JP2012022283A - 連続乳化凝集またはバッチ乳化凝集の合一補助剤として消泡剤を用いるトナープロセス - Google Patents

連続乳化凝集またはバッチ乳化凝集の合一補助剤として消泡剤を用いるトナープロセス Download PDF

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Abstract

【課題】ステージ数および材料が少なく、サイクル時間が短い、粗大物含有量が低いトナーを製造するための改良された方法の提供。
【解決手段】トナー製造方法であって、少なくとも1つの樹脂を、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;前記少なくとも1つの樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに前記トナー粒子を回収する工程を含み、合一サイクルの時間が1分間〜2時間である、方法。
【選択図】なし

Description

本開示は、電子写真装置に適したトナーの製造プロセスに関する。より具体的には、本発明は、合一補助剤として消泡剤を用いるプロセスおよびトナーに関する。
多くのトナー製造方法が当業者に公知である。乳化凝集(EA)はそのような方法の1つである。EAトナーは印刷物および/またはゼログラフィー画像の形成に用いられ得る。EA技術には、バッチ乳化重合または半連続乳化重合を用いて樹脂を加熱することによる樹脂粒子のエマルションラテックスの形成が含まれ得る。
EAトナープロセスは、エマルションの組合せ、すなわちラテックス、ワックス、顔料等を含むエマルションの組合せを、ポリ塩化アルミニウムおよび/または硫酸アルミニウム等の凝固剤を用いて凝固させて一次凝集体のスラリーを生成し、その後、このスラリーの制御された凝集プロセスを行うことを含む。しかし、バッチプロセスには約7〜約10時間かかり得る。更に、湿式篩分(wet sieving)中の過剰な泡が、凝集/合一のボトルネックとなる問題を生み出す。しかし、消泡剤は、溶媒除去プロセス中にラテックスエマルションから大半が除去される。
米国特許第5853943号 米国特許第5902710号 米国特許第5910387号 米国特許第5916725号 米国特許第5919595号 米国特許第5925488号 米国特許第5977210号 米国特許第5994020号 米国特許出願公開第2008/01017989号
ステージ数および材料が少なく、サイクル時間が短い、粗大物含有量が低いトナーを製造するための改良された方法が、依然として望ましい。そのようなプロセスは、そのようなトナーの製造コストを低減し得、且つ環境にも優しいであろう。
本開示により下記の手段が提供される。
<1>トナー製造方法であって、
少なくとも1つの樹脂を、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;
前記少なくとも1つの樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
前記トナー粒子を回収する工程
を含み、合一サイクルの時間が1分間〜2時間である、方法。
<2>前記少なくとも1つの樹脂が、少なくとも1つの結晶性樹脂と組み合わされていてもよい少なくとも1つの非晶性樹脂を含み、前記少なくとも1つの界面活性剤が、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、およびその組合せからなる群から選択され、かつ、前記樹脂の0.01〜20重量%の量で存在する、<1>に記載の方法。
<3>トナー製造方法であって、
少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、少なくとも1つの界面活性剤、および少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;
前記少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
前記トナー粒子を回収する工程
を含み、前記凝集および合一の全体の時間が5時間〜15時間である、方法。
<4>トナー製造方法であって、
少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、(a)少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、(b)少なくとも1つの界面活性剤、(c)エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ネオペンチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、エリトリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、d−マンニトール、ソルビトール、ガラクチトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、ヒュームドシリカ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、形成されるトナー粒子の0.01〜10重量%の量の少なくとも1つの消泡剤、(d)必要に応じてワックス、ならびに(e)必要に応じて着色剤、と接触させて一次スラリーを形成する工程;
前記少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
前記トナー粒子を回収する工程
を含み、合一サイクルの時間が1分間〜120分間である、方法。
少なくとも1つの樹脂を、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;少なくとも1つの樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびにトナー粒子を回収する工程、を含み、合一サイクルの時間が約1分間〜約2時間である、トナー製造方法が提供される。
