JP4702382B2

JP4702382B2 - 電子写真用トナー

Info

Publication number: JP4702382B2
Application number: JP2008078652A
Authority: JP
Inventors: 忠洋椿; 智文佐野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009230064A

Description

本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、製造時及び廃棄時における環境負荷が低い電子写真用トナーに関する。

近年、プラスチックは膨大な量が使用されているが、その廃棄物は、景観の阻害、海洋生物への脅威、環境汚染等の深刻な地球的環境問題を引き起こしている。電子写真方式や静電記録方式のプリンターに用いられる静電荷像現像用トナー（以下、トナーと記載する）においても同様であり、トナーを廃棄処分する場合、あるいはトナーで印刷された印刷物を廃棄する場合等における環境に対する影響が問題となっている。

このようなトナーに使用される結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレンアクリル、ポリエステル、エポキシ、スチレンブタジエン等の樹脂が使用され、これらの樹脂を含むトナーの廃棄処分は、焼却や埋立により行われている。しかしながら、このようなトナーを焼却や埋立により処分することには問題がある。例えば、焼却する場合には、上記トナーに含まれる樹脂は燃焼カロリーが高いため、炉を痛め易く、炉の寿命を短くしてしまう。また、埋立処分をする場合においても、上記樹脂は、化学的安定性が高いため、原形をとどめたまま半永久的に残留する事が知られており、環境への影響が懸念される。自然環境中に廃棄された場合には、その安定性のために長期にわたって土中に存在し、海洋生物、鳥類等が誤って捕食する可能性が高く、生態系破壊の一因となる。

これらの問題を解決するために、近年、トナーに使用する樹脂においても生分解性樹脂、例えばポリ乳酸を使用することが盛んに検討されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ポリ乳酸の軟化点は１７０℃であり、これをそのままトナー用樹脂に用いるには軟化点が高すぎるという問題がある。

この問題を解決するために、ポリ乳酸に対し軟化点の低い他の樹脂を混合することが行なわれている（例えば、特許文献２〜４参照）が、環境負荷の低減のためには、ポリ乳酸の使用量を多くする必要があり、現在、そのような電子写真用トナーが求められている。
特開２００１−１６６５３７号公報特開２００６−９１２７８号公報特開２００６−２０８４５５号公報特開２００６−２８５１５０号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、結着樹脂としてポリ乳酸を含み、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低い電子写真用トナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、ポリ乳酸からなる結着樹脂及び着色剤を含有する原料混合物をオープンロール型連続混練機により混練する一回目混練工程と、該一回目混練工程により得られた混練物を粉砕する一回目粉砕工程と、該一回目粉砕工程により得られた粉砕物を再度オープンロール型連続混練機により混練する二回目混練工程と、該二回目混練工程により得られた混練物を粉砕する二回目粉砕工程とを少なくとも具備し、前記各工程を経て得られた着色粒子を含む電子写真用トナーであって、前記複数回の混練工程における混練処理により軟化点を１３５℃以下に調整してなることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

本発明によると、結着樹脂としてポリ乳酸を含み、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低い電子写真用トナーが提供される。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

本発明に用いるポリ乳酸は、下記の構造式を有する樹脂である。

（ＯＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ）_ｎ
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ティ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。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、結着樹脂としてポリ乳酸を含む原料混合物の混練が複数回施されていることを特徴とする。即ち、ポリ乳酸は、軟化点が１７０℃と高く、このような樹脂をそのまま使用してトナーを製造したのでは、定着性が非常に劣ったものとなる。

そこで、本発明の一実施形態では、結着樹脂としてポリ乳酸を含む原料混合物の混練を複数回繰り返すことにより、ポリ乳酸の分子鎖を切断し、ポリ乳酸の軟化点を下げている。その結果、１３５℃以下の軟化点の混練物を得ることが出来、この混練物を粉砕及び分級することにより、定着性の良好な電子写真用トナーを得ることが出来る。

また、原料混合物の混練を複数回行なうことにより、離型剤、帯電制御剤、顔料等の分散に優れたトナーを得ることができるという付随的効果もある。

なお、混練物の軟化点は、予めポリ乳酸を２回以上混練機に通すことによりポリ乳酸にせん断力を加える処理を複数回施し、このポリ乳酸を含む原料混合物を１回混練することによっても、下げることが出来る。

原料混合物又は混合前のポリ乳酸に対する複数回の処理は、オープンロール型連続混練機、例えば、ＮＤＸ混練機（商品名：ニーデックス、三井鉱山（株）製）に複数回通すことにより行なうことが出来る。連続押出し混練機では、原料混合物又はポリ乳酸に加わるせん断力が弱く、所望の値に軟化点を下げることは容易ではない。

