JP2011500884A - 無孔シェルを有する多孔性粒子 - Google Patents

Abstract

本発明は、コアおよびシェルに共通のバインダーポリマーを含有し、コアが多孔性を有し、かつ、シェルが無孔であるコア−シェルポリマー粒子である。これらの粒子の間隙率は１０〜７０パーセントである。

Description

本発明は、特性が改良された新規粒子、より詳細には、多孔性を有するポリマー粒子、更に詳細には、多孔性コアおよび無孔シェルを有し、コアとシェルとが同じポリマーであるトナー粒子に関する。

常套の電子写真トナーパウダーは、バインダーポリマーおよび他の成分、例えば顔料および電荷制御剤で構成（ｍａｋｅ ｕｐ）され、これらは加熱ロールまたは押出機において溶融ブレンドされる。次に、生じる凝固ブレンドを粉砕するかまたは微粉砕してパウダーを形成する。この常套のプロセスにはある欠点が内在する。例えば、粉砕を容易にするために、バインダーポリマーは脆くなければならない。粉砕性の改良は、低分子量ポリマーバインダーにおいて達成されうる。しかしながら、低分子量バインダーにはいくつかの欠点がある。低分子量バインダーは、トナー／デベロッパーフレークを形成する傾向があり、電子写真デベロッパー組成物用のトナーパウダーと混合されるキャリア粒子のスカミングを促進し、低分子量バインダーの低い溶融弾性は電子写真複写装置の熱定着ローラーへのトナーのオフセットを増加させ、バインダーポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は制御が困難である。加えて、ポリマーの粉砕は広い粒度分布を招く。従って、有用なトナーの収率が低く、製造コストが高くなる。更に、トナーの微粉は、複写装置のデベロッパーステーション（ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）にたまり、デベロッパーの寿命に悪影響を及ぼす。

化学的に製造されるトナーによって予め製造されたポリマーからのトナーポリマーパウダーの製造方法、例えば「蒸発制限凝集（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）」（ＥＬＣ）、は、トナー粒子を製造する常套の粉砕法を上回る多くの利点を提供する。ＥＬＣにおいて、サイズ分布の狭いポリマー粒子は、水に対して非混和性の溶媒においてポリマーの溶液を形成し、そのようにして形成された溶液をソリッドコロイド安定剤を含む水性媒体中に分散させ、溶媒を除去することによって得られる。次に得られた粒子を単離し、洗浄し、かつ、乾燥する。

この技術の実施において、ポリマー粒子は、水に対して非混和性の溶媒に可溶なあらゆるタイプのポリマーから製造される。従って、生じる粒子のサイズおよびサイズ分布は、用いられる特定のポリマー、溶媒の相対量、水に不溶なソリッド粒子サスペンション安定剤、典型的にはシリカもしくはラテックス、の量およびサイズ、およびローター−ステータータイプのコロイドミル、高圧ホモジナイザー、撹拌などを使用する機械的剪断によって小さくされる溶媒−ポリマー液滴のサイズによって予め決定され、制御されうる。

このタイプの制限凝集技術は、静電トナー粒子の製造に関連する非常に多くの特許に記述されている。なぜなら、そのような技術が典型的に実質的に均一なサイズ分布のポリマー粒子の形成をもたらすからである。トナーの製造において用いられる代表的な制限凝集法は、Ｎａｉｒらに与えられている米国特許４，８３３，０６０および４，９６５，１３１、Ｔｙａｇｉに与えられている米国特許６，２９４，５９５に記述されており、これらが含む全てを参照することによって本明細書中に組み込む。

この技術は下記工程を含む：ポリマー材料と溶媒と要すれば着色剤および電荷制御剤とを混合して有機相を形成する工程；粒子状安定剤を含有する水相中にこの有機相を分散させ、この混合物をホモジナイズする工程；溶媒を蒸発させ、生じる生成物を洗浄および乾燥する工程。

電子写真プロセス（ＥＰ）において基材に適用されるトナーの量を削減する必要がある。電子写真プロセスにおける多孔性トナー粒子は、潜在的に画像領域のトナーの質量を削減しうる。単純化すると、間隙率５０％のトナー粒子は、同じ画像を生じるためにわずか半分の質量しか必要としない。従って、間隙率が上昇したトナー粒子が１ページあたりのコストを下げ、そのうえ、プリントのスタックの高さも減らす。多孔性トナーの適用は、プリントのコストを削減し、かつ、プリント品質を改良する実際的なアプローチを提供する。