少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびにトナー粒子を回収する工程、を含み、凝集/合一時間が約5時間〜約15時間である、トナー製造方法が提供される。
本開示のトナーの製造方法は、少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、(a)少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、(b)少なくとも1つの界面活性剤、(c)エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ネオペンチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、エリトリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、d−マンニトール、ソルビトール、ガラクチトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、ヒュームドシリカ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、形成されるトナー粒子の約0.01〜約5%の量の少なくとも1つの消泡剤、(c)必要に応じてワックス、ならびに(d)必要に応じて着色剤と接触させて、一次スラリーを形成する工程;少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびにトナー粒子を回収する工程;を含み、合一サイクルの時間が約1分間〜約120分間である。
本開示は、トナー粒子の製造プロセスを提供する。ある実施形態では、本開示のプロセスは、EAトナープロセス中の凝集/合一サイクル全体の時間を短縮するための消泡剤(脱泡剤(anti−foam agent)ということもある。)の使用を含む。したがって、本開示のプロセスはより効率的である。消泡剤を用いる本開示のEAプロセスは、従来のEAプロセスよりも速く粒子が球状化(spherodize)するため、環境にも優しい。更に、消泡剤を使用することで、幾何粒度分布(geometric size distribution;GSD)が向上し、粗大物の含有量が低く、且つ目標とする円形度に達するまでのサイクル時間が短縮されたトナー粒子が得られ得る。トナースラリーが流動し易くなるので、湿式篩分(wet sieving)およびその他の下流プロセス中の発泡も低減され得、全体のトナー製造サイクル時間が改善され、製品の収量が更に高くなる。
任意の樹脂を本開示のプロセス中で用いることができる。そのような樹脂も、任意の好適な重合方法により任意の好適なモノマーから得られたものでよい。ある実施形態では、乳化重合以外の方法で樹脂を調製してもよい。別の実施形態では、樹脂は縮合重合により調製されてもよい。
ある実施形態では、樹脂はポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボナート、エポキシ樹脂、および/またはこれらのコポリマーでもよい。ある実施形態では、樹脂は非晶性樹脂、結晶性樹脂、および/または結晶性樹脂と非晶性樹脂の混合物でもよい。
ある実施形態では、樹脂は、必要に応じて触媒の存在下で、ジオールと二価酸を反応させることで形成されるポリエステル樹脂でもよい。結晶性ポリエステルを形成するために好適な有機ジオールとしては、炭素数約2〜約36の脂肪族ジオール、例えば1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、エチレングリコール、およびこれらの組合せ等が含まれる。脂肪族ジオールは、例えば、樹脂の約40〜約60モルパーセント、ある実施形態では約42〜約55モルパーセント、ある実施形態では約45〜約53モルパーセントの量で選択され得る。
有機二価酸は、例えば、ある実施形態では約40〜約60モルパーセント、ある実施形態では約42〜約55モルパーセント、ある実施形態では約45〜約53モルパーセントの量で選択され得、第2の二価酸を樹脂の約0〜約10モルパーセントの量で選択してもよい。
結晶性樹脂は、例えば、トナー成分の約5〜約50重量パーセントで存在してもよく、ある実施形態ではトナー成分の約10〜約35重量パーセントの量で存在し得る。
結晶性樹脂は、種々の融点を有してもよく、例えば約30℃〜約120℃、ある実施形態では約50℃〜約90℃でもよい。結晶性樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される数平均分子量(Mn)が例えば約1,000〜約50,000でもよく、ある実施形態では約2,000〜約25,000でもよい。結晶性樹脂は、ポリスチレン標準を用いたゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)が、例えば約2,000〜約100,000でもよく、ある実施形態では約3,000〜約80,000であり得る。結晶性樹脂の分子量分布(Mw/Mn)は例えば約2〜約6でもよく、ある実施形態では約3〜約4であり得る。
有機二価酸またはジエステルは、例えば樹脂の約40〜約60モルパーセントの量で存在してもよく、ある実施形態では樹脂の約42〜約55モルパーセントの量で存在してもよく、ある実施形態では樹脂の約45〜約53モルパーセントの量で存在し得る。
