JP2011186460A - トナー粒子およびトナー粒子を製造するための方法 - Google Patents
トナー粒子およびトナー粒子を製造するための方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】トナー粒子であって、非晶質樹脂と、結晶質樹脂と、シアニン色素と、を含むトナー粒子である。また、トナー粒子であって、非晶質樹脂と、結晶質樹脂と、シアニン色素と、を含み、トナー粒子が、シアニン色素を含まない対応のトナー粒子よりも3℃〜8℃高いヒートコヒージョン性を有する、トナー粒子である。
【選択図】なし
Description
そのトナー粒子には、少なくとも1種の樹脂かまたは2種以上の樹脂の混合物を含み、たとえば、そのトナー粒子には、スチレン樹脂、UV硬化性樹脂、および/またはポリエステル樹脂を含んでいてよい。
(I)
[式中、mは約5〜約1000であってよい。]
(II)
[式中、bは約5〜約2000であり、dは約5〜約2000である。]
それらのトナーには、少なくとも1種のシアニン色素または2種以上のシアニン色素の混合物が含まれていてよい。そのシアニン色素は、トナー粒子全体にできるだけ均質に分散されているのがよい。シアニン色素は、ヒートコヒージョン性を改良するのに役立つとともに、場合によってはIR吸収剤としても役立つ。
(III)
(IV)
[式中、それぞれのR基は独立して、脂肪族短鎖であり、それらの一方または両方が、反応性の基(moieties)、たとえばN−ヒドロキシスクシンイミドまたはマレイミドであってもよい。]
(V)
[式中、
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、およびR8はそれぞれ独立して、水素、C1〜C6アルキル基、スルホネート、カルボキシレート、ヒドロキシル、置換アミンおよび四級アミンからなる群より選択される親水性置換基を有するC0〜C4アルキル基からなる群より選択され、そのためにR1〜R8、R11およびR12の少なくとも一つは、親水性置換基を有するC0〜C4アルキル基であり;
Y1およびY2はそれぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素、硫黄、および−S−C−、−N=C−、−O−C−、−C−C−などの基からなる群より選択されるが、ここでそれらの原子または基は、C1〜C6アルキルまたはヘテロ原子置換のC1〜C6アルキル(そのヘテロ原子はO、NまたはSである)でさらに置換されていてよく;
R11およびR12はそれぞれ独立して、R14H、R14SHおよびR14OHからなる群より選択されるが、ここでR14は、C3〜C30アルキル、およびフェニル、ヒドロキシル、スルホニル、もしくはハロゲン原子を有するC3〜C30アルキル、またはヘテロ原子置換フェニルからなる群より選択され;そして
Lは、メチン、置換基C1〜C30アルキル基を有するメチン基、ならびにフェニル、ヒドロキシル、スルホニル、ハロゲン原子、ヘテロ原子置換のフェニルまたはC1〜C4アルコキシルを有する置換されたC1〜C30アルキル基を有するメチン基からなる群より選択されるが、ここで、色素またはハプテン(hapten)としてそれらを使用するための使用説明書に従った活性成分として、nは、1、2、3またはそれより大きい。]
(VI)
[式中、
nは、0、1、または2であり;
R1およびR3は独立して、約1〜約20個の炭素原子を有する置換もしくは非置換のアルキル基、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブチルなどであり;
R2は、ハロゲン、1〜約18個の炭素原子を含む炭化水素基、ヘテロ原子含有基たとえばチエニル基およびアミノ基からなる群より選択され;
X−は、各種適切な対イオン、たとえばBF4 −、Cl−、ClO4 −、Br−、I−などであってよく;そして
両端の環状基(置換もしくは非置換)には約4〜約28個の炭素原子を含む。]
1−ブチル−2−(2−[3−[2−(1−ブチル−1H−ベンゾ[cd]インドル−2−イリデン)−エチリデン]−2−フェニル−シクロペンテ−1−エニル]−ビニル)−ベンゾ[cd]インドリウムテトラフルオロボレート、独国のFEW・ケミカルズ・GmbH(FEW Chemicals GmbH)からS−0813として市販されているもの;