米国特許３，９２３，７０４、４，３３９，２３７、４，４６１，８４９、４，４８９，１７４およびＥＰ ００８３１８８は、第１エマルジョンを第２水相に混合してポリマービーズを形成することによる多重エマルジョンの調製を議論している。このプロセスは、間隙率の制御がほとんどない、サイズ分布の大きい多孔性ポリマー粒子を生じる。これはトナー粒子に好適ではない。

米国出願番号２００５／００２６０６４は、多孔性トナー粒子を記述している。しかしながら、粒度分布の制御は問題が多く、この多孔性粒子は多孔性表面を有する。常套のトナーはソリッド表面を有し、特性、例えば摩擦帯電および転写、が多孔性表面によって悪影響を受ける。本発明は、これらの問題を解決し、あまり複雑でない多孔性粒子の製造方法を提供する。

米国特許５，６０８，０１７および５，７１７，０４１は、キャビティ構造を有するトナーとして有用な重合粒子を記述している。しかしながら、これらの特許における図３は、キャビティが粒子表面につながり、粒子表面を多孔性にしていることを示している。

米国特許４，３７９，８２５は、エマルジョンコンパウンドを含む高分子材料を混合し、混練することによって作られる多孔性トナーを記述している。このトナーは表面にボイドまたは孔を有する。

特開昭６３−１４７１７１は、ウエットシステムとドライシステムの利点を組み合わせることによって構成される現像システムに好適なデベロッパーを記述しており、直径の小さなスポンジに液体デベロッパーを含浸させる。前記直径の小さなスポンジは多孔性表面を有する。

特開平０８−２２０７９３は、トナー粒子の間隙率が０．５１〜０．５４であると明記されている電子写真トナーを記述している。しかしながら、無孔シェルへの言及はない。

特開平０１−１６７８４６は、微孔性ポリマー粒子の孔に液体インクを含浸することによって形成されるトナーを記述している。多孔性表面は、インクを含浸するために必要とされている。

本発明の目的は、多孔性を有するポリマー粒子を提供することにある。

本発明の別の目的は、多孔性を有するトナー粒子を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、サイズ分布の狭いトナー粒子を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、ソリッドトナー粒子の表面特性と同様の表面特性を有する多孔性トナー粒子を提供することにある。

本発明は、コアおよびシェルに共通のバインダーポリマーを含有し、コアが多孔性を有し、シェルが無孔であるコア−シェルポリマー粒子である。この粒子の間隙率は１０〜７０パーセントである。

図１は、本発明による多孔性内部および無孔シェルを示す、実施例１の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。 図２は、本発明による多孔性内部および無孔シェルを示す、実施例２の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。 図３は、本発明による多孔性内部および無孔シェルを示す、実施例３の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。 図４は、内孔がないことを示す、比較例４の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。 図５は、内孔がないことを示す、比較例５の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。 図６は、本発明による多孔性内部および無孔シェルを示す、実施例６の破砕粒子のＳＥＭ断面図である。

本発明の他の利点および能力と共に、本発明のより良好な理解のために、上記図面との関連で下記詳細な説明および添付の特許請求の範囲への言及を行う。

発明の詳細な説明
電子写真法における多孔性トナー粒子の使用は、画像領域におけるトナーの質量を削減する。例えば、間隙率５０％のトナー粒子は、同じ画像を生じるのにわずか半分の質量しか必要としない。従って、間隙率の高いトナー粒子は、１ページあたりのコストを下げ、そのうえ、プリントのスタックの高さを減少させる。本発明の多孔性トナー技術は、薄いい画像を提供して、典型的なＥＰ印刷よりも画像品質を改良し、カールを減らし、画像の浮きを減らし、融解エネルギーを節約し、かつ、オフセット印刷に近く感じる／見える。加えて、本発明の着色多孔性粒子は、カラープリントとモノクロプリントとのコストギャップを狭くする。それらの潜在性は、ＥＰプロセスをより広い適用範囲に拡張し、ＥＰ技術により多くのビジネスチャンスを作ることが期待されている。

多孔性ポリマー粒子は、様々な用途、例えばクロマトグラフィーカラム、イオン交換および吸着樹脂、ドラッグデリバリービヒクルとして、組織工学用スキャフォルド、化粧品処方において、および紙およびペイント産業において使用されている。ポリマー粒子の内側に孔を生じる方法は、ポリマーサイエンスの分野で既知である。しかしながら、トナーバインダー材料への特定の要求、例えば好適なガラス転移温度、架橋密度およびレオロジー、および間隙率の増加に由来する粒子の脆性に対する感度、のために、多孔性トナーの製造は容易ではない。本発明において、多孔性粒子は、サスペンションプロセス、特にＥＬＣプロセスを相分離と併用して製造される。