非晶性ポリエステルの形成に用いられるジオールの例としては、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,2−ジメチルプロパンジオール、2,2,3−トリメチルヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ドデカンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)−ビスフェノールA、ビス(2−ヒドロキシプロピル)−ビスフェノールA、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、キシレンジメタノール、シクロヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ビス(2−ヒドロキシエチル)オキシド、ジプロピレングリコール、ジブチレン、およびこれらの組合せが含まれる。選択される有機ジオールの量は変わり得るが、例えば樹脂の約40〜約60モルパーセントの量でもよく、ある実施形態では樹脂の約42〜約55モルパーセントの量でもよく、ある実施形態では樹脂の約45〜約53モルパーセントの量で存在し得る。
ある実施形態では、ポリエステルの形成に重縮合触媒を用いてもよい。そのような触媒は、例えば、ポリエステル樹脂の形成に用いられる開始二価酸またはジエステルを基準にして約0.01〜約5モルパーセントの量で用いられ得る。
ある実施形態では、不飽和非晶性ポリエステル樹脂がラテックス樹脂として用いられ得る。
非晶性樹脂は種々のガラス転移温度(Tg)を有してもよく、例えば約40〜約100℃のガラス転移温度(Tg)、ある実施形態では約50〜約70℃のガラス転移温度(Tg)を有し得る。
ある実施形態では、好適な非晶性ポリエステル樹脂は、下記の式(I)で表されるポリ(プロポキシ化ビスフェノールAコ−フマラート)樹脂でもよい。
Figure 2012022283
式(I)において、mは約5〜約1000でもよく、ある実施形態では約10〜約500でもよく、別の実施形態では約15〜約200であり得る。
前述したように必要に応じて非晶性樹脂と組み合わせてもよい、用いられ得る好適な結晶性樹脂としては、米国特許出願公開第2006/0222991号に開示されているものが含まれる。ある実施形態では、好適な結晶性樹脂として、下記の式で表される、ドデカン二酸コモノマーとフマル酸コモノマーとの混合物およびエチレングリコールで形成される樹脂が含まれ得る。
Figure 2012022283
式(II)中、bは約5〜約2000であり、dは約5〜約2000である。
例えば、ある実施形態では、前述の式Iのポリ(プロポキシ化ビスフェノールAコ−フマラート)樹脂を式IIの結晶性樹脂と混合してトナー形成に適した樹脂を形成してもよい。
ある実施形態では、本開示のプロセスは超低溶融(ULM)ポリエステルトナーの形成に用いられ得る。
ポリマーはブロック、ランダム、または交互コポリマーであり得る。
非晶性樹脂は、例えば、トナー成分の約10〜約90重量パーセントの量で存在してもよく、ある実施形態ではトナー成分の約30〜約80重量パーセントの量で存在し得る。
ある実施形態では、樹脂には、ガラス転移温度が約30〜約80℃、ある実施形態では約35〜約70℃のポリエステル樹脂が含まれ得る。別の実施形態では、トナー中に用いられる樹脂は、溶融粘度が約130℃で約10〜約1,000,000Pa・Sでもよく、ある実施形態では約20〜約100,000Pa・Sであり得る。
1つ、または2つ以上のトナー樹脂を用いてもよい。2つ以上の樹脂を用いる実施形態では、樹脂は任意の好適な比(例えば重量比)であってよく、例えば、約1%(第1の樹脂)/99%(第2の樹脂)〜約99%(第1の樹脂)/1%(第2の樹脂)でもよく、ある実施形態では約10%(第1の樹脂)/90%(第2の樹脂)〜約90%(第1の樹脂)/10%(第2の樹脂)であり得る。樹脂が非晶性樹脂および結晶性樹脂を含む場合、2つの樹脂の重量比は約99%(非晶性樹脂):1%(結晶性樹脂)〜約1%(非晶性樹脂):99%(結晶性樹脂)であり得る。
ある実施形態では、樹脂は酸基を有してもよく、ある実施形態では酸基は樹脂の末端に存在し得る。存在し得る酸基としてはカルボン酸基等が含まれる。カルボン酸基の数は、樹脂の形成に用いる材料および反応条件を調整することで調節することができる。
ある実施形態では、樹脂は、酸価が約2〜約200mgKOH/g樹脂のポリエステル樹脂でもよく、ある実施形態では酸価が約5〜約50mgKOH/g樹脂のポリエステル樹脂であり得る。酸含有樹脂をテトラヒドロフラン溶液に溶解してもよい。酸価は、フェノールフタレインを指示薬として含むKOH/メタノール溶液を用いて滴定することで求めることができる。その後、滴定の終点として確認される樹脂の全酸基の中和に必要なKOH/メタノールの当量に基づいて酸価を計算することができる。
ある実施形態では、乳化凝集方法でラテックスエマルションを形成してもよい。そのような方法を用いることで、樹脂は樹脂エマルション中に存在し得る。次いでこれをその他の成分および添加剤と混合して本開示のトナーが形成され得る。
上記のエマルションを用いて当業者に公知の任意の方法でトナー組成物を形成してよい。好適なプロセス、ある実施形態では乳化凝集および合一プロセスにより、ラテックスエマルションを、必要に応じて分散液中でもよい着色剤、消泡剤、およびその他の添加剤と接触させて、トナーを形成してよい。
ある実施形態では、着色剤、ワックス、およびその他の添加剤等の必要に応じて用いてもよい更なるトナー組成物成分は、樹脂を溶融混合してラテックスを形成する前、その最中、またはその後に添加され得る。中和された樹脂が水と接触しているラテックスエマルションを形成する前、最中、または後に更なる成分を添加してもよい。別の実施形態では、界面活性剤を添加する前に着色剤が添加され得る。
ある実施形態では、トナー組成物の形成に用いられる樹脂、着色剤、ワックスおよびその他の添加剤は、界面活性剤を含む分散液中にあってよい。更に、トナー粒子は、樹脂およびトナーのその他の成分を1つまたは複数の界面活性剤に入れ、エマルションを形成し、トナー粒子を凝集、合一、必要に応じて洗浄および乾燥し、回収する、乳化凝集方法により形成され得る。
1つ、または2つ以上の界面活性剤を用いてもよい。界面活性剤は、イオン界面活性剤および非イオン界面活性剤から選択され得る。「イオン界面活性剤」という用語には陰イオン界面活性剤および陽イオン界面活性剤が包含される。ある実施形態では、界面活性剤は固体として、または濃度が約10〜約100重量%(純粋な界面活性剤)、ある実施形態では約15〜約75重量%の高度に濃縮された溶液として添加され得る。