日本国の(株)林原生物化学研究所(Hayashibara Biochemical laboratories,Inc.)からNK2911として市販されているもの;および
日本国の(株)林原生物化学研究所(Hayashibara Biochemical laboratories,Inc.)からNK4680として市販されているものなどである。
いくつかの実施態様においては、1種、2種またはそれ以上の界面活性剤を使用して、樹脂、シアニン色素、および/またはその他の成分を1種または複数の界面活性剤と接触させることによって、エマルションを形成させてもよい。それらの界面活性剤は、イオン性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤から選択すればよい。「イオン性界面活性剤」という用語には、アニオン性界面活性剤とカチオン性界面活性剤とが含まれる。界面活性剤は、トナー組成物の約0.01〜約5重量%、たとえば約0.75〜約4重量%、または約1〜約3重量%の量で存在させればよい。
そのトナー粒子には、1種または複数のワックスが含まれていてよい。これらの実施態様においては、そのエマルションには樹脂とワックス粒子とが所望の担持レベルで含まれていて、それによって、別々になった樹脂エマルションとワックスエマルションではなく、単一の樹脂とワックスエマルションが得られるようになるであろう。しかしながら、そのワックスをたとえば樹脂と共に別途に乳化させて、別途に最終製品の中に組み入れてもよい。
そのトナー粒子にさらに、少なくとも1種の着色剤を含んでいてもよい。たとえば、本明細書で使用する着色剤または顔料としては、顔料、色素、顔料と色素との混合物、顔料の混合物、色素の混合物、などが挙げられる。簡単にするために、本明細書で使用するとき「着色剤」という用語は、そのような着色剤、色素、顔料、および混合物を包含しているものとするが、特定の顔料またはその他の着色剤を指定している場合は別である。着色剤は、組成物の全重量を基準にして約0.1〜約35重量%、たとえば約1〜約25重量%の量で含まれていてよい。
本発明に開示のトナーを製造するためのエマルションアグリゲーションプロセスでは、少なくとも1種のコアギュラント、たとえば一価金属コアギュラント、二価金属コアギュラント、ポリイオンコアギュラントなどを使用する。本明細書で使用するとき、「ポリイオンコアギュラント」という用語は、塩または酸化物、たとえば少なくとも3、少なくとも4、または少なくとも5の原子価を有する金属種から形成された金属塩または金属酸化物である、コアギュラントを意味している。適切なコアギュラントとしては、たとえば以下のものが挙げられる:アルミニウムをベースとするコアギュラント、たとえば、ポリハロゲン化アルミニウムたとえば、ポリフッ化アルミニウムおよびポリ塩化アルミニウム(PAC)、ポリケイ酸アルミニウムたとえばポリスルホケイ酸アルミニウム(PASS)、ポリ水酸化アルミニウム、ポリリン酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどである。その他の適切なコアギュラントとしては、以下のものが挙げられる(これらに限定される訳ではない):テトラアルキルチタネート、ジアルキルスズオキシド、テトラアルキルスズオキシドヒドロキシド、ジアルキルスズオキシドヒドロキシド、アルミニウムアルコキシド、アルキル亜鉛、ジアルキル亜鉛、酸化亜鉛、酸化第一スズ、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズオキシドヒドロキシド、テトラアルキルスズなどである。コアギュラントがポリイオンコアギュラントである場合には、そのコアギュラントには、各種所望の数で存在するポリイオン原子を有していてよい。たとえば、いくつかの実施態様においては、適切なポリアルミニウム化合物には、化合物中に存在する約2〜約13個、たとえば約3〜約8個のアルミニウムイオンを有する。
トナー粒子を形成させるためには、好適なエマルションアグリゲーションプロセスであれば、どのようなプロセスを使用したり改良したりしてもよく、特に制限はない。エマルションアグリゲーションプロセスには一般的には、乳化、アグリゲート化(aggregating)、コアレセンス化(coalescencing)、洗浄、および乾燥の工程が含まれる。エマルションアグリゲーショントナーについての記載がある米国特許文献としては、たとえば、米国特許第5,278,020号明細書および米国特許第7,029,817号明細書、ならびに米国特許出願公開第2008/0107989号明細書が挙げられる。これらの手順を改良して、シアニン色素が容易に包含されるようにし、ヒートコヒージョン性を改良してもよい。