本発明の粒子は多孔性コアと無孔シェルとを有し、コアは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによって推奨されている、それぞれ２ｎｍ未満、２〜５０ｎｍ、および５０ｎｍ超の孔への分類である、「ミクロ」、「メソ」および「マクロ」孔を有する。用語多孔性は、本明細書中、全てのサイズの孔（開気孔や閉気孔を含む。）を含むために使用される。シェルは無孔（倍率５０００倍で粒子（断面の）表面の走査電子顕微鏡法によって測定する場合に孔の含量が１％以下であることを示す。）である。

本発明の多孔性コア−シェル粒子は、いくつかの技術によって製造されうる。例えば、多孔性粒子は、溶融ポリマーを用いるスプレーコーティングおよび冷却によって、またはポリマー溶液を用いるスプレーコーティングおよび乾燥によって、無孔シェルでオーバーコートされうる。

更に、コア−シェル粒子の製造用の他の一般の技術を使用してもよいが、本発明の多孔性粒子は、コアとシェルとに同じポリマーを有し、このことが既知の方法による合成を困難にするかまたは不可能にしている。例えば、ポリマー溶液を用いてスプレーコーティングする場合、溶媒は、ほぼ確実に予め作られた多孔性コアの全てまたはいくつかを溶解して無孔にする。

本発明の多孔性コア−シェル粒子の好ましい製造方法は、水中油エマルジョンの形成を伴い、本質的に４段階プロセスであって、第３工程がコアに間隙を形成するための相分離を含む４段階プロセスである。

第１工程は、溶解ポリマーを含む第１有機溶媒を提供する工程である。

本発明は、水と非混和性である溶媒中に溶解されることが可能なあらゆるタイプのポリマーまたは樹脂からのポリマー粒子の製造に適用可能であり、ポリマーそれ自体は実質的に水に不溶である。有用なポリマーとしては、ビニルモノマー、例えばスチレンモノマー、および縮合モノマー、例えばエステルおよびそれらの混合物から誘導されるポリマーが挙げられる。バインダーポリマーとして、既知のバインダー樹脂が利用可能である。具体的には、このバインダー樹脂としては、ホモポリマーおよびコポリマー、例えばポリエステル、スチレン、例えばスチレンおよびクロロスチレン；モノオレフィン、例えばエチレン、プロピレン、ブチレンおよびイソプレン；塩化ビニル；ビニルエステル、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルおよび酪酸ビニル；α−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ドデシルアクリレート、オクチルアクリレート、フェニルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレートおよびドデシルメタクリレート；ビニルエーテル、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルおよびビニルブチルエーテル；およびビニルケトン、例えばビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンおよびビニルイソプロペニルケトンが挙げられる。特に望ましいバインダーポリマー／樹脂としては、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン／アルキルアクリレートコポリマー、スチレン／アルキルメタクリレートコポリマー、スチレン／アクリロニトリルコポリマー、スチレン／ブタジエンコポリマー、スチレン／無水マレイン酸コポリマー、ポリエチレン樹脂およびポリプロピレン樹脂が挙げられる。それらとしては、更に、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、変性ロジン、パラフィンおよびワックスが挙げられる。更に、芳香族または脂肪族ジカルボン酸と１種類以上の脂肪族ジオールとのポリエステル、例えばイソフタル酸またはテレフタル酸またはフマル酸と、ジオール、例えばエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノールおよびエチレンオキシドもしくはプロピレンオキシドのビスフェノール付加物、とのポリエステル、が特に有用である。

好ましくは、ポリエステル樹脂の酸価（樹脂１グラムあたりの水酸化カリウムのミリグラム数で表される。）は、２〜１００の範囲にある。ポリエステルは飽和であっても不飽和であってもよい。これらの樹脂の中で、スチレン／アクリルとポリエステル樹脂とが特に好ましい。

本発明の実施において、酢酸エチル中の２０重量パーセント溶液として２５℃において測定した場合に１〜１００センチポアズの範囲内の粘度を有する樹脂を利用することが特に有利である。

ポリマーを溶解し、更に、水と非混和性であるあらゆる好適な有機溶媒、例えばクロロメタン、ジクロロメタン、酢酸エチル、酢酸プロピル、トリクロロメタン、四塩化炭素、塩化エチレン、トリクロロエタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、２−ニトロプロパンなど、が本発明の実施において使用されうる。多くのポリマーに関する良好な溶媒であり、同時に、水に難溶性であるという理由から、本発明の実施において特に有用な溶媒は、酢酸エチルおよび酢酸プロピルである。更に、それらの揮発性は、それらが下記のように蒸発によって不連続相液滴から容易に除去されるほどである。

