JP2011002830A - 自己乳化性粒子、及び自己乳化性粒子からエマルジョンを作製する無溶媒プロセス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエステル樹脂と、高濃度の界面活性剤と、固体中和剤とを、水および有機溶媒の非存在下で接触させて混合物を形成する工程であって、前記固体中和剤が、1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤である、前記工程;前記混合物を溶融混合する工程;前記溶融混合された混合物の自己乳化性複合物を形成する工程;前記複合物を固化する工程;及び、前記複合物を粒子化する工程、を含むプロセス。
【選択図】なし
Description
1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤である、前記工程;前記混合物を溶融混合する工程;前記溶融混合された混合物の自己乳化性複合物を形成する工程;前記複合物を固化する工程;及び、前記複合物を粒子化する工程、を含む。
1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤であることを特徴とする。
トナー粒子の粒径が所望される最終粒径に至ったところで、塩基により混合物のpHを、約3〜約10、ある実施形態では約5〜約9、の値に調節してよい。pHの調節によって、トナーの成長を凍結(すなわち停止)することができる。
適切な添加剤としては、米国特許第3,590,000号、第3,800,588号、および第6,214,507号に開示されるものが挙げられる。
フィードホッパーおよび液体注入ポートを備えた図1に示す押出し機を、約95℃まで予備加熱し、ローター速度を約450rpmに設定した。約1120グラムのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDBS、約7重量%)、約160グラムのNaOH、および約16キログラムのポリ(ノニレン−デカノエート)結晶性ポリエステル樹脂をタンブラー10中にて混合し、予備混合した混合物を作製した。図1に示すように、この予備混合した混合物をスクリューフィーダーのホッパーへ充填し、混合物はここから約380g/分で押出し機20へ供給された。この材料がスクリューフィーダー内を降下して溶解されたところで、脱イオン水(DIW)をタンク30から押出し機の第一の注入ポート70へ、ダイヤフラムポンプ40を介して1分あたり約150mlの供給速度で供給した。ポート60から入ってポート50から排出される間接スチームを介する多管式熱交換機(shell and tube heat exchanger)により、押出し機のポート70へ入る前に水を加熱する。水がNaOHおよびSDBSを活性化し、それによって、中和された樹脂の均質な混合物が押出し機のダイで作製された。得られた押出し物を回収し、冷却し、粉砕した。約15.2グラムの押出し物サンプルを取り出し、冷却し、乾燥した場所で保存した。その後、固体の押出し物を、約95℃の温度まで予備加熱したケトル80中にて、緩やかに攪拌しながら約160グラムのDIWに添加した。このエマルジョンの固形分は、DIWに対する押出し物の比率で制御した。次に、このラテックスエマルジョンを、凝集・合一プロセスに用いた。
フィードホッパーおよび液体注入ポートを備えた図1に示す押出し機を、約130℃まで予備加熱し、ローター速度を約450rpmに設定した。約131グラムのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDBS、約7重量%)、約20グラムのピペラジン、および約1.875キログラムのポリ(ノニレン−デカノエート)結晶性ポリエステル樹脂をタンブラー10中にて混合し、予備混合した混合物を作製した。図2に示すように、この予備混合した混合物をスクリューフィーダーのホッパーへ充填し、混合物はここから約75g/分で押出し機20へ供給された。この材料がスクリューフィーダー内を降下するに伴い、該材料は溶解し、ピペラジンにより樹脂の酸末端基が中和された。本プロセスでは界面活性剤も樹脂中に溶融混合され、中和された樹脂の均質な混合物が押出し機のダイで作製された。得られた押出し物を回収し、冷却し、粉砕した。その後、固体の押出し物を、約95℃の温度まで予備加熱したケトル80中にて、緩やかに攪拌しながら約160グラムのDIWに添加した。このエマルジョンの固形分は、DIWに対する押出し物の比率で制御した。次に、このラテックスエマルジョンを、凝集・合一プロセスに用いた(実施例3)。