樹脂とシアニン色素とが類似の溶解性パラメータを有しているような場合には、樹脂とシアニン色素を溶解させるのに同一の溶媒を使用して、できるだけ均質な溶液を作ることができる。樹脂とシアニン色素とを、相互に乳化させてもよい。しかしながら、樹脂エマルションとシアニン色素エマルションとを同時に調製しない場合には、樹脂を調製済みのシアニン色素エマルションに添加してもよいし、シアニン色素を調製済みの樹脂エマルションに添加してもよいし、あるいは調製済みのシアニン色素エマルションを調製済みの樹脂エマルションに添加してもよい。エマルションの乳化は、機械的に実施しても、化学的に実施してもよい。
次いでその樹脂−シアニン色素−任意成分の添加剤の混合物を、たとえば約2000〜約6000rpmで均質化させて、静的に結合された(statically bound)予備アグリゲート化粒子(pre−aggregated particle)を形成させる。次いでその静的に結合された予備アグリゲート化粒子をその樹脂のガラス転移温度よりは低いアグリゲーション温度にまで加熱して、アグリゲート化粒子(aggregated particle)を形成させる。たとえば、予備アグリゲート化粒子を、約40℃〜約60℃、たとえば約30℃〜約50℃または約35℃〜約45℃のアグリゲーション温度にまで加熱するのがよい。その粒子を、そのアグリゲーション温度に、たとえば約30分間〜約600分間、たとえば約60分間〜約400分間、または約200分間〜約300分間の間保持するのがよい。
アグリゲート化粒子の成長を所望のサイズに凍結させた後で、場合によってはそのアグリゲート化粒子を再び、樹脂のガラス転移温度以上のコアレセンス温度にまで加熱して、アグリゲート化粒子をコアレス化させてコアレス化粒子としてもよい。たとえば、アグリゲート化粒子を、約60℃〜約100℃、たとえば約70℃〜約90℃、または約75℃〜約85℃のコアレセンス温度に加熱すればよい。その粒子を、そのコアレセンス温度に、たとえば約30分間〜約600分間、たとえば約60分間〜約400分間、または約200分間〜約300分間の間保持するのがよい。
所望により、または必要により、トナー粒子を他の任意成分の添加剤とブレンドしてもよい。たとえば、トナー粒子を流動助剤用添加剤とブレンドし、それによって、トナー粒子の表面上にそのような添加剤を存在させてもよい。それらの添加剤の例としては、以下のものが挙げられる:金属酸化物たとえば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化スズ、それらの混合物など;コロイダルシリカおよびアモルファスシリカたとえば、アエロジル(AEROSIL)(登録商標);脂肪酸の1種または複数の金属塩たとえば、ステアリン酸亜鉛、酸化アルミニウム、酸化セリウム、およびそれらの混合物などである。それらの外部添加剤はそれぞれ、トナーの約0.1〜約5重量%、たとえば約0.25〜約3重量%の量で存在させてよい。適切な添加剤としては、米国特許第3,590,000号明細書、米国特許第3,800,588号明細書、および米国特許第6,214,507号明細書に開示されているものが挙げられる。
トナー粒子をキャリヤ粒子と混合することによって、トナー粒子を現像剤組成物に配合して、二成分現像剤組成物を得てもよい。その現像剤の中のトナー濃度は、現像剤の全重量の約1〜約25重量%、たとえば約2〜約15重量%とするのがよい。
トナー粒子と混合するために使用してもよいキャリヤ粒子の例としては、トナー粒子の電荷とは反対の極性の電荷を摩擦電気的に得ることが可能である粒子が挙げられる。好適なキャリヤ粒子の例を示せば、粒状のジルコン、粒状のケイ素、ガラス、スチール、ニッケル、フェライト、鉄フェライト、二酸化ケイ素などが挙げられる。その他のキャリヤとしては、米国特許第3,847,604号明細書、米国特許第4,937,166号明細書、および米国特許第4,935,326号明細書に開示されているものが挙げられる。