バインダーポリマーを溶解し、水に対して非混和性である溶媒は、任意に、上に挙げたリストから選択される２種類以上の水非混和性溶媒の混合物であってもよい。任意に、溶媒は、１種類以上の上記溶媒と、少量の水非混和性であるバインダーポリマーに対する非溶媒、例えばヘプタン、シクロヘキサン、ジエチルエーテルなど、と、の混合物を含有していてもよく、非溶媒は乾燥および単離の前にバインダーポリマーを沈殿させるのに十分でないように少量で添加されている。

一般的に電子写真トナー中に存在する様々な添加剤、例えば着色剤、電荷制御剤、および離型剤、例えばワックスおよび滑剤、を、バインダーポリマーに、溶媒における溶解前に添加しても、溶解段階それ自体の後に添加してもよい。

本発明の実施における使用に好適な着色剤、顔料または染料は、例えば、米国再発行特許３１，０７２および米国特許４，１６０，６４４、４，４１６，９６５、４，４１４，１５２および２，２２９，５１３に開示されている。着色剤として、既知の着色剤が使用されうる。着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー（Ｃａｌｃｏｉｌ Ｂｌｕｅ）、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド（Ｄｕ Ｐｏｎｔ Ｏｉｌ Ｒｅｄ）、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド（Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｂｌｕｅ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート（Ｍａｌａｃｈｉｔｅ Ｇｒｅｅｎ Ｏｘａｌａｔｅ）、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：１およびＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３が挙げられる。着色剤は、概して、本発明の実施において、全トナーパウダー重量ベースで約１〜約９０重量パーセントの範囲で、好ましくは約２〜約２０重量パーセントの範囲で、最も好ましくは４〜１５重量パーセント用いられうる。着色剤含量が４重量％以上であると十分な着色パウダーが得られ、１５重量％以下であると良好な透明性が得られる。更に、着色剤の混合物を使用してもよい。あらゆる形態、例えばドライパウダー、その水性もしくはオイル分散体、または湿った塊（ｗｅｔ ｃａｋｅ）、の着色剤が本発明において使用されうる。そのうえ、あらゆる方法、例えばメディアミル（ｍｅｄｉａ−ｍｉｌｌ）またはボールミル（ｂａｌｌ−ｍｉｌｌ）、によって粉砕された着色剤も使用されうる。

本発明において好ましく使用される離型剤はワックスである。具体的には、本発明において利用可能な離型剤は、低分子量ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリブテン；加熱によって軟化されうるシリコーン樹脂；脂肪酸アミド、例えばオレアミド、エルカミド、リシノールアミドおよびステアラミド；ベジタブルワックス、例えばカルナウバ臘、ライスワックス、カンデリラワックス、木臘およびホホバ油；アニマルワックス、例えば蜜蝋；鉱物および石油ワックス、例えばモンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、ミクロクリスタリンワックスおよびフィッシャー−トロプシュワックス；およびそれらの変性生成物である。極性の高いワックスエステルを含むワックス、例えばカルナウバ臘またはカンデリラワックス、を離型剤として使用する場合、トナー粒子表面に曝されるワックスの量は多くなる傾向がある。一方、極性の低いワックス、例えばポリエチレンワックスまたはパラフィンワックスを使用する場合、トナー粒子表面に曝されるワックスの量は少なくなる傾向がある。

トナー粒子表面に曝されるワックスの量の傾向に関係なく、融点３０〜１５０℃のワックスが好ましく、融点４０〜１４０℃のワックスがより好ましい。

ワックスは、例えば、トナーに対して０．１〜２０質量％、好ましくは０．５〜９質量％である。

用語「電荷制御」は、トナー付加物が生じるトナーの摩擦帯電特性を変性する傾向を云う。トナーを正に帯電させる非常に多種多様の電荷制御剤が利用可能である。大きいが、数が少ないトナーを負に帯電させる電荷制御剤もまた利用可能である。好適な電荷制御剤は、例えば米国特許３，８９３，９３５、４，０７９，０１４、４，３２３，６３４、４，３９４，４３０および英国特許１，５０１，０６５および１，４２０，８３９に開示されている。電荷制御剤は、一般的に少量、例えばトナーの重量に対して約０．１〜約５重量パーセント、で用いられる。有用な別の電荷制御剤は、米国特許４，６２４，９０７、４，８１４，２５０、４，８４０，８６４、４，８３４，９２０、４，６８３，１８８および４，７８０，５５３に記述されている。電荷制御剤の混合物もまた使用されうる。

本発明の多孔性粒子の形成における第２工程は、米国特許４，８８３，０６０、４，９６５，１３１、２，９３４，５３０、３，６１５，９７２、２，９３２，６２９および４，３１４，９３２（これらの開示は、参照することによって本明細書中に組み込まれる。）に記述されている変性ＥＬＣプロセスにおいて安定剤ポリマー、例えばポリビニルピロリドンもしくはポリビニルアルコールまたはより好ましくはコロイドシリカ、例えばＬＵＤＯＸ^ＴＭもしくはＮＡＬＣＯ^ＴＭもしくはラテックス粒子のいずれかを含む水相中に上記ポリマー溶液を分散させることによってエマルジョンを形成することを伴う。

好ましくは、本発明の方法の第２工程において、ポリマー溶液を、コロイドシリカ安定剤を含む水相と混合して、液滴の水性サスペンションを形成し、これを剪断もしくは伸張（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌ）混合または同様のフロープロセスにさらして液滴サイズを小さくし、制限凝集法を通して、狭いサイズ分布の液滴を達成する。コロイド安定剤としてシリカを使用する場合、水相のｐＨは、概して、４〜７である。

液滴を安定化するために使用されるシリカの実際の量は、典型的な制限凝集法と同様に、所望の最終多孔性粒子のサイズに依存し、そして、エマルジョンを作るために使用される様々な相の体積および重量比に依存する。

本発明の第２工程を行うために、あらゆるタイプの混合および剪断装置、例えばバッチミキサー、プラネタリーミキサー、シングルもしくはマルチプルスクリュー押出機、ダイナミックもしくはスタティックミキサー、コロイドミル、高圧ホモジナイザー、超音波処理機（ｓｏｎｉｃａｔｏｒ）、またはそれらの組み合わせ、が使用されうる。あらゆる高剪断タイプの撹拌デバイスが本発明のこの工程に適用可能であるが、好ましいホモジナイズデバイスは、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製のＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ^ＴＭ、例えば型番１１０Ｔ、である。このデバイスにおいて、高い剪断撹拌ゾーンにおいてポリマー溶液の液滴が水相（連続相）中に分散され、サイズが小さくされ、このゾーンを出ると、分散オイルの粒子サイズは小さくされて連続相中の均一サイズの分散液滴になる。このプロセスの温度は、液滴の乳化に最適な粘度を達成し、溶媒の蒸発を制御するように調整されうる。本発明の方法において、許容可能な粒度およびサイズ分布を生じるのに好適な背圧の範囲は、１００〜５０００ｐｓｉ、好ましくは５００〜３０００ｐｓｉである。好ましいフローレートは、１分あたり１０００〜６０００ｍＬである。

本発明の多孔性粒子の製造における第３工程は、エマルジョンを第２有機溶媒に添加することを伴い、第２有機溶媒は、水および第１有機溶媒と混和性であり、ポリマーに対して非溶媒である。好ましい第２有機溶媒は、アルコールである。メタノール、エタノール、ブタノール、イソプロパノールおよびプロパノールが特に好ましい。第２有機溶媒は、コア内に間隙を形成する相分離を引き起こす。しかしながら、意外なことに、シェルは無孔である。要すれば、この工程において、界面活性剤が第２有機溶媒に存在して粒子の望ましくない凝結を妨げてもよい。

本発明の多孔性粒子の調製における第４工程は、水性媒体における多孔性コアと無孔シェルとを有する均一多孔性ポリマー粒子のサスペンションであって、揮発性に依存して第２有機溶媒も含んでいてもよいサスペンションを生じるための、第１有機溶媒の除去を伴う。溶媒除去装置、例えばロータリーエバポレーターまたはフラッシュエバポレーター、が使用されうる。第１有機溶媒の除去後に、水および第２有機溶媒を除去する濾過または遠心分離、続いて４０℃のオーブンにおける乾燥によって多孔性ポリマー粒子を単離する。要すれば、粒子をアルカリで処理してシリカ安定剤を除去する。

