることにより行われる。
【０００３】
上記トナーは、結着樹脂に着色剤や帯電制御剤などを配合した混合物を溶融混練し、粉砕及び分級して所定の粒度分布に調整することにより製造される。このようなトナーの結着樹脂として、従来、スチレン・アクリル樹脂や、ポリエステル樹脂などの石油由来の樹脂が使用されている。
【０００４】
近年、環境への配慮から、廃棄時に環境への負荷の少ない生分解性樹脂、さらには、再生可能資源からつくられるバイオマスプラスチックを、トナー用樹脂として用いる方法が提案されている。なお、有限な資源への配慮と、環境負荷の低減に貢献する、バイオマスプラスチックや生分解性プラスチックのことをバイオプラスチックと呼ぶ。
【０００５】
本発明者らは、バイオプラスチックの分子量を調整し、バイオプラスチックをトナー用のメイン樹脂として使用することを可能にした。具体的には、市販のポリ乳酸をそのまま使用するのではなく、加水分解等により、分子量を低減させることで、軟化温度を下げるとともに、粉砕性の良好な樹脂を得ることができた。
【０００６】
しかし、上記のように改善したバイオプラスチックを用いても、トナーの保存性などで問題点があり、性能としては不十分であった。この原因は、バイオプラスチックを加水分解することにより分子量を調整するため、吸湿性の高い樹脂になることにあり、バイオプラスチックの高湿化などによりトナー水分量があがり、保存性が悪化する要因となった。
【０００７】
特許文献１では、吸湿性の高い結晶性ポリエステル樹脂をトナー用バインダーに使用し、外添剤として疎水性シリカを１３０％〜３００％まで添加し、疎水性シリカによるシェル化を行い、吸湿性を下げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、特許文献１に従って、ポリ乳酸を母体としたトナーに外添剤を多量に添加したところ、吸湿性を下げることは可能であったが、外添剤が多量に付着しているため、耐久試験を行うと、徐々に外添剤が脱離し、脱離した外添剤などがドクターブレード等に付着し、白スジなどの不具合を発生するという新たな問題点に直面した。
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決することを目的とし、結着樹脂としてバイオプラスチックを含む電子写真用トナーにおいて、外添剤を安定にトナー表面に外添することにより、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナー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】
【００１１】
本発明の一態様は、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。
【００１２】
このような電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカは、せん断力によりトナー粒子に外添することができる。具体的には、前記疎水性シリカは、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間でトナー粒子にせん断力を与えることができるような間隔で配置されている外添機を使用して外添することができる。
【００１３】
また、このような電子写真用トナーにおいて、前記バイオプラスチックとしてポリ乳酸を使用することができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕して、着色微粒子を得る工程と、得られた着色微粒子に対し、疎水性シリカを、被覆率１５０〜４００％およびトナーのかさ比重０．３０ｇ／ｍｌ以下となるようにせん断力により外添する工程とを含むことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、結着樹脂としてバイオプラスチックを含み、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電子写真用トナーの製造に使用される外添機の一例を示す図。
【図２】蓋を外した状態の図１の外添機の斜視図。
【図３】混合羽根と邪魔板との位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を行なった結果、結着樹脂として、特定の分子量のポリ乳酸を使用するトナーにおいて、コンポジットミキサーのような強力なせん断力のある外添機を用いて多量の外添剤をトナーに埋め込むように外添し、これにより、耐久試験の際に外添剤が脱離することがなくなり、トナーの保存性および耐久性を改善するに至った。