対向回転ローター(counter−rotating rotors)を装備したHaake溶融ミキサーを、約95℃まで予備加熱し、ローター速度を約100rpmに設定した。約50グラムの非晶質ポリエステル樹脂(プロポキシル化ビスフェノール−エトキシル化ビスフェノール−テレフタル酸コポリマー)をHaakeミキサーに充填し、溶融した。この材料に対して、約4グラムのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(5重量%)および約1.27グラムのNaOHをミキサーのキャビティにおいて添加し、この材料を約15分間溶融混合した。約11.4グラムの水をミキサーのキャビティに約10分間かけて添加し、次に、さらに10分間、樹脂と共に溶融混合させた。生成物をHaakeミキサーのキャビティから取り出し、冷却して固化させた。この固体材料を手で粉砕し、直径およそ1cmの自己乳化性粒子とした。この自己乳化性粒子を、温度が約95℃である脱イオン水約400グラムに攪拌しながら添加して、ラテックスを形成した。
対向回転ローター(counter−rotating rotors)を装備したHaake溶融ミキサーを、約130℃まで予備加熱し、ローター速度を約100rpmに設定した。約50グラムの非晶質ポリエステル樹脂(プロポキシル化ビスフェノール−エトキシル化ビスフェノール−テレフタル酸コポリマー)をHaakeミキサーに充填し、溶融した。この材料に対して、約4グラムのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(5重量%)および約1.36グラムのピペラジンをミキサーのキャビティにおいて添加し、この材料を約15分間溶融混合した。生成物をHaakeミキサーのキャビティから取り出し、冷却して固化させた。この固体材料を手で粉砕し、直径およそ1cmの自己乳化性粒子とした。この自己乳化性粒子を、温度が約95℃である脱イオン水約400グラムに攪拌しながら添加して、ラテックスを形成した。
約529.2グラムのDIW、約204.2グラムの非晶質ポリエステル樹脂(プロポキシル化ビスフェノール−エトキシル化ビスフェノール−テレフタル酸コポリマー)、実施例1の自己乳化性粒子から作製した約41.6グラムの無溶媒結晶性ポリエステルラテックス(約6.8重量%)、約2.26グラムのDowfax 2A1アニオン性界面活性剤、約52.9グラムのSun Chemical製シアン顔料PB15:3、および約46.2グラムのIGI製ポリエチレンワックスを、2リットルのプラスチックビーカーに充填した。得られたスラリー混合物のpHを、希硝酸で約4に調節した。得られた全トナースラリーを、ポータブルTurrexホモジナイザープローブを用い、約10分間、約4000〜約6000rpmにて均質化した。均質化プロセスの最中に、少量の硫酸アルミニウム凝集剤の添加も行った。得られた濃厚なトナースラリーを、機械攪拌器が取り付けられダブルインペラーを備えた2LのBuchiステンレススチール反応器中へ投入し、約450rpmにて約5分間攪拌した。
(実施例2で作製されたピペラジン含有トナーの帯電性能)
帯電特性は、約0.5グラムのトナーを、約1重量%のポリメチルメタクリレートでコーティングされた約10グラムの電子写真用キャリア(65μmのスチールコア、Hoeganaes Corporation)と組み合わせることで作製された現像剤を試験することによって測定した。現像剤をガラスビンに入れ、ペイントシェーカーを用いて1分間あたり約715サイクルにて混合した。
各環境にサンプルを一晩保持して完全に平衡状態とした。翌日、ターブラミキサー(Turbula mixer)にて約1時間サンプルを攪拌することにより、現像剤を帯電させた。トナー粒子上の電荷は、チャージスペクトログラフ(CSG)を用いて測定した。結果を図3に示す。図3は、本開示のトナーである実施例1のトナー(無溶媒ポリエステル・ピペラジンベースのトナー)の帯電を、比較トナーA(生産スケールにおいて転相乳化(PIE)で製造された溶媒ベースのポリエステル樹脂トナー)および比較トナーB(実験室スケールにおいて転相乳化(PIE)で製造された溶媒ベースのポリエステル樹脂トナー)、ならびに比較例1のトナー(無溶媒ポリエステル・NaOHベースのトナー)と比較するプロットを含む。低湿度試験(C‐Z)を約10℃および約15%RHの条件下にて実施し、一方、高湿度試験(A‐Z)を約28℃および約85%RHの条件下にて実施した。トナーの電荷は、CSGからのトナー電荷軌跡(toner charge trace)の中間点として算出した。電荷/距離(Q/d)を、ゼロラインからの偏位のミリメートル(mm)単位で報告するが、mm単位であるこの値に0.092をかけることによりfC/μmに変換することもできる。μC/グラム単位で表される、対応する電荷/質量(Q/m)も測定した。図3は、ベースラインの溶媒を用いてなるトナーと比較した、ピペラジンベースのトナーのQ/dのプロットを示す。図から分かるように、中和剤として無溶媒トナーに対するNaOHまたは溶媒ベースのトナーに対するNH4OHを用いることに代えて、中和剤としてピペラジンを用いても、帯電性能への悪影響はなかった。