要すれば、上記多孔性粒子の製造における第４工程は、溶媒の除去前または溶媒除去中の任意の時間の、更なる水の添加、単離および乾燥を含みうる。

本発明の多孔性粒子の平均粒径は、例えば２〜５０マイクロメートル、好ましくは３〜２０マイクロメートルである。

粒子の間隙率は１０〜９０％、好ましくは１０〜７０％である。

トナー粒子の形状は、静電トナー転写およびクリーニング特性に影響を有する。そのように、例えば、粒子の球形度が低減するとトナー粒子の転写およびクリーニング効率が改良されることがわかった。トナー粒子の形状を制御する多数の手順が当該分野で知られている。本発明の実施において、必要であれば水相においてまたは油相において添加剤を用いてもよい。添加剤は、水中油中水（ｗａｔｅｒ−ｉｎ−ｏｉｌ−ｉｎ−ｗａｔｅｒ）エマルジョンの形成後に添加しても前に添加してもよい。いずれの場合においても、溶媒が除去されると界面張力が変わり、粒子の球形度の低減をもたらす。米国特許５，２８３，１５１は、粒子の球形度の低減を達成するためのカルナウバ臘の使用を記述している。２００６年１２月１５日に提出された「Ｔｏｎｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ」と題されたＵＳＳＮ １１／６１１，２０８は、球形度の制御に有用なある金属カルバメートの使用を記述しており、２００６年１２月１５日提出の「Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｐｒｅｐａｒｅｄ Ｔｏｎｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｓｈａｐｅ」と題されたＵＳＳＮ １１／６２１，２２６は、球形度を制御するための特定の塩の使用を記述している。２００６年６月２２日提出の「Ｔｏｎｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ」と題されたＵＳＳＮ １１／４７２，７７９は、球形度を制御するための第４級アンモニウムテトラフェニルボレート塩の使用を記述している。これらの出願は本明細書中参照することによって組み込まれる。

本発明のトナー粒子は、更に、表面処理剤の形態の流動化剤（ｆｌｏｗ ａｉｄ）も含みうる。表面処理剤は、典型的には、典型的な粒度５ｎｍ〜１０００ｎｍの無機酸化物またはポリマーパウダーの形態である。スペーシング剤（ｓｐａｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ）としても知られている表面処理剤に関して、トナー粒子におけるこの薬品の量は、２成分システムにおいて帯電画像と関連する静電力によってまたは機械力によってトナー粒子がキャリア粒子から剥されるようにするのに十分な量である。流動化剤の好ましい量は、トナーの重量に対して約０．０５〜約１０重量パーセント、最も好ましくは約０．１〜約５重量パーセントである。

スペーシング剤は、常套の表面処理技術、例えば、これに限定されるわけではないが、常套のパウダー混合技術、例えばスペーシング剤の存在下におけるトナー粒子のタンブリング、によってトナー粒子の表面に適用されうる。好ましくは、スペーシング剤は、トナー粒子の表面に分配される。スペーシング剤は、トナー粒子の表面に付着され、静電力もしくは物理的手段または両方によって付着されうる。混合、好ましくは均一混合が好ましく、例えば、スペーシング剤を凝集させないかまたは少なくとも凝集を最小化するのに十分である高エネルギーヘンシェルタイプミキサーのようなミキサーによって達成される。更に、トナー粒子の表面への分散を達成するためにスペーシング剤をトナー粒子と混合すると、混合物が篩われてあらゆる凝集スペーシング剤や凝集トナー粒子が除去される。凝集粒子を分離する他の手段もまた本発明の目的のために使用されうる。

好ましいスペーシング剤は、シリカ、例えばＤｅｇｕｓｓａ製の市販のシリカ、例えばＲ−９７２、またはＷａｃｋｅｒ製の市販のシリカ、例えばＨ２０００である。別の好適なスペーシング剤としては、これらに限定されるわけではないが、別の無機酸化物粒子、ポリマー粒子などが挙げられる。特定の例としては、これらに限定されるわけではないが、チタニア、アルミナ、ジルコニア、および別の金属酸化物；および更に、好ましくは直径１μｍ未満（より好ましくは約０．１μｍ）のポリマー粒子、例えばアクリルポリマー、シリコーンベースのポリマー、スチレンポリマー、フルオロポリマー、それらのコポリマー、およびそれらの混合物が挙げられる。本発明を更に下記実施例によって説明する。それらは本発明の全ての可能な変形を網羅することを意図しているわけではない。

下記実施例において使用されるポリエステル樹脂であるＫａｏ Ｂｉｎｄｅｒ Ｅは、日本の花王株式会社の関連会社であるＫａｏ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ Ａｍｅｒｉｃａｓ ＬＬＣから入手した。コロイドシリカであるＬＵＤＯＸ ＴＭ^ＴＭは、ＤｕＰｏｎｔから５０重量パーセント分散体として入手した。ピグメントブルー１５：３は、オハイオ州シンシナティのＳｕｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手した。これはポリエステルバインダー中の４０質量％分散体として得られた。