【００１８】
すなわち、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂、着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本実施形態に係る電子写真用トナーにおいて、結着樹脂として使用するバイオプラスチックの分子量は、５，０００〜５０，０００、好ましくは１０，０００〜５０，０００であり、分子量が５０，０００を超える場合、５，０００未満の場合のいずれの場合にも、粉砕性が劣り、トナー化が困難となる。
【００２０】
このように、所定の分子量を有するバイオプラスチックおよび着色剤を含む着色粒子に、疎水性シリカを、被覆率１５０〜４００％で、トナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下となるような埋め込み具合で外添することにより、保存性および耐久性を改善した電子写真用トナーを得ることが可能となった。すなわち、多量の疎水性シリカを、トナー粒子表面にせん断力により強力に埋め込み、トナーのかさ比重を低くすることにより、トナーの保存性および耐久性を高めることが可能となった。
【００２１】
後述の実施例に示されるとおり、外添剤の被覆率が１５０％未満では保存性が低く、被覆率が４００％を超えると、耐久性が低い。本実施形態において、外添剤の被覆率は、１５０〜４００％であり、好ましくは２００〜３２０％、より好ましくは２５０〜３００％である。また、本実施形態において、トナーのかさ比重は、０．３０ｇ／ｍｌ以下であり、好ましくは２．５〜２．９ｇ／ｍｌ、より好ましくは２．６〜２．８ｇ／ｍｌである。
【００２２】
本明細書において、外添剤（無機微粒子）によるトナーの被覆率（ｆ）は、以下の式により定義される。
ｆ（％）＝√3/2π×［（Ｄ・ρτ）/（ｄ・ρｓ）］×Ｃ×100
Ｄ：トナー個数平均粒径
ｄ：無機微粒子の平均粒径
ρτ：トナーの真比重
ρｓ：無機微粒子の真比重
Ｃ：無機微粒子/未処理トナーの重量比。
【００２３】
また、本明細書において、トナーのかさ比重は、(株)安田精機製作所のかさ比重測定機を用いて得られた値（ｇ／ｍｌ）、すなわち３０ｍｌ受器に２分間、刷毛でトナーを落とし、すりきり後重量（ｇ）を測定し算出した値である。
【００２４】
本実施形態で使用される外添剤の疎水性シリカは、公知の方法に従って疎水化処理されたシリカであり、たとえば、日本アエロジル(株)、ＣＡＢＯＴ社等で市販されているもの、たとえば、ＡＥＲＯＳＩＬ(登録商標)ＲＹ５０、ＡＥＲＯＳＩＬ(登録商標)ＲＹ２００、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ(登録商標)ＴＧ−８１０Ｇ、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ(登録商標)ＴＧ−Ｃ１９０、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（登録商標）ＴＧ−Ｃ６０２０Ｎなどを使用することができる。疎水性シリカは、１次粒子径として、７〜４０ｎｍのものが良く、機能向上のため２種類以上を混ぜ合わせても良い。一例として、後述の実施例のとおり、１次粒子径４０ｎｍと７ｎｍのものの組み合わせ、１次粒子径４０ｎｍと１２ｎｍのものの組み合わせ、または１次粒子径４０ｎｍと１２ｎｍと１１５ｎｍのものの組み合わせを使用することができる。
【００２５】
疎水性シリカは、所定の被覆率となるような添加量で添加され、一般に、外添処理前のトナー粒子１００質量部に対して、２．５〜９．０質量部、好ましくは３．０〜８．５質量部、たとえば３．３〜８．０質量部で添加することができる。
【００２６】
本実施形態に係る電子写真用トナーは、外添剤の外添の仕方を除けば、従来公知の方法で製造することができる。
【００２７】
外添処理前のトナーは、例えば、特定の分子量に調整されたポリ乳酸と特定のシリカ、着色剤、必要に応じてその他添加剤を混合した後、２軸混練機や加圧ニーダー、オープンロールなどの混練機で混練し、混練物を冷却してから、ジェットミル等の粉砕機で粉砕し、風力分級機等で分級することで得ることができる。
【００２８】
ここで、トナーの粒径は特に限定されないが、通常５〜１０μｍとなるように調整される。このようにして得られたトナーに対し、本実施形態では外添剤を添加する。
【００２９】