ある実施形態では、界面活性剤は、トナー組成物の約0.01〜約5重量%、例えばトナー組成物の約0.75〜約4重量%、ある実施形態ではトナー組成物の約1〜約3重量%の量で存在するように使用され得る。
ある実施形態では、本開示のプロセスは、脱泡剤または消泡剤を樹脂エマルションに添加する工程を含み得る。本開示の消泡剤は、EAトナープロセス中の凝集/合一サイクル全体の時間を短縮し得、また、GSDすなわち数平均幾何粒度分布(GSDn)および/または体積平均幾何粒度分布(GSDv)が改善され、粗大物含有量が低く、且つ目標とする円形度を有するトナー粒子を提供し得る。湿式篩分およびその他の下流プロセス中の発泡も低減され、サイクル時間が改善され、製品の収量が更に高まる。
ある実施形態では、凝集剤を用いてエマルションを凝固させて一次粒子スラリー(「一次スラリー」)を形成する前に、脱泡剤がエマルション、ある実施形態ではトナー粒子の形成に用いられるエマルションの混合物に添加され得る。ある実施形態では、脱泡剤は、乾燥トナー重量を基準にして約0.1ppm〜約10,000ppm、ある実施形態では、乾燥トナー重量を基準にして約1ppm〜約2,000ppmの量で添加され得る。
好適な消泡剤として、たとえば、一般式H(HCHO)n+1H(nは約1〜約20、ある実施形態では、約2〜約10)で表されるポリオール(本明細書では、多価アルコールともいうことがある)が挙げられる。消泡剤として用いてもよい例示的なポリオールとして、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ネオペンチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、エリトリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、d−マンニトール、ソルビトール、ガラクチトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、ヒュームドシリカ、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらには限定されない。
ある実施形態では、水溶液との混合後、消泡剤は小さな液滴を形成し得、自然に泡沫(泡の一部)の空気/水界面の水性膜上に拡散し得る。消泡剤液滴は膜層上を素早く拡散し、強力な撥水(de−wetting)作用と相まって、膜層を薄くし、膜を破裂させる。そのような膜の破裂を促進するために、ミクロンサイズの疎水性ヒュームドシリカ粒子がしばしば消泡剤配合物に添加され得る。疎水性シリカ粒子は、空気/水界面で油滴に沿って集合し得る。拡散する油滴により膜層が薄くなると、鋭い不規則なシリカ粒子が、膜および泡全体に穴があくのを促進し得る。したがって、ある実施形態では、例えばポリプロピレングリコール等のポリオールとヒュームドシリカの組合せは、スラリーの粘度を低下させ、EAトナーの作製にかかる全体的な凝集/合一時間を短縮し得る。
ある実施形態では、消泡剤は、非常に疎水性の強い物質(例えばミネラルオイル、シリコーンオイルなど)からなり得る。
そのような消泡剤は、一次凝集体の良好な流動性および所望のサイズ分布を維持しつつ、一次スラリーの高い固体充填を可能にし得る。
本明細書に記載の消泡剤を用いると、エマルションの固体含有量は、例えばエマルションの約20〜約50%、ある実施形態では約30〜約45%になり得る。
一次スラリーの粘度は、ヒュームドシリカと組み合わせたポリプロピレングリコール等の消泡剤の存在下で大きく低下し得る。例えば、一次スラリーの粘度は、約1cps〜約100cpsでもよく、ある実施形態では約5cps〜約80cpsであり得る。したがって、強力な混合機器を用いずとも、一次スラリーを適切に混合することができる。また、消泡剤、ある実施形態ではポリプロピレングリコールおよびヒュームドシリカは、水溶性が高いので主にスラリーの水相に存在し得るため、洗浄および乾燥されたトナー中に残留せず、その結果、トナー特性への潜在的影響が最小限に抑えられる。
トナー粒子中に存在する脱泡剤の量は、ある実施形態ではトナー粒子の約0.01〜約10重量パーセント、ある実施形態ではトナー粒子の約0.1〜約5重量パーセントでもよい。
必要に応じて、トナー粒子の形成において、樹脂および必要に応じて着色剤に、ワックスを組み合わせてもよい。ワックスはワックス分散液中に提供されてもよく、これは1種類のワックスまたは2種以上の異なるワックスの混合物を含み得る。例えば、トナー粒子の形状、トナー粒子表面上でのワックスの存在および量、電荷および/または定着特性、光沢、剥離、オフセット特性等の特定のトナー特性を向上させるために、トナー配合物に単一のワックスを添加してもよい。あるいは、ワックスを組み合わせて添加してトナー組成物に複数の特性を付与してもよい。
ワックスを含める場合、ワックスは、例えばトナー粒子の約1〜約25重量パーセントの量で存在してもよく、ある実施形態ではトナー粒子の約5〜約20重量パーセントの量で存在し得る。
ワックス分散液を用いる場合、ワックス分散液は、乳化凝集トナー組成物に以前から使用されている種々のワックスのいずれを含んでもよい。選択され得るワックスには、例えば、重量平均分子量が約500〜約20,000、ある実施形態では約1,000〜約10,000のワックスが含まれる。
ある実施形態では、ワックスは、水中に固体ワックスを含む1種または複数の水性エマルションまたは分散液の形態でトナー中に導入されてもよく、ここで固体ワックス粒子サイズは約100〜約300nmでもよい。
トナー粒子は当業者に公知の任意の方法で作製され得る。トナー粒子の製造に関するある実施形態は以下では乳化凝集プロセスに関連付けて記載しているが、米国特許第5,290,654号および同第5,302,486号に開示されている懸濁・カプセル化プロセス等の化学的プロセスを含む任意の好適なトナー粒子製造方法が用いられ得る。ある実施形態では、トナー組成物およびトナー粒子は、小サイズの樹脂粒子を適切なトナー粒子サイズに凝集させた後、合一させて最終トナー粒子の形状およびモルホロジーを達成する、凝集・合一プロセスにより作製され得る。
ある実施形態では、本開示は、より効率的な凝集/合一サイクル時間を有する、脱泡剤を用いたトナー粒子製造プロセスを提供する。ある実施形態では、本開示のプロセスは、少なくとも1つの樹脂を少なくとも1つの界面活性剤と接触させてエマルションを形成する工程;エマルションを、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて、一次スラリーを形成する工程;少なくとも1つの樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびにトナー粒子を回収する工程を含み得る。
ある実施形態では、着色剤、ワックス、およびその他の添加剤等の必要に応じて用いてもよい更なるトナー組成物成分は、樹脂エマルション調製の前、最中、または後に添加してよい。これらの更なる成分は、必要に応じて用いる界面活性剤を添加する前、その最中、またはその後に添加することができる。別の実施形態では、着色剤は必要に応じて用いてもよい界面活性剤の添加前に添加され得る。
「トナーサイズの」とは、液滴が、ゼログラフィー式の印刷機およびコピー機で使用されるトナー粒子とほぼ同じサイズを有することを意味し、ある実施形態における「トナーサイズの」とは、体積平均直径が例えば約2μm〜約25μm、ある実施形態では約3μm〜約15μm、別の実施形態では約4μm〜約10μmであることを指す。エマルション中の液滴サイズを直接測定するのは困難であり得るので、トナーサイズの液滴を固化し、その後、得られたトナー粒子を測定することで、エマルション中の液滴のサイズを決定してもよい。
液滴は相転換エマルションの分散相中でトナーサイズであり得るので、ある実施形態では、液滴を固化してトナー粒子を得る前に液滴を凝集させて液滴サイズを大きくしなくてもよいことがある。しかし、液滴のそのような凝集/合一は必要に応じて選択することができ、例えば米国特許出願公開第2007/0088117号に記載されている凝集/合一技術を含む本開示の実施形態で用いることができる。
ある実施形態では、トナー組成物は、乳化凝集プロセス、例えば、必要に応じて着色剤と、必要に応じてワックスと、任意のその他の所望に応じて用いてもよいかまたは必要な添加剤と、前述の樹脂を含むエマルションとの混合物を、必要に応じて前述したように界面活性剤中で、凝集させ、その後、凝集混合物を合一させることを含むプロセスで調製され得る。必要に応じて界面活性剤を含む分散液中にあってもよい、着色剤および必要に応じてワックスまたはその他の材料を、樹脂を含む2種以上のエマルションの混合物でもよいエマルションに添加することで、混合物を調製してもよい。得られる混合物のpHは、例えば酢酸、硝酸等の酸で調整してよい。ある実施形態では、混合物のpHは約2〜約5に調整され得る。更に、ある実施形態では、混合物を均質化してよい。混合物を均質化する場合、均質化は、約3,000〜約5,000回転毎分で混合することでなされ得る。均質化は、例えばIKA社製ウルトラタラックスT50プローブホモジナイザー等の任意の好適な手段でなされ得る。
上記混合物の調製後、混合物に凝集剤を添加してもよい。任意の好適な凝集剤を用いてトナーを形成してよい。好適な凝集剤としては、例えば二価カチオンまたは多価カチオン材料の水溶液が含まれる。ある実施形態では、凝集剤は樹脂のガラス転移温度(Tg)よりも低い温度で混合物に添加され得る。
凝集剤は、トナー形成に用いられる混合物に、例えば混合物の樹脂の約0.1〜約8重量%、ある実施形態では約0.2〜約5重量%、別の実施形態では約0.5〜約5重量%の量で添加され得る。これにより、凝集に十分な量の凝集剤が提供される。
粒子は、前述したように樹脂のガラス転移温度より低い温度、ある実施形態では約30〜約90℃、ある実施形態では約35〜約70℃で、所定の所望の粒子サイズが得られるまで、凝集させてよい。所定の所望のサイズとは、形成前に決定されることになっている所望の粒子サイズを意味し、粒子サイズは、成長プロセス中、そのような粒子サイズに達するまでモニターされ得る。成長プロセス中にサンプルを取り、例えばコールターカウンターを用いて平均粒子サイズを解析してもよい。したがって、撹拌しながら、高温を維持するか、温度を例えば約30〜約99℃に徐々に上昇させ、混合物をその温度で約0.5時間〜約10時間、ある実施形態では約1時間〜約5時間維持することによって凝集を進行させることで、凝集粒子が得られ得る。所定の所望の粒子サイズに達したら、成長プロセスを停止する。ある実施形態では、所定の所望の粒子サイズは、前述したトナー粒子サイズの範囲内である。
凝集剤添加後の粒子の成長および整形は、任意の好適な条件下でなされ得る。例えば、成長および整形は、凝集と合一が別々に起こる条件下で行われ得る。凝集と合一の段階を別々にするために、凝集プロセスは、前述したように樹脂のガラス転移温度よりも低くてもよい高温、例えば約40〜約90℃、ある実施形態では約45〜約80℃の剪断条件下で行われ得る。
トナー粒子の所望の最終サイズが得られたら、塩基を用いて混合物のpHの値を約3〜約10、ある実施形態では約5〜約9に調整してよい。pH調整は、トナー成長を凍結、すなわち停止するために利用しうる。
ある実施形態では、凝集より後、合一より前に、凝集粒子にシェルを塗布してもよい。上記でコア樹脂の形成に適したものとして記載した任意の樹脂が、シェルとして用いられ得る。ある実施形態では、前述したようにポリエステル非晶性樹脂ラテックスがシェル中に含まれ得る。