図１は、オープンロール型連続混練機としての連続式２本ロールミルを示す正面図である。この２本ロールミルは、溶融混合物が供給されるホッパー１１と、平行に配置された二本のロール１２，１３と、混練物が排出される排出部１４とを具備している。ロール１２，１３の表面には、混練物を輸送するためのらせん状の溝が形成されている。

ホッパー１１からロール１２，１３の間に供給された溶融混合物は、ロール１２，１３の表面に巻き付いた状態で、ロール１２，１３の回転により繰り返し圧縮され、混練され、ロール１２，１３の表面の溝によって排出部１４側に移動し、そこから混練物が排出される。

図２は、二軸連続押出混練機を示す側面図である。この二軸押出混練機は、原料混合物が供給されるホッパー２１、複数のゾーンＣ１〜Ｃ８に区分されたシリンダー２２、及び溶融混合物が排出されるダイノズル２３を具備している。シリンダー２２の各ゾーンＣ１〜Ｃ８は、ヒーター（図示せず）により所定の温度に加熱されており、またシリンダー２２内には、その軸が平行又は所定の角度となるように配置された二本の円筒状のスクリュー（図示せず）が配置されている。スクリューは、同方向に又は反対方向に回転する。

ホッパー２１から供給された原料混合物は、シリンダー２２内に導入され、スクリュー間の間隙において、加熱されているシリンダー２２からの熱により溶融されるとともに、スクリューの回転による圧縮力及びせん断力により混合され、スクリューのらせん状の羽根に沿ってダイノズル２３の側に移動し、ダイノズル２３から排出される。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーにおいて、結着樹脂としてのポリ乳酸の含有量は、トナー全体に対し、２５〜９５質量％であるのが好ましい。

以下、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーを製造する方法について、具体的に説明する。

まず、結着樹脂としてのポリ乳酸、着色剤、帯電制御剤及び離型剤等を含む原料混合物を混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

着色剤、帯電制御剤及び離型剤としては、通常、電子写真用トナーに使用される任意のものを使用可能である。

次いで、原料混合物を混練機、特にオープンロール型連続混練機に供給し、そこで溶融混練する。

次に、混練機から排出された溶融混練物を冷却し、粗粉砕する。その後、粗粉砕された混練物を同じオープンロール型連続混練機に戻して、２回目の溶融混練を行なう。

このように、２回の溶融混練が施されると、その強いせん断力により混練物中のポリ乳酸の分子鎖が切断され、ポリ乳酸の軟化点が低下する。そして、主成分であるポリ乳酸の軟化点が低下したことによって、混練物の軟化点が低下する。

２回の溶融混練を施された混練物を、次いで微粉砕し、分級して、所定の平均粒径のトナー粒子母体を得る。冷却手段、粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、冷却には、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕には、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級には、様々な気流分級機を用いることができる。

このようにして得たトナー粒子母体に、シリコーンオイルにより疎水化処理された無機粒子を加え、混合・攪拌することにより、電子写真用トナーが得られる。得られたトナーは、２回の溶融混練処理により混練物の軟化点が低下しているため、１３５℃以下の、トナーとして適正な軟化点を有している。

なお、以上の製造方法では、原料混合物を２回混練したが、２回に限らず３回でもよく、その回数は任意である。ただし、混練が３回を超えても軟化点の低下はそれほど生じない。また、以上の製造方法では、原料混合物を２回混練したが、原料混合物ではなく混合前のポリ乳酸に対し、２回以上、せん断力を加える処理を施しても、同様に軟化点の低いトナーを得ることが出来る。

以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。

実施例１
ポリ乳酸樹脂（三井化学（株）製、Ｔｇ：６１℃、Ｔｍ：１７０℃）１００質量部、電荷制御剤「ＬＲ−１４７」（日本カーリット（株）製）１質量部、着色剤ＰＲ−５７．１「ＥＣＲ−１０１」（大日精化（株）製）５質量部、及び離型剤「カルナバワックス」（加藤洋行（株）製）５質量部をヘンシェルミキサーで予備混合した。得られた原料混合物を、図１に示すオープンロール型連続混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）に供給して連続混練を行い、混練物を得た。

この混練物をフェザーミル（（株）ホソカワミクロン製、ＦＭ−１）により粉砕し、採取した粗砕品を同じ図１に示すオープンロール型連続混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）に戻し、混練条件を変えて、即ち、Ｆロールの供給側温度を１７０℃から１５０℃に変えて、２回目の連続混練を行った。

その後、衝突板式粉砕機「ＩＤＳ−２」（日本ニューマチック製）にて微粉砕した後、気流式分級機「ＤＳＸ−２」（日本ニューマチック製）で分級をおこない、質量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル（株）製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合して、トナーを得た。この２回の溶融混練に使用したオープンロール型連続混練機は、ロール外径０．１６〔ｍ〕、有効ロール長０．７〔ｍ〕のものである。