外添剤の添加は、好ましくは、強力なせん断力で外添剤をトナー表面に埋め込むことが可能な外添機を使用して行われる。これにより、外添剤を安定にトナー表面に外添し、外添剤の所定の被覆率とトナーの所定のかさ比重を達成することができる。
【００３０】
かかる外添機の一例は、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間を通過する高速気流によりせん断力を発生し、これにより外添剤がトナー粒子表面に埋め込まれ得るような間隔で配置されている。
【００３１】
かかる外添機の一例を図１に示す。図１は、外添機の内部構造を横方向からみた図である。
【００３２】
図１において、外添機１は、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物が供給される攪拌槽２（内側槽と外側槽からなる）と、攪拌槽２の底部に配置された、原料混合物を攪拌、混合するための混合羽根３と、攪拌層２の開口部を覆うための蓋４とを備えている。蓋４の下には、筒体５を介して８枚の邪魔板６が備え付けられ、攪拌槽２に蓋４を嵌めた際に、混合羽根３との間に隙間が形成されるように配置されている。混合羽根３は、突起部３ａを備え、攪拌槽２の底部に配置された軸部７を中心に回転する。ここで混合羽根３は、攪拌槽２の内側槽と一体となって回転する。かかる外添機では、回転する混合羽根３と固定された邪魔板６の間の隙間を通る高速気流によりせん断力が発生する。
【００３３】
図２は、図１の外添機の蓋４を外し、攪拌槽２を上方からみた斜視図を示す。かかる外添機の例において、攪拌槽２は、たとえば２０Ｌの容量を有する。
【００３４】
図３に、攪拌槽２に蓋４を嵌めた際の混合羽根３と邪魔板６との位置関係を示す。図３において、邪魔板６は、水平面から傾斜しており、混合羽根３との間に例えば５ｍｍの隙間（図３においてＬで示す）を隔てて配置される。このように邪魔板６が、水平面から傾斜した角度で、混合羽根３と近接した距離で配置されることにより、回転する混合羽根３と固定された邪魔板６との間を通過する高速気流によりせん断力を発生させ、トナー粒子にせん断力を与えることができる。かかるせん断力により、外添剤はトナー粒子表面に埋め込まれる。
【００３５】
本実施形態に係る電子用トナーを製造するための外添機は、図１に示すものに限定されず、トナー粒子に強力なせん断力を与え、かかるせん断力で外添剤をトナー表面に埋め込むことができるミキサーであれば、任意の公知のミキサーを使用することができる。
【００３６】
本実施形態に係る電子写真用トナーにおいて、結着樹脂として使用されるバイオプラスチックは、ポリ乳酸を用いることが出来る。ポリ乳酸は、乳酸がエステル結合により結合したポリマーであり、近年、環境に優しい生分解性プラスチックとして注目を集めている。即ち、自然界には、エステル結合を切断する酵素（エステラーゼ）が広く分布していることから、ポリ乳酸は環境中でこのような酵素により徐々に分解されて、単量体である乳酸に変換され、最終的には二酸化炭素と水になる。
【００３７】
本実施形態で使用されるポリ乳酸の製造方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。原料となるとうもろこし等の澱粉を発酵し、乳酸を得た後、乳酸モノマーから直接脱水縮合する方法や乳酸から環状二量体を経て、触媒の存在下で開環重合によって合成する方法がある。乳酸には、光学異性体が存在し、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸があるが、これら単独または混合物のいずれの乳酸を使用しても良い。ポリ乳酸の分子量は、重合時の反応条件を可変することで任意に調整することが可能である。
【００３８】
商業的に販売されているポリ乳酸は耐熱性向上等のため、より高分子のポリ乳酸が得られる開環重合法で合成されたものであり、その数平均分子量は１００，０００以上のものが主流である。本実施形態で結着樹脂として使用されるバイオプラスチックは、５，０００〜５０，０００の分子量を有する。したがって、所望の分子量のポリ乳酸は、市販のポリ乳酸を加水分解することにより得ることができる。
【００３９】
ポリ乳酸を加水分解させる方法としては、恒温恒湿槽にポリ乳酸を置く方法が挙げられる。例えば、恒温恒湿槽を温度８０℃、湿度８０％ＲＨに設定し、ポリ乳酸を処理すると、加水分解により分子量が低下し、数十時間でトナー用樹脂として適当な軟化温度、良好な粉砕性を得ることができる。
【００４０】
また、ポリ乳酸を加水分解させる別の方法として、過熱水蒸気を使用する方法や、ポリ乳酸と水とを溶融混練する方法が挙げられる。
【００４１】
本実施形態でトナー原料として使用される着色剤は、従来公知のものが使用できる。例えば、黒の着色剤としては、カーボンブラック、青系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ１５：３、赤系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ５７：１、１２２、２６９、黄色系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ７４、１８０、１８５等が挙げられる。環境への影響を考慮すると、着色剤単体で安全性が高いものが好ましい。
【００４２】
これら着色剤の含有量は、トナー全体に対して、１〜１０質量％であることが好ましい。また、着色剤は、予め樹脂と着色剤を高濃度に分散したマスターバッチを使用しても良い。
【００４３】
本実施形態のトナーには必要に応じて、従来公知の離型剤を添加することができる。そのような離型剤としては、例えば、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のオレフィン系ワックスや、カルナウバワックス、ライスワックス、カイガラムシワックス等の天然ワックス、合成エステルワックス等が挙げられる。
【００４４】
低温定着性や高速印字性能を向上させるには、６０〜１００℃程度と比較的低い融点を有する離型剤が好ましく、具体的には、カルナウバワックスや、合成エステルワックスが好ましい。環境への影響を考慮すると、天然物系のカルナウバワックスがより好ましい。離型剤は、トナー全体に対して、１〜１５質量％であることが好ましい。
【００４５】
本実施形態のトナーには、その原料として、必要に応じて、従来公知の帯電制御剤を添加することができる。例えば、正帯電制御剤として、４級アンモニウム塩、アミノ基を含有する樹脂等が、負帯電制御剤として、サルチル酸の金属錯塩、ベンジル酸の金属錯塩、カリックスアレン型のフェノール系縮合物、カルボキシル基を含有する樹脂などがある。帯電制御剤は、トナー全体に対して、０．１〜５質量％であることが好ましい。
【００４６】
本実施形態のトナーには、必要に応じて、従来公知のトナー用樹脂を添加することができる。そのような樹脂として、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂があるが、顔料分散性、低温定着性の観点から、トナー用に開発されたポリエステル樹脂が好ましい。これらの樹脂は単独であっても、２種類以上を混合しても構わない。これらの樹脂の配合量は、環境への影響を考慮すると、トナー全体に対して、０〜５０質量％であることが好ましい。
【００４７】
その他材料として、粉砕性、定着性等改善のため低分子量樹脂を添加することができる。ここで、低分子量樹脂としては、分子量数百〜数千のオリゴマー領域の樹脂であり、粘着付与剤として市販されている。ロジン及びロジン誘導体、ポリテルペン樹脂、テルペンフェノール樹脂、石油樹脂等がある。
【００４８】
本実施形態のトナーには、必要に応じて従来公知の加水分解抑制剤を添加することができる。加水分解抑制剤として、例えば、カルボジイミド系化合物、イソシアネート系化合物及びオキサゾリン系化合物などが挙げられる。このような加水分解抑制剤は、残存モノマーや分解により生じた水酸基やカルボキシル基末端が封止され、加水分解の連鎖反応を抑制することができる。
【００４９】
加水分解抑制剤としては、ポリカルボジイミド化合物である日清紡績社製の“カルボジライトＬＡ−１”などが市販されている。加水分解抑制剤の添加量としては、生分解性樹脂に対し、０．０１〜１５質量％であることが好ましく、１〜１０質量％がより好ましい。
【００５０】
本実施形態のトナーには、必要に応じて従来公知の結晶核剤を添加することができる。結晶核剤として、タルクなどの無機核剤、安息香酸ナトリウムなどの有機カルボン酸金属塩、リン酸エステル金属塩、ベンジリデンソルビトール、カルボン酸アミドなどの有機核剤、等が挙げられる。
【実施例】
【００５１】
以下に本発明の実施例と比較例を示し、本発明についてより具体的に説明する。
【００５２】
実施例１
結着樹脂として、分子量を低減したポリ乳酸（分子量３５，０００、軟化点１４５℃）９０質量部、着色剤としてカーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社ＭＯＧＵＬ Ｌ）４質量部、離型剤として、カルナウバワックス１号粉末（日本ワックス(株)社製）６質量部を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社（株）製、標準羽装着）に投入し混合した。