ある実施形態では、シェルの形成に用いられ得る樹脂としては、限定されるものではないが、例えば転相乳化プロセスにより形成され得る前述の非晶性樹脂および/または前述の結晶性樹脂ラテックスが含まれる。ある実施形態では、本開示に係るシェルの形成に用いられ得る非晶性樹脂には、必要に応じて前述の結晶性ポリエステル樹脂ラテックスと組み合わされてもよい非晶性ポリエステルが含まれる。複数の樹脂を任意の好適な量で用いてよい。ある実施形態では、第1の非晶性ポリエステル樹脂、例えば上記式Iの非晶性樹脂が、全シェル樹脂の約20〜約100重量パーセント、ある実施形態では全シェル樹脂の約30〜約90重量パーセントの量で存在し得る。したがって、ある実施形態では、第2の樹脂が、全シェル樹脂の約0〜約80重量パーセント、ある実施形態ではシェル樹脂の約10〜約70重量パーセントの量で、シェル樹脂中に存在し得る。
シェル樹脂は、当業者に公知の任意の方法で凝集粒子に付与してよい。ある実施形態では、シェル形成に用いられる樹脂は、前述した任意の界面活性剤を含むエマルション中にあってよい。樹脂を含むエマルションを前述した凝集粒子と混合し、凝集粒子を覆うシェルが形成されるようにしてよい。
凝集粒子を覆うシェルの形成は約30〜約80℃、ある実施形態では約35〜約70℃に加熱している間起こり得る。シェルの形成は約5分間〜約10時間、ある実施形態では約10分間〜約5時間の間行われ得る。
所望の粒子サイズまで凝集させ、前述の必要に応じて用いるシェル樹脂を付与した後、粒子を所望の最終形状に合一させてよく、合一は、例えば混合物を好適な温度に加熱することでなされ得る。この温度は、ある実施形態では約40〜約99℃、ある実施形態では約50〜約95℃であり得る。より高い温度またはより低い温度を用いてもよく、温度は用いる樹脂に応じて変わると理解される。
合一は約1分間〜約24時間、ある実施形態では約5分間〜約10時間かけてなされ得る。
本開示によれば、前述したように、消泡剤非存在下での時間と比べて、合一サイクルの時間が約10〜約80%、ある実施形態では約20〜約70%短縮される。ある実施形態では、前述したように消泡剤非存在下での時間と比べて、凝集/合一全体の時間が約5〜約30%、ある実施形態では約10〜約25%短縮される。
ある実施形態では、合一の時間は約1分間〜約2時間、ある実施形態では約20分間〜約60分間であり得、ここで凝集/合一の全体の時間は約5時間〜約15時間、ある実施形態では約6時間〜約10時間であり得る。
合一後、混合物は室温、例えば約20〜約25℃に冷却され得る。冷却は、所望により、急速であってもよく、ゆっくりであってもよい。好適な冷却方法としては、反応器を囲むジャケットへの冷水の導入が含まれ得る。冷却後、トナー粒子は、必要に応じて、水で洗浄され、その後乾燥されてもよい。乾燥は、例えば凍結乾燥等の任意の好適な乾燥方法でなされ得る。
本開示によれば、消泡剤の大部分、ある実施形態ではポリプロピレングリコールの大部分は、水への親和性が強いため、洗浄プロセス中に除去することができる。消泡剤は、通常、非毒性であり得、排水処理プロセス中で生物学的に分解するので、更なる環境的取扱い条件がないように選択され得る。
ある実施形態では、トナー粒子は、所望によりまたは必要に応じて、その他の必要に応じて用いる添加剤を含んでもよい。例えば、トナーは、正または負の帯電制御剤を、例えばトナーの約0.1〜約10重量%、ある実施形態ではトナーの約1〜約3重量%の量で含んでもよい。
流動助剤等の外添剤粒子をトナー粒子とブレンドしてもよく、これらの添加剤はトナー粒子の表面上に存在し得る。
通常、トナーの流動性、摩擦(tribo)の増加、混合制御、現像および転写の安定性向上、ならびにより高いトナーブロッキング温度を得るために、トナー表面にシリカが適用され得る。相対湿度(RH)安定性の向上、摩擦制御、ならびに現像および転写の安定性向上のために、TiOが適用され得る。潤滑特性、現像剤の導電性、摩擦の増加を得るため、ならびにトナーとキャリア粒子との接触数を増やすことでより大きなトナー電荷および電荷安定性を可能にするために、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、および/またはステアリン酸マグネシウムを必要に応じて外添剤として用いてもよい。
これらの外添剤のそれぞれは、トナーの約0.1〜約5重量パーセント、ある実施形態ではトナーの約0.25〜約3重量パーセントの量で存在し得る。ある実施形態では、トナーは、例えば約0.1〜約5重量%のチタニア、約0.1〜約8重量%のシリカ、および約0.1〜約4重量%のステアリン酸亜鉛を含み得る。
また、これらの添加剤は、前述のシェル樹脂と同時に、またはシェル樹脂の付与後に、付与され得る。
ある実施形態では、本開示のトナーは超低溶融(ULM)トナーとして用いられ得る。ある実施形態では、外添表面添加剤を含まない場合、本開示のシェルを有する乾燥トナー粒子は、以下の特性を有し得る:
(1)体積平均直径(「体積平均粒径」ともいう)が約3〜約25μm、ある実施形態では約4〜約15μm、別の実施形態では約4.5〜約10μm。
(2)数平均幾何粒度分布(GSDn)および/または体積平均幾何粒度分布(GSDv)が約1.05〜約1.55、ある実施形態では約1.1〜約1.4。
(3)円形度が約0.93〜約1、ある実施形態では約0.95〜約0.99。
(4)粗大物含有量が約0.01〜約10%、実施形態では約0.1〜約5%。
トナー粒子の特性は、任意の好適な技術および装置で決定され得る。体積平均粒径D50v、GSDv、およびGSDnは、ベックマンコールター社製マルチサイザー3等の測定機器をメーカーの取扱説明書に従って用いて測定することができる。GSDvは、(D84/D50)に対する体積による上側幾何標準偏差(upper geometric standard deviation:GSDv)(粗大物レベル)を意味する。GSDnとは、(D50/D16)に対する個数による幾何標準偏差(GSDn)(微細物レベル)を意味する。全トナー粒子の50%の累積百分率が得られる粒径を体積D50と定義し、84%の累積百分率が得られる粒径を体積D84と定義する。前述のこれらの体積平均粒子サイズ分布指標GSDvは、累積分布中でD50およびD84を用いて表すことができ、体積平均粒子サイズ分布指標GSDvは(体積D84/体積D50)として表される。前述のこれらの数平均粒子サイズ分布指標GSDnは、累積分布中でD50およびD16を用いて表すことができ、数平均粒子サイズ分布指標GSDnは、(数D50/数D16)として表される。GSDの値が1.0に近い程、粒子間のサイズ分布が小さい。トナー粒子の前述のGSD値は、トナー粒子が狭い粒度分布で作製されることを示している。