183.25gの非晶質樹脂(XP777、ポリエステル樹脂(プロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂)、ライヒホールド(Reichhold)から入手可能)エマルション(45.84重量%)および56.00gの不飽和CPE(塩素化ポリエチレン樹脂(Chlorinated Polyethylene))樹脂エマルション(UCPE、30重量%)を、オーバーヘッドスターラおよび加熱マントルを備えた2Lのガラス製反応器の中に加えた。均質化させながら41.82gのAl2(SO4)3溶液(1重量%)を凝集剤として添加した。次いでその混合物を、アグリゲーションのために300rpmで47.2℃に加熱した。そのコア粒子の体積平均粒径が5.20μmでGSDが1.23に達するまで、コールターカウンタ(Coulter Counter)を用いて粒径をモニタした。次いで、85.52gの上述のXP777樹脂エマルションをシェルとして添加すると、平均粒径が6.75μmでGSDが1.22のコア−シェル構造の粒子が得られた。次いで、1.615gのEDTA(エチレンジアミン四酢酸)(39重量%)およびNaOH(4重量%)を使用して、その反応スラリーのpHを6.9にまで上昇させることによりその粒子の成長を凍結させた。粒子の成長を凍結させてから、その反応混合物を加熱して69.9℃とし、そのpHを5.9にまで下げて、コアレセンスさせた。コアレセンスをさせてから、そのトナーを急冷し、冷却して室温とし、篩別(25μm)濾過により分離し、洗浄し、凍結乾燥させた。最終的なトナー粒子は、6.28μmの最終粒径、1.23のGSD、および0.982の円形度を有していた。
[a.樹脂およびNK−2911を含むエマルションの調製]
120gの非晶質樹脂(XP777)および0.24gのNK−2911のIR吸収剤を、約900gの酢酸エチルを含む2Lのビーカの中に秤込んだ。その混合物を、室温、約300rpmで撹拌して、樹脂およびIR吸収剤を酢酸エチルの中に溶解させた。2.56gの重炭酸ナトリウムを、約700gの脱イオン水を含む3Lのパイレックス(Pyrex)ガラスフラスコ反応器の中に秤込んだ。アイカ(IKA)のウルトラ・ツラックス(Ultra Turrax)T50ホモジナイザを用い4,000rpmで、前記3リットルのガラスフラスコ反応器中の前記水溶液の均質化を開始した。次いで、その混合物の均質化を継続しながら、樹脂溶液を水溶液の中に徐々に注入し、ホモジナイザの速度を8,000rpmにまで上げ、その条件で均質化を約30分間実施した。均質化が完了したら、そのガラスフラスコ反応器およびその内容物を加熱マントルの中に入れ、蒸留装置に接続した。混合物を約275rpmで撹拌しながら、混合物の温度を約1℃/分の速度で80℃にまで上げて、その混合物から酢酸エチルを留去した。その混合物の撹拌を80℃で約180分間続けてから、約2℃/分の速度で冷却して室温とした。25μmの篩を通過させて、その反応生成物を篩別した。そのようにして得られた樹脂エマルションは、水中の固形分が約19.61重量パーセントであり、135nmに平均粒径を有していた。
367.16gの実施例1aの非晶質樹脂とIR吸収剤とのエマルションおよび48gの不飽和CPE樹脂エマルション(UCPE、30重量%)を、オーバーヘッドスターラおよび加熱マントルを備えた2Lのガラス製反応器の中に加えた。均質化させながら35.84gのAl2(SO4)3溶液(1重量%)を凝集剤として添加した。次いでその混合物を、アグリゲーションのために260rpmで40.8℃に加熱した。そのコア粒子の体積平均粒径が4.54μmでGSDが1.21に達するまで、コールターカウンタ(Coulter Counter)を用いて粒径をモニタした。次いで、171.34gの上述の樹脂とIR吸収剤とのエマルションをシェルとして添加すると、平均粒径が5.77μmでGSDが1.22のコア−シェル構造の粒子が得られた。次いで、1.39gのEDTA(39重量%)およびNaOH(4重量%)を使用して、その反応スラリーのpHを7.25にまで上昇させることにより、その粒子の成長を凍結させた。粒子の成長を凍結させてから、その反応混合物を加熱して69℃とし、そのpHを5.9にまで下げて、コアレセンスさせた。コアレセンスをさせてから、そのトナーを急冷し、冷却して室温とし、篩別(25μm)により分離し、洗浄し、凍結乾燥させた。最終的なトナー粒子は、5.77μmの最終粒径、1.24のGSD、および0.983の円形度を有していた。