【００５３】
得られた混合粉体を２軸押出機（スクリュウ径４３ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３４）で溶融混練したあと、延伸、冷却し、ロートプレックス（ホソカワミクロン(株)社製、２ｍｍスクリーン）で粗砕した後、衝突式粉砕機(日本ニューマチック工業(株)製ＩＤＳ−２)・風力分級機(日本ニューマチック工業(株)製ＤＳＸ−２)にて、トナー平均粒径が６．０μｍになるように粉砕分級を行い着色微粒子を得た。
【００５４】
得られた着色微粒子１００重量部に、外添剤として、「ＲＹ５０」(日本アエロジル(株)社製：疎水性シリカ、１次粒子径４０ｎｍ）を２．５重量部、「ＴＧ−８１０Ｇ」（キャボット社製：疎水性シリカ、1次粒子径７ｎｍ）を０．８質量部添加し、コンポジットミキサーＣＰ−１５（日本コークス(株)製）で２８５０ｒｐｍで１０分間撹拌混合しトナーを得た。
【００５５】
得られたトナーにおける外添剤の被覆率は１５２．６％であり、かさ比重（ＡＤ値）は０．２６７であった。
【００５６】
コンポジットミキサーは、図１の外添機と同じ構成を有し、混合羽根の上にふた部分から伸びた邪魔板が設置してあり、混合羽根と邪魔板との隙間（図３に示す距離Ｌ）は５ｍｍに設定されている。このわずかな隙間で強力なせん断力が発生し、多量の外添剤の埋め込みが可能となった。
【００５７】
実施例２〜５
実施例２〜４は、外添剤「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例５は、外添剤「ＲＹ５０」および「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例２〜５は、外添剤の添加量を増大させることにより、実施例１と比べて、外添剤の被覆率を最大４００％近くまで増大させた。
【００５８】
実施例６〜１０
実施例６〜１０は、外添剤として、「ＲＹ５０」および「ＲＹ２００」（疎水性シリカ：１２ｎｍ（日本アエロジル(株)製））の組み合わせを使用し、外添剤の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。実施例６〜１０は、外添剤の添加量を変えることにより、外添剤の被覆率を約１５０％〜約３３０％まで変動させた。
【００５９】
実施例１１
実施例１１は、外添剤として更に、「ＴＧ−Ｃ１９０」（疎水性シリカ：１１５ｎｍ（キャボット社製））を添加して、実施例６〜１０と同様にトナーを作製した。実施例１１の外添剤の被覆率は１６３．９％であった。
【００６０】
比較例１〜２
比較例１〜２は、外添剤「ＲＹ２００」の添加量を減少させて外添を行った以外は、実施例６と同様にトナーを作製した。比較例１〜２では、外添剤の添加量を減少させて、外添剤の被覆率を１５０％未満に低下させた。
【００６１】
比較例３〜５
比較例３〜５は、外添機を２０Ｌのヘンシェルミキサー（三井鉱産(株)製、攪拌強化羽装着）に変更して外添を行った以外は、それぞれ、実施例１〜３と同じ外添剤を同じ配合量で用いてトナーを作製した。ここで使用したヘンシェルミキサーは、トナー粒子及び外添剤に強いせん断力を与えることができない。
【００６２】
比較例６〜８
比較例６〜８は、外添剤「ＲＹ５０」および「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行った以外は、実施例１と同様にトナーを作製した。比較例６〜８では、外添剤の添加量を増大させて、外添剤の被覆率を４１０％以上に増加させた。
【００６３】
それぞれのトナーについて、外添剤の被覆率、トナーのかさ比重、トナーの保存性、耐久性を測定し、評価した。その結果を、下記表１に示す。
【００６４】
外添剤の被覆率の計算方法、トナーのかさ比重の測定方法、トナーの保存性試験方法、耐久試験方法を以下に記す。
【００６５】
外添剤（無機微粒子）によるトナー被覆率（ｆ）は次式で計算される
ｆ（％）＝√3/2π×［（Ｄ・ρτ）/（ｄ・ρｓ）］×Ｃ×100
Ｄ：トナー個数平均粒径
ｄ：無機微粒子の平均粒径
ρτ：トナーの真比重
ρｓ：無機微粒子の真比重
Ｃ：無機微粒子/未処理トナーの重量比。
【００６６】
試験１−外添安定性
外添について、外添中に問題なく外添できた場合は○、外添機のフタ部などからトナーが噴出した場合は×とした。
【００６７】
試験２−かさ比重
かさ比重は、(株)安田精機製作所のかさ比重測定機を用いて、測定を行った。３０ｍｌ受器に２分間、刷毛でトナーを落とし、すりきり後重量を測定し、かさ比重を算出した。
【００６８】
試験３−保存性
保存性試験は、５０ｃｃのビーカーにトナーを１５ｇ入れ、恒温恒湿槽で５０℃９０％で５時間放置した後、バネ秤で針金が１５ｍｍ進入した時の値を読み取り、変化ない場合は◎、０．０１〜０．０３Ｎの場合は○、０．０３Ｎ〜０．０５Ｎの場合は△、それ以上の場合は×とした。
【００６９】
試験４−耐久性
耐久試験は、カシオ計算機(株)製Ｎ３５００プリンタに得られたトナーを搭載し、２００００枚まで５％印字を行い、トナー耐久性を確認した。２００００枚までスジ等がでなく良好な場合は◎、１本から５本のスジが発生した場合は○、５本〜１０本のスジが発生した場合は△、それ以上の多量のスジが発生した場合は×とした。
【００７０】
【表１】
【００７１】
上記表１から次のことがわかる。
実施例１は、上述のとおり、外添機としてコンポジットミキサーＣＰ−１５（日本コークス(株)製）を使用して、混合羽根と邪魔板との間のわずかな隙間に強力なせん断力を発生させることにより、トナー表面に外添剤を安定して埋め込むことができた。これにより、実施例１は、かかるせん断力を発生させない外添機を使用した比較例３（実施例１と同じ外添剤を同じ配合量で使用した例）と比較して、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７２】
実施例２〜５は、実施例１と比べて外添剤「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増大させて外添を行い、被覆率を最大で約４００％まで増大させた。実施例１と同様、外添機としてコンポジットミキサーＣＰ−１５を使用したため、強力なせん断力が与えられ、外添剤であるシリカをトナー表面に安定して埋め込むことができた。これにより、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７３】
実施例６〜１０は、外添剤を「ＴＧ−８１０Ｇ」から「ＲＹ２００」（疎水性シリカ：１２ｎｍ（日本アエロジル(株)製））に変更し添加量を上げて外添を行い、被覆率を約１５０％〜約３３０％まで変動させた。これら実施例の全てにおいて、トナー表面に外添剤を安定して埋め込むことができ、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くなり、その結果、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７４】
実施例１１は、外添剤として更に「ＴＧ−Ｃ１９０」（疎水性シリカ：１１５ｎｍ（キャボット社製））を添加し、被覆率を１６４％としたが、かさ比重を０．３０ｇ／ｍｌ以下と低くすることができ、保存性、耐久性ともに良好な結果が得られた。
【００７５】
これに対し、比較例１〜２は、実施例６と比較して外添剤「ＲＹ２００」の添加量を減少させ、外添剤の被覆率をそれぞれ１０３．３％、６６．３％と低下させた結果、保存性について良好な結果が得られなかった。
【００７６】
比較例３〜５は、実施例１〜３と同じ外添剤を同じ配合量で用いて外添を行ったが、外添機として２０Ｌのヘンシェルミキサーを使用した。その結果、比較例３では十分に外添できたものの、かさ比重が０．３０ｇ／ｍｌを超えて高く、耐久性においてスジが発生し、良好な結果は得られなかった。これはヘンシェルミキサーではシリカの埋め込みが甘く、外添剤が遊離しており、耐久試験を行った結果、脱離したシリカが現像時に不具合を起こしたためと考えられる。比較例４〜５については、ヘンシェルミキサー内の内圧が上がりトナーがフタの隙間から吹き出し十分な外添が行えなかった。比較例４〜５では、十分な外添が行えなかったため、かさ比重、保存性、耐久性の試験を実施しなかった。
【００７７】
比較例６〜８は、実施例１と比較して外添剤「ＲＹ５０」、「ＴＧ−８１０Ｇ」の添加量を増加させ、外添剤の被覆率を４１０％以上にした。その結果、外添剤が多いためにかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌを超える値となった。これら比較例の全てにおいて、保存性試験は問題なく良好な結果であったが、遊離したシリカが多く耐久試験においていずれもスジが発生し問題であった。
【００７８】
また、実施例１と比較例３ではシリカの添加量を同量として被覆率を同じにしているが、実施例１ではコンポジットミキサーで強く外添し、シリカが強く埋め込まれたためシリカによる流動性向上効果が低くかさ比重が低い結果となった。
一方で比較例３ではヘンシェルミキサーで外添しているため、シリカの埋め込みが少なくシリカによる流動性向上効果があり、かさ比重が高い結果となった。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・外添機
２・・・攪拌槽
３・・・混合羽根
３ａ・・・突起部
４・・・蓋
５・・・筒体
６・・・邪魔板
７・・・軸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
【請求項２】
前記疎水性シリカが、強いせん断力によりトナー粒子表面に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
【請求項３】
前記疎水性シリカが、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間を通過する高速気流によりせん断力を発生するような間隔で配置されている外添機を使用して外添されることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
【請求項４】
前記バイオプラスチックがポリ乳酸であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子写真用トナー。
【請求項５】
５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂、および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕して、着色微粒子を得る工程と、
得られた着色微粒子に対し、疎水性シリカを、強いせん断力により、被覆率１５０〜４００％およびトナーのかさ比重０．３０ｇ／ｍｌ以下となるように外添する工程と
を含むことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
【請求項１】
５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕し、疎水性シリカを外添してなる電子写真用トナーにおいて、前記疎水性シリカが被覆率１５０〜４００％で外添されていること、およびトナーのかさ比重が０．３０ｇ／ｍｌ以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
【請求項２】
前記疎水性シリカが、強いせん断力によりトナー粒子表面に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
【請求項３】
前記疎水性シリカが、外添処理前のトナー粒子と外添剤を含む原料混合物を収容する攪拌槽と、攪拌槽内の原料混合物を攪拌、混合する混合羽根と、混合羽根の上方に配置された邪魔板とを備え、ここで、混合羽根と邪魔板は、攪拌時に、混合羽根と邪魔板との間を通過する高速気流によりせん断力を発生するような間隔で配置されている外添機を使用して外添されることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
【請求項４】
前記バイオプラスチックがポリ乳酸であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子写真用トナー。
【請求項５】
５，０００〜５０，０００の分子量を有するバイオプラスチックを含有する結着樹脂、および着色剤を含む混合物を混錬、粉砕して、着色微粒子を得る工程と、
得られた着色微粒子に対し、疎水性シリカを、強いせん断力により、被覆率１５０〜４００％およびトナーのかさ比重０．３０ｇ／ｍｌ以下となるように外添する工程と
を含むことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０８１８１（Ｐ２０１２−１０８１８１Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５４７３８（Ｐ２０１０−２５４７３８）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００１０４１２４）カシオ電子工業株式会社 (601)
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００１０４１２４）カシオ電子工業株式会社 (601)
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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