走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）を使用して粒子のサイズおよび形状を直接測定した。この粒子の間隙率は、液体窒素およびモーターおよび乳棒を使用して粒子を凍結破砕し、この破砕粒子をＳＥＭによって直接観測することによって視覚化した。粒度および間隙率の別の測定方法を以下に記述する。

粒子の間隙率を、ジョージア州ノークロスに拠点を置くＭｉｃｒｏｍｅｒｅｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＡｕｔｏＰｏｒｅ ＩＶモデル９５００を使用する水銀圧入法によって分析した。同じ調製条件および３．８ｋＰａ〜４１３．７ＭＰａの圧ランプテーブル（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｍｐ ｔａｂｌｅ）で全てのサンプルを分析し、次に再び大気圧力に低下させた。全てのサンプルを低圧領域と高圧領域の両方において１０秒間それぞれの圧力ポイントにおいて平衡させた。ボイドの容積対初期総容積の比からサンプルの間隙率を計算した（Ｗｅｂｂ，Ｐ．；Ｏｒｒ，Ｃ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｆｉｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｍｉｃｒｏｍｅｒｅｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐ．；Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ，１９９７年）。

粒子のサイズおよび形状を、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＳｙｓｍｅｘ ＦＰＩＡ−３０００粒子形状および粒度自動分析装置を使用して測定する。サンプルは、粒子サスペンションを狭いかまたはフラットなフローに変換するシースフローセル（ｓｈｅａｔｈ ｆｌｏｗ ｃｅｌｌ）を通過し、粒子の最大面積がカメラに配向することおよび全ての粒子に焦点が合うことを保証する。ＣＣＤカメラは１秒ごとに６０の画像を撮り、これらをリアルタイムで分析する。粒子形状の数値評価を粒子の面積の測定から導く。形状因子の数値を、真円度、アスペクト比および円に相当する直径を含んで計算する。

粒子サイズ分布は、コールター粒子分析機（Ｃｏｕｌｔｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）によって明らかにされる。コールター測定からの容積中央値を、これらの実施例において記述される粒子の粒度に関して使用する。

本発明の粒子の間隙率の大きさは、様々な顕微鏡技術を使用して視覚化されうる。例えば、乾燥前に、光学顕微鏡法を使用して本明細書中に記述されるプロセスによって生じられた多孔性構造体を視覚化した。乾燥後、常套の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージングを使用して破砕サンプルを撮像し、内部孔構造を見た。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像は、粒子の間隙率の指標となるが、通常、定量化には使用されない。粒子の外径または全径は多くの上記粒子測定技術を用いて容易に測定されるが、粒子の間隙率の大きさの決定には問題がある。粒子中の孔のサイズおよび分布並びにいくつかの孔が粒子表面まで開いているかどうかに起因して、典型的な重力法（ｇｒａｖｉｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ）を使用する粒子間隙率の決定は問題がある。本発明の粒子の間隙率を正確に決定するために、上記のように水銀ポロシメトリーを使用した。

下記一般手順を使用して本発明の多孔性ポリマー粒子を製造した。

実施例１（本発明による）
相分離にメタノールを使用する、コアが多孔性を有し、かつ、シェルが無孔である多孔性粒子の製造

Ｋａｏ Ｅポリマー樹脂２０グラムを酢酸エチル８０グラムに溶解し、ｐＨ４クエン酸エステル／リン酸エステル緩衝液およびＬＵＤＯＸ^ＴＭ１．４グラムを含有する水相３００グラム中に分散させ、次にＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ^ＴＭ中にホモジナイズして制限凝集（ＬＣ）エマルジョンを形成した。次にこのエマルジョンを１０倍過剰のイソプロパノールに滴下した。Ｂｕｃｈｉ Ｒｏｔｏｖａｐｏｒ ＲＥ１２０を使用して減圧下において３５℃において酢酸エチルを蒸発させた。グラスフリット漏斗を使用して生じるポリマー粒子のサスペンションを濾過し、水を用いて数回洗浄し、真空オーブン中で３５℃において１６時間乾燥した。走査電子顕微鏡法によって測定される粒度は１６〜１８マイクロメートルであり、水銀圧入法によって測定される間隙率は４２パーセントであった。この実施例の凍結破砕粒子のＳＥＭ断面図である図１は、コア中の高レベルの間隙率および無孔シェルを示し、シェルはコアと同じバインダーである。

実施例２（本発明による）
相分離にメタノールを使用する、コアが多孔性を有し、かつ、シェルが無孔である多孔性粒子の製造

実施例２において、イソプロパノールの代わりにメタノールを使用したこと以外、実施例１において記述されているように粒子を製造した。粒度は１５〜２０マイクロメートルであり、間隙率は４０〜６０パーセントであると評価された。この実施例の凍結粉砕粒子のＳＥＭ断面図である図２は、コア中の高レベルの間隙率および無孔シェルを示し、シェルはコアと同じバインダーである。

実施例３（本発明による）
相分離にエタノールを使用する、コアが多孔性を有し、かつ、シェルが無孔である多孔性粒子の製造

実施例３において、イソプロパノールの代わりにエタノールを使用したこと以外、実施例１に記述されているように粒子を製造した。容積中央粒度は１４〜１６マイクロメートルであり、間隙率は４０〜６０パーセントであると評価された。この実施例の凍結粉砕粒子のＳＥＭ断面図である図３は、コア中の高レベルの間隙率および無孔シェルを示し、シェルはコアと同じバインダーである。

比較例４（対照）
相分離を使用しない無孔粒子の製造。

比較例４において、非溶媒であるイソプロパノールへのＬＣエマルジョンの添加を省いたこと以外、実施例１に記述されているように粒子を製造した。粒度は１０〜１４マイクロメートルであり、間隙率は実質的に１パーセント未満であった。この比較例の凍結粉砕粒子のＳＥＭ断面図である図４は、観測可能な孔構造を示さない。

比較例５（対照）
相分離を使用しない無孔粒子の製造。

比較例５において、イソプロパノールの代わりにジエチルエーテルを使用したこと以外、実施例１に記述されているように粒子を製造した。ジエチルエーテルは酢酸エチルと混和性であるが水に対しては非混和性である。粒度は１０〜２０マイクロメートであり、間隙率は実質的に１パーセント未満であった。この比較例の凍結粉砕粒子のＳＥＭ断面図である図５は、観測可能な孔構造を示さない。

実施例６（本発明による）
相分離にメタノールを使用する、コアが多孔性を有し、かつ、シェルが無孔である着色多孔性粒子の製造。

実施例６において、水中油分散体の製造前にサンケミカル・ピグメントブルー（Ｓｕｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ）１５：３、４．５重量％をＫａｏ Ｅポリエステル溶液に添加したこと以外、実施例２に記述されているように粒子を製造した。粒度は１５〜２０マイクロメートルであり、かつ、間隙率は３０〜６０パーセントであると評価された。この実施例の凍結粉砕粒子のＳＥＭ断面図である図６は、コアにおける高レベルの間隙率および無孔シェルを示し、シェルはコアと同じバインダーである。

Claims (11)

1. コアおよびシェルに共通のバインダーポリマーを含有するコア−シェルポリマー粒子であって、該コアが多孔性であり、該シェルが無孔であり、かつ、該粒子の間隙率が１０〜７０パーセントである、コア−シェルポリマー粒子。
2. 更に顔料、ワックス、形状制御剤および電荷制御剤を含有する、請求項１に記載のコア−シェルポリマー粒子。
3. 該バインダーポリマーが、ポリエステル；スチレン、モノオレフィン、塩化ビニル、ビニルエステル、メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、ビニルエーテルおよびビニルケトンのポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載のコア−シェルポリマー粒子。
4. 該粒子のサイズが２〜５０ミクロンである、請求項１に記載のコア−シェルポリマー粒子。
5. コアおよびシェルに共通のバインダーポリマーを含有するコア−シェルトナー粒子であって、該コアが多孔性であり、該シェルが無孔であり、かつ、該粒子の間隙率が１０〜７０パーセントである、コア−シェルトナー粒子。
6. 更に顔料、ワックス、形状制御剤および電荷制御剤を含有する、請求項５に記載のコア−シェルトナー粒子。
7. 更に着色剤を含有する、請求項５に記載のコア−シェルトナー粒子。
8. 該着色剤が、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：１およびＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３からなる群から選択される、請求項７に記載のコア−シェルトナー粒子。
9. 更に離型剤を含有する、請求項５に記載のコア−シェルトナー粒子。
10. 更に流動化剤を含有する、請求項５に記載のコア−シェルトナー粒子。
11. 該流動化剤がトナーバインダー重量の約０．０５〜約１０重量パーセントを構成する、請求項１０に記載のコア−シェルトナー粒子。

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