[a.樹脂およびNK−4680を含むエマルションの調製]
このエマルションは、実施例1aに略述したのと同じ手順に従って調製したが、ただし、IR吸収剤としてNK2911に代えてNK4680を使用した。
363.09gの実施例2aの非晶質樹脂とIR吸収剤とのエマルションおよび48gの不飽和CPE樹脂エマルション(UCPE、30重量%)を、オーバーヘッドスターラおよび加熱マントルを備えた2Lのガラス製反応器の中に加えた。均質化させながら35.84gのAl2(SO4)3溶液(1重量%)を凝集剤として添加した。次いでその混合物を、アグリゲーションのために250rpmで40.3℃に加熱した。そのコア粒子の体積平均粒径が4.63μmでGSDが1.23に達するまで、コールターカウンタ(Coulter Counter)を用いて粒径をモニタした。次いで、169.44gの上述の樹脂とIR吸収剤とのエマルションをシェルとして添加すると、平均粒径が5.60μmでGSDが1.23のコア−シェル構造の粒子が得られた。次いで、1.39gのEDTA(39重量%)およびNaOH(4重量%)を使用して、その反応スラリーのpHを7.6にまで上昇させることにより、その粒子の成長を凍結させた。粒子の成長を凍結させてから、その反応混合物を加熱して69.3℃とし、そのpHを5.9にまで下げて、コアレセンスさせた。コアレセンスをさせてから、そのトナーを急冷し、冷却して室温とし、篩別(25μm)により分離し、洗浄し、凍結乾燥させた。最終的なトナー粒子は、5.60μmの最終粒径、1.23のGSD、および0.970の円形度を有していた。
[a.樹脂およびS−0813を含むエマルションの調製]
このエマルションは、実施例1aおよび2aに略述したのと同じ手順に従って調製したが、ただし、IR吸収剤としてNK2911またはNK−4680に代えてS−0813を使用した。
311.02gの実施例3aの非晶質樹脂とIR吸収剤とのエマルションおよび48gの不飽和CPE樹脂エマルション(UCPE、30重量%)を、オーバーヘッドスターラおよび加熱マントルを備えた2Lのガラス製反応器の中に加えた。均質化させながら35.84gのAl2(SO4)3溶液(1重量%)を凝集剤として添加した。次いでその混合物を、アグリゲーションのために300rpmで43.1℃に加熱した。そのコア粒子の体積平均粒径が4.68μmでGSDが1.23に達するまで、コールターカウンタ(Coulter Counter)を用いて粒径をモニタした。次いで、145.14gの上述の樹脂とIR吸収剤とのエマルションをシェルとして添加すると、平均粒径が5.96μmでGSDが1.25のコア−シェル構造の粒子が得られた。次いで、1.39gのEDTA(39重量%)およびNaOH(4重量%)を使用して、その反応スラリーのpHを6.89にまで上昇させることにより、その粒子の成長を凍結させた。粒子の成長を凍結させてから、その反応混合物を加熱して74.2℃とし、そのpHを5.9にまで下げて、コアレセンスさせた。コアレセンスをさせてから、そのトナーを急冷し、冷却して室温とし、篩別(25μm)により分離し、洗浄し、凍結乾燥させた。最終的なトナー粒子は、6.41μmの最終粒径、1.27のGSD、および0.981の円形度を有していた。
Claims (3)
- トナー粒子であって、
非晶質樹脂と、
結晶質樹脂と、
シアニン色素と、
を含むトナー粒子。 - トナー粒子であって、
非晶質樹脂と、
結晶質樹脂と、
シアニン色素と、
を含み、
前記トナー粒子が、前記シアニン色素を含まない対応のトナー粒子よりも3℃〜8℃高いヒートコヒージョン性を有する、トナー粒子。 - トナー粒子を製造するための方法であって、前記方法が、
非晶質樹脂、結晶質樹脂、シアニン色素、任意成分の着色剤、および任意成分のワックスを乳化して、予備アグリゲート化粒子を形成する工程と、
前記予備アグリゲート化粒子をアグリゲート化して、アグリゲート化粒子を形成する工程と、
前記アグリゲート化粒子をコアレスして、コアレス化粒子を形成する工程と、
前記コアレス化粒子を単離する工程と、
を含むトナー粒子を製造するための方法。
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