トナーは、効果的なトナーの流動が可能となるよう、その凝着性が低いことが所望される。本開示のトナーおよび比較のトナーを、互いに重ねあわされたスクリーンA(53μm)、スクリーンB(45μm)およびスクリーンC(38μm)からなるスクリーン一式を用い、Hosokawa粉粒体流動性試験装置で試験した。ここでは、スクリーンの重量を記録後、開放皿(open dish)で秤量して指定の温度および50%の相対湿度にて環境チャンバー中で調整したトナーの約2グラムを、最上部のスクリーンへ添加した。Hosokawa粉粒体流動性試験装置の振動時間は、約1mmの振動にて約90秒間に設定した。約17時間後、サンプルを取り出して約30分間周囲環境に順応させた。再順応させたサンプルの各々を、上側に1000μm、下側に106μm、として重ね合わせた予め秤量済の2枚のメッシュ篩いに通すことにより、篩いにかけて測定した。
振動の後、スクリーンを取り出し、秤量してトナー重量を測定した[(振動後重量)−(振動前重量)=(残ったトナーの重量)]。熱凝着度(%)は、式:[(凝着%) = (R1/Ti)×100%+(R2/Ti)×60%+(R3/Ti)×20%]で算出した(式中、R1、R2、およびR3はそれぞれ、スクリーンA、B、およびCに残ったトナーの量であり、Tiは、最初のトナー量である)。その他のサンプルも作製し、チャンバー温度を変えて測定し、温度に対する熱凝着度(%)のプロットを作成した。結果を図4に示す。ベースライン流動を表す線と凝着を表す線との交点が熱凝着の開始点であった。
試験サンプルの定着性能を、Patriot(FBNF‐フリーベルトニップ定着器)オフライン溶融定着器を用いて評価した。まず、改造したDC12(定着器ランプを除去)を用いて一式の未定着画像を作製した。当該画像の、未塗工紙基材(ColorXpressions+90gsm、Xerox製)上における、単位面積あたりのトナー重量(TMA)は、約1.05mg/cm2であった。当該画像を、220mm/秒の処理速度、一定の範囲の定着ロール温度にて、オフラインPatriot溶融定着器に通した。図5に示すように、定着されたトナー画像の印刷光沢(ガードナー光沢単位(ggu))を、75°BYKガードナー光沢計を用いて、Xerox Digital Color Elite Gloss紙上に定着したトナーの単位面積あたりの値として測定した。
Claims (5)
- ポリエステル樹脂と、高濃度の界面活性剤と、固体中和剤とを、水および有機溶媒の非存在下で接触させて混合物を形成する工程であって、前記固体中和剤が、1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤である、前記工程;
前記混合物を溶融混合する工程;
前記溶融混合された混合物の自己乳化性複合物を形成する工程;
前記複合物を固化する工程;及び、
前記複合物を粒子化する工程、を含むプロセス。 - 前記自己乳化性複合物に水を添加して、ラテックス粒子を含有するラテックスエマルジョンを形成する工程;及び
前記ラテックスエマルジョンの形成に続いて、前記ラテックス粒子を回収する工程、を更に含むこと、及び
前記ポリエステル樹脂が、非晶質ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1に記載のプロセス。 - 結晶性ポリエステル樹脂と、高濃度の界面活性剤と、固体中和剤とを、水および有機溶媒の非存在下で接触させて混合物を形成する工程であって、前記固体中和剤が、1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤である、前記工程;
前記混合物を溶融混合する工程;
前記溶融混合された混合物の自己乳化性複合物を形成する工程;
前記複合物を固化する工程;及び、
前記複合物を粒子化する工程、を含むポリエステルトナーを作製するためのプロセス。 - さらに、前記自己乳化性複合物に水を添加することによりラテックスエマルジョンを形成する工程、及び、トナー組成物の1つまたは2つ以上の追加成分を、前記結晶性ポリエステル樹脂に添加する工程、のうち、少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項3に記載のプロセス。
- 少なくとも1種のポリエステル樹脂と、高濃度の界面活性剤と、固体中和剤とを含有し、且つ水と接触させることによりラテックスエマルジョンを形成する自己乳化性粒子であって、前記固体中和剤が、1個または2個以上の窒素原子を含む単環式化合物、1個または2個以上の窒素原子を含む多環式化合物、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される固体中和剤であることを特徴とする、前記自己乳化性粒子。
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