得られたトナーについて、カラープリンター「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）により印刷試験を行った。その結果を下記表１及び表２に示す。

実施例２
１回目の混練におけるＦロールの供給側温度を１７０℃から１５０℃に、２回目の混練におけるＦロールの供給側温度を１５０℃から１３０℃に変えたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例３
溶融混練を３回行なったことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例１
溶融混練を１回しか行なわなかったことを除いて、実施例２と同様にしてトナーを得た。

比較例２
原料混合物を、図２に示す連続押出混練機（池貝（株）製、商品名：ＰＣＭ−４３）を用いて１回溶融混練したことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

なお、トナーの軟化点の測定方法及び各種特性の試験方法を下記に示す。

軟化点の測定
試料１ｇについて、装置としてフローテスター（島津製作所（株）製、ＣＦＴ−５００Ｄ）を用いて、１／２法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。

昇温速度：６℃／分
荷重：２０ｋｇ
ノズル：直径１ｍｍ、長さ１ｍｍ
試験１−かぶり
カラープリンター「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機（株）製）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を１０，０００枚連続印字した後、白紙印字を行い、印字している途中でフロント扉を開けることにより、印字を強制終了させ、その時のＯＰＣドラム上のカブリトナーをメンディングテープに写しとり、白紙に貼り付けて、カブリトナーを採取していないテープと比較した。

測定は日本電色工業（株）製の分光式色差計「ＳＥ−２０００」を用いて得られるＸＹＺ値よりかぶり前後の差の最大値をカブリ値として求め、下記のように評価した。

○：カブリ値が５未満で良好
△：カブリ値が５以上１０未満で実用上問題ないレベル
×：カブリ値が１０以上で悪い
試験２−オフセット（ワックスの分散性）
試験１で用いた装置の定着部分の温度を可変できるように改造し、定着試験器とする。試験１で用いた装置で未定着画像を得た後、前記定着試験器にて上ロールの定着温度を１００〜２００℃の範囲で１０℃毎に可変し、未定着画像を定着器に通した。その際、下ロールの温度を上ロールの設定温度に対し１０℃低い温度に設定した。画像サンプルのコールドオフセット、ホットオフセット、剥離爪跡を目視で観察し、非オフセット領域を求め、下記のように評価した。

プロセス速度は１２９．３ｍｍ／ｓｅｃ、用紙はＸＥＲＯＸＰ紙Ａ４サイズ（質量６４ｇ／ｍ²）で行った。また、定着器のオイル供給ロールは外して行った。

（評価基準）
○：非オフセット領域が２０℃以上である。

×：非オフセット領域が２０℃未満である。

試験３−定着性
試験４−追従性
試験１用いた装置にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を１０，０００枚連続印字した後、Ａ３ベタ画像を印刷し、下記の基準で画像評価を行う。

○：画像劣化無し
△：画像にスジムラが発生
試験５−ゴースト
試験１で用いた装置にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、ゴースト現象の発生を確認し易い画像を印字する。目視にて、ゴースト現象発生の有無を確認し、ゴースト評価とした。なお、ゴーストとは、現像ローラの周期内で先の画像が残像のように再度印字されることを言う。そこで、ゴーストの評価は、所定の文字チャートを印字し、印字方向の下流側の非印字部に先の文字が印字されるかどうかを以下の基準により目視で判断した。

○：ゴーストは発生していない。

△：軽微なゴーストが発生

上記表１及び表２より、オープンタイプの連続式２本ロールミルを用いて２回混練した実施例１、２により得たトナー、及び３回混練した実施例３により得たトナーは、軟化点が１３５℃以下と低く、カブリ、オフセット、定着性、追従性、及びゴーストのいずれにおいても良好であることがわかる。

これに対し、１回のみ混練した比較例１及び２により得たトナーは、いずれの混練機を用いた場合でも、軟化点が１５６℃、１５３℃と高く、カブリ、オフセット、定着性、追従性、及びゴーストのいずれにおいても劣っている。

オープンロール型連続混練機を示す図である。連続押出混練機を示す図である。

符号の説明

１１，２１…ホッパー、１２，１３…ロール、１４…排出部、２２…シリンダー、２３…ダイノズル。

Claims

ポリ乳酸からなる結着樹脂及び着色剤を含有する原料混合物をオープンロール型連続混練機により混練する一回目混練工程と、該一回目混練工程により得られた混練物を粉砕する一回目粉砕工程と、該一回目粉砕工程により得られた粉砕物を再度オープンロール型連続混練機により混練する二回目混練工程と、該二回目混練工程により得られた混練物を粉砕する二回目粉砕工程とを少なくとも具備し、前記各工程を経て得られた着色粒子を含む電子写真用トナーであって、前記複数回の混練工程における混練処理により軟化点を１３５℃以下に調整してなることを特徴とする電子写真用トナー。