典型的なサンプリングは以下のように行われ得る:少量のトナーサンプル(約1グラム)を取り、25マイクロメートルの篩で篩分し、その後、等張液に入れて濃度を約10%にした後、サンプルをベックマンコールター社製マルチサイザー3にかけてよい。
トナー粒子の円形度は任意の好適な技術および装置で測定され得る。円形度は、粒子が完全な球にどれだけ近いかを示す測定値である。円形度が1.0であれば、粒子は完全な球の形状をしていることになる。
トナー粒子の粗大物含有量は、任意の好適な技術および装置で測定され得る。粗大物含有量は、篩を用いて粗大物を回収する湿式篩分またはコールターカウンター等の測定機器を用いて測定することができる。典型的なサンプリングは以下のように行われ得る:少量のトナーサンプル(約1グラム)を取り、25マイクロメートルの篩で篩分した後、等張液に入れて濃度を約10%にし、その後、サンプルをベックマンコールター社製マルチサイザー3にかけてよい。
以下の実施例は、本開示の実施形態を説明するために提出するものである。これらの実施例は説明のみを意図し、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。また、特に断りのない限り、部および百分率は重量を基準とする。本明細書において、「室温」とは、約20〜約25℃の温度を意味する。
比較例1
消泡剤を含まない乳化凝集ポリエステルトナーを2リットル(2L)のベンチスケールで作製した(理論的に約165グラムの乾燥トナー)。約110グラムの、本明細書で樹脂Aと呼ばれる直鎖状非晶性樹脂を含むエマルション(約38重量%樹脂)と、約111グラムの、本明細書で樹脂Bと呼ばれる直鎖状非晶性樹脂を含むエマルション(約37重量%樹脂)と、約34グラムの結晶性ポリエステルエマルションと、約5.06グラムの界面活性剤(すなわち、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー社から市販されているDOWFAX(登録商標)2A1)と、約58グラムの、シアン顔料ピグメントブルー15:3(約17重量%)を含む分散液と、約51グラムのパラフィンワックス(約30重量%)(インターナショナル・グループ社(The International Group, Inc.)から市販)とをプラスチックビーカーに入れ、混合した。約22グラムの硝酸(約0.3M)を添加して混合物のpHを約4.2に調整した。このスラリーに、約3000〜約4000rpmの速度で約5分間均質化しながら、約36.5グラムの脱イオン水と混合した約2.96グラムのAl(SO(約27.8重量%)を凝固剤として添加した。次いで、スラリーを2Lのビュッヒ社(Buchi)製反応器に移した。
次いで、約460rpmの速度で混合しながら、混合物を約42℃に加熱して凝集させた。
粒子サイズが特定の値、例えば約5μmに達した時、前述したのと同じ直鎖状非晶性樹脂Aを含むエマルション約60グラム(約38重量%樹脂)と、前述したのと同じ直鎖状非晶性樹脂Bを含むエマルション約61グラム(約37重量%樹脂)との混合物を反応器に添加し、凝集粒子を覆うシェルを形成した。このバッチを更に約45℃で加熱し、所望の粒子サイズを得た。約11.4グラムのTris−HClバッファー(pH9)、水酸化ナトリウム、およびEDTAを添加して混合物のpHを約5に調整した。目的の粒子サイズである約5.5ミクロンが得られた後(すなわち約1時間後)、すぐに凝集工程を凍結した。
その後、反応器の温度を約85℃に上げ、pH5.7の酢酸ナトリウム/酢酸バッファーを用いてpHを約6.5に調整し、粒子の合一を開始させた。約2時間後、FPIAによる測定で粒子の円形度が0.965を超えたところで粒子を冷却した。
コールターカウンターで粒子サイズをモニターし、幾何粒度分布(geomegric size distribution)(「GSD」)を決定した。最終トナー粒子のサイズ、GSD、およびGSDは、それぞれ約5.48μm、約1.21、および約1.24であった。得られた粒子の微細物(約1〜4ミクロン)、粗大物(約16ミクロン超)、および円形度は、それぞれ約18.63%、約0.2%、約0.969であった。
なお、上記の直鎖非晶性樹脂AおよびBは下記の式で表される。
Figure 2012022283
式I中、直鎖非晶性樹脂Aのmは約50であり、直鎖非晶質樹脂Bのmは約140である。これらの樹脂は、米国特許第6,063,827号明細書に記載の方法により作製された。
また、上記の結晶性ポリエステルエマルションは、下記式(II)で表されるドデカン二酸および1,9−ノナンジオールからなる結晶性ポリエステル樹脂を約30%含むエマルションである。
Figure 2012022283
式II中、bは約5〜約2000、dは約5〜約2000である。米国公開公報2006/0222991に記載の方法に従って作製した。
以下の表1は、本開示に従って作製されたトナーと比較したこの対照トナーのサイクル時間の概要を含む。
実施例1
同じ成分を同じ量および同じ濃度で用いて上記比較例1の合成と同様に、約140parts per million(ppm)の消泡剤を含む乳化凝集ポリエステルトナーを作製した。本実施例と上記比較例1の差は、約0.02グラムの消泡剤、TEGO(登録商標)FOAMEX 830(EVONIK TEGO CHEMIE社製;スペシャルケムS.A.社(Special Chem S.A.)から入手可能)をプラスチックビーカーに添加し、その後、混合し、21グラムの0.3M 硝酸(HNO)を用いてpHを4.2に調整したことである。
粒子の凝集を進め、そこにシェルを添加し、上記比較例1に記載したように粒子の合一を起こさせた。
上記比較例1に記載したように、粒子の凝集/合一後、反応器の温度を85℃に上げ、pH5.7の酢酸ナトリウム/酢酸バッファーを用いてpHを約6.5に調整し、粒子の合一を開始させた。約1時間後、粒子の円形度が0.965を超えたところで粒子を冷却した。
コールターカウンターで粒子サイズをモニターし、GSDを決定した。最終トナー粒子のサイズ、GSD、およびGSDは、それぞれ約5.31μm、約1.19、および約1.23であった。微細物(約1〜4ミクロン)、粗大物(約16ミクロン超)、および円形度は、ぞれぞれ約18.80%、約0.08%、および約0.977であった。
以下の表1は、本実施例1のトナーと比較した比較例1の対照トナーにおけるサイクル時間の概要を含む。
実施例2
実施例1と同様に、約500ppmの消泡剤を含む乳化凝集ポリエステルトナーを作製した。本実施例2と実施例1の差は、約0.072グラムの消泡剤(TEGO(登録商標)FOAMEX 830)を添加したことだけである。
同じシェルを添加し、実施例1に記載したように粒子の円形度が0.965を超えるまで凝集および合一を進行させ、冷却した。
コールターカウンターで粒子サイズをモニターし、GSDを決定した。最終トナー粒子のサイズ、GSD、GSDは、それぞれ約5.60μm、約1.20、および約1.21であった。微細物(約1〜4ミクロン)、粗大物(約16ミクロン超)、および円形度は、それぞれ約12.54%、約0.25%、および約0.983であった。
以下の表1は、上記トナーのサイクル時間の概要を含む。
Figure 2012022283
以下の表2および表3は、比較例1の対照トナーおよび実施例2のトナーの荷電および定着の結果を示す。表に示されているように、荷電および定着のどちらの結果も、消泡剤の添加による大きな影響を示さなかった。
Figure 2012022283
Figure 2012022283
上記で開示したおよびその他の特徴および機能またはその代替物のバリエーションを多くのその他の異なるシステムまたは用途に望ましく組み合わせてもよいと理解される。また、現在予想または予期できない種々の代替物、修正、変更、または改良が今後当業者によりなされ得るが、これらも添付の特許請求の範囲に包含されることが意図されると理解される。請求項中で特に記載していない限り、請求項の工程または要素は、如何なる特定の順序、数、位置、サイズ、形状、角度、色、または材料に関しても、明細書または任意のその他の請求項から示唆または導入されるべきではない。

Claims (4)

  1. トナー製造方法であって、
    少なくとも1つの樹脂を、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;
    前記少なくとも1つの樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
    前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
    前記トナー粒子を回収する工程
    を含み、合一サイクルの時間が1分間〜2時間である、方法。
  2. 前記少なくとも1つの樹脂が、少なくとも1つの結晶性樹脂と組み合わされていてもよい少なくとも1つの非晶性樹脂を含み、前記少なくとも1つの界面活性剤が、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、およびその組合せからなる群から選択され、かつ、前記樹脂の0.01〜20重量%の量で存在する、請求項1に記載の方法。
  3. トナー製造方法であって、
    少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、少なくとも1つの界面活性剤、および少なくとも1つの消泡剤、必要に応じてワックス、および必要に応じて着色剤と接触させて一次スラリーを形成する工程;
    前記少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
    前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
    前記トナー粒子を回収する工程
    を含み、前記凝集および合一の全体の時間が5時間〜15時間である、方法。
  4. トナー製造方法であって、
    少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を、(a)少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂、(b)少なくとも1つの界面活性剤、(c)エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ネオペンチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセロール、エリトリトール、トレイトール、アラビトール、キシリトール、リビトール、d−マンニトール、ソルビトール、ガラクチトール、イジトール、イソマルト、マルチトール、ラクチトール、ヒュームドシリカ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、形成されるトナー粒子の0.01〜10重量%の量の少なくとも1つの消泡剤、(d)必要に応じてワックス、ならびに(e)必要に応じて着色剤、と接触させて一次スラリーを形成する工程;
    前記少なくとも1つの結晶性ポリエステル樹脂と組み合わされた少なくとも1つの非晶性ポリエステル樹脂を凝集剤を用いて凝集させて凝集粒子を形成する工程;
    前記凝集粒子を合一させてトナー粒子を形成する工程;ならびに
    前記トナー粒子を回収する工程
    を含み、合一サイクルの時間が1分間〜120分間である、方法。
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