JP2014006525A - 高い真円度を有する乾燥トナー粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学的に製造されたトナーと同様の粒径および形状特徴を有する乾燥トナー粒子を製造するための方法を提供する。
【解決手段】トナー樹脂を、着色剤と、場合によりワックスとを溶融混合して、トナーを形成する工程、トナーを研削して、トナー粒子を形成する工程、トナー粒子を平均４〜１０ミクロンのサイズの粒子に分類する工程、高速ブレンダにて、分類されたトナー粒子を添加剤とブレンドする工程、および次いで円錐ミキサにて、混合物を任意の追加の表面添加剤で処理する工程を含む。この方法により、高い真円度およびよりシャープな粒径分布を有するトナー粒子を製造する。トナー粒子の表面処理は、トナー粒子の内部構成成分に影響を与えない。
【選択図】なし

Description

本発明は、高い真円度を有する乾燥トナー粒子の製造方法に関する。

丸いトナー粒子は、一般に、水性形態でのトナーの種々の構成成分の化学的凝集および合体を介して製造される。化学的凝集プロセスは、すべての原料を、界面活性剤および高強度の均質化設備を用いて水中に分散させることが必要である。あるいは、化学的に製造されたトナーは、溶媒系プロセスによって製造されてもよい。化学的に製造されたポリエステルトナーは、より高い真円度およびよりシャープな粒径分布のため、電子写真式転写効率が高いという利点を提供する。しかし、化学的凝集プロセスは、水を消費し、時間も消費する。そのため、化学的に製造されたポリエステルトナーは、多くの場合、従来の方法によって製造される乾燥トナーに拮抗するものではない。

乾燥トナー粒子を製造するための従来のプロセスにおいて、材料は、押出成型機に乾燥形態で供給され、連続式制御様式において溶融混合され、所望のトナー特徴を生じる。材料は、押出成型工程の前に水中に分散させる必要はない。代わりに、押出成型機からの材料は、所望の粒径および粒径分布に到達するように、物理的に研削され、分類される。しかし、押出成型および物理的研削を含むプロセスによって製造される乾燥トナーに関して生じ得る問題は、得られたトナー粒子が、球形ではなく、不規則に成形され得ることである。トナーフィルム形成および不安定な画像品質を含む欠陥は、球形でないトナーを使用する場合に生じ得る。

従来のトナー技術を用いることによって、化学的凝集を介して製造されるトナー粒子と同様の特徴を有する顕著に丸い乾燥トナー粒子を製造する方法が必要とされている。

図１は、表面処理の前の実施形態に従うトナー粒子の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 図２は、表面処理の後の実施形態に従うトナー粒子のＳＥＭ画像である。 図３は、表面処理の前の実施形態に従うトナー粒子を通したスライスの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。 図４は、表面処理の後の実施形態に従うトナー粒子を通したスライスのＴＥＭ画像である。

化学的に製造されたトナーと同様の粒径および形状特徴ならびに耐久性の表面添加剤層を有する乾燥トナー粒子を製造するための方法は、従来のトナープロセスに従って乾燥トナー粒子を製造する工程、次いで材料を加熱し、撹拌する円錐ミキサを用いてトナー粒子をさらに処理する工程を含んでいてもよい。

実施形態において、この方法は、少なくとも１つのトナー樹脂を、少なくとも１つの着色剤と、場合によりワックスとを溶融混合して、トナーを形成する工程；トナーを研削して、トナー粒子を形成する工程；トナー粒子をサイズに従って分類する工程；高速ブレンダにて、分類されたトナー粒子を表面添加剤とブレンドする工程；および次いで円錐ミキサにて、トナー粒子を任意の追加の表面添加剤で処理する工程を含んでいてもよい。あるいは、表面添加剤は、円錐ミキサ中での表面処理中にのみ添加されてもよく、こうしてブレンド工程を排除できる。この方法は、処理前のトナー粒子よりも、高い真円度およびより狭い（すなわちよりシャープな）粒径分布を有するトナー粒子を製造する。トナー粒子の表面処理は、トナー粒子の内部構成成分に影響を与えない。

この方法はまた、マグネタイトまたは電荷制御剤のような、化学的プロセスに必ずしも容易に組み込まれ得るとは限らない構成成分を使用する配合にとって有益な場合がある。異なる実施形態において、この方法は、バイオポリエステル樹脂システムに拡張されてもよい。さらに異なる実施形態において、この方法は、化学的に製造されたトナーに拡張されて、化学的に製造されたトナー粒子の真円度をさらに増大させてもよい。

いずれかの好適な樹脂が、本開示のトナーを形成する際に利用されてもよい。従って、こうした樹脂は、いずれかの好適なモノマーから製造されてもよい。使用されるいずれかのモノマーは、利用されるべき粒子状ポリマーに依存して選択されてもよい。

樹脂を形成する際に有用で好適なモノマーとしては、スチレン、アクリレート、メタクリレート、ブタジエン、イソプレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、ジオール、二酸、ジアミン、ジエステル、ジイソシアネート、これらの組み合わせなどが挙げられるが、これらに限定されない。

実施形態において、樹脂は、例えばスチレンアクリレート、スチレンブタジエン、スチレンメタクリレート、およびこれらの組み合わせに基づく樹脂を含むポリマー樹脂であってもよい。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ってもよい。

他の実施形態において、本開示のトナーを形成するために利用される樹脂は、ポリエステル樹脂であってもよい。こうしたポリエステル樹脂は、非晶質樹脂、結晶性樹脂および／またはこれらの組み合わせであってもよい。好適な樹脂はまた、非晶質ポリエステル樹脂および結晶性ポリエステル樹脂の混合物を含んでいてもよい。

実施形態において、好適な非晶質樹脂としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリイソブチレート、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、ポリプロピレン、これらの組み合わせなどが挙げられる。利用できる非晶質樹脂の例としては、アルカリスルホン化−ポリエステル樹脂、分岐アルカリスルホン化−ポリエステル樹脂、アルカリスルホン化−ポリイミド樹脂、および分岐アルカリスルホン化−ポリイミド樹脂が挙げられ、ここでこのアルカリ金属は、例えばナトリウムイオン、リチウムイオンまたはカリウムイオンである。

実施形態において、不飽和非晶質ポリエステル樹脂は、樹脂として利用できる。

一部の実施形態において、非晶質樹脂は架橋されてもよい。例えば、架橋は、非晶質樹脂を、本明細書において実施形態では開始剤と称されることもある架橋剤と組み合わせることによって達成されてもよい。好適な架橋剤の例としては、例えば、フリーラジカルまたは熱開始剤、例えば有機過酸化物およびアゾ化合物が挙げられるが、これらに限定されない。

実施形態において、本開示のトナーを形成するために利用される非晶質樹脂は、場合により別の非晶質樹脂と組み合わせられる、少なくとも１つのバイオ非晶質ポリエステル樹脂であってもよい。バイオ樹脂は、石油化学製品の代わりに植物油のような生物学的供給源から誘導される樹脂または樹脂配合物である。バイオ非晶質樹脂としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリイソブチレート、およびポリオレフィン、これらの組み合わせなどが挙げられる。

好適な非晶質バイオ樹脂は、約４５℃〜約７０℃、実施形態においては約５０℃〜約６５℃のガラス転移温度、約２，０００〜約２００，０００、実施形態においては約５，０００〜約１００，０００の重量平均分子量（Ｍｗ）、約１，０００〜約１０，０００、実施形態においては約２，０００〜約８，０００の、ゲル透過クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定される場合の数平均分子量（Ｍｎ）、約２〜約２０、実施形態においては約３〜約１５の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）、および約１０ＰａＳ〜約１００，０００ＰａＳ、実施形態においては約５０ＰａＳ〜約１０，０００ＰａＳの、約１３０℃における粘度を有していてもよい。

バイオポリマー樹脂は、約７ｍｇＫＯＨ／ｇ〜約５０ｍｇＫＯＨ／ｇ、実施形態においては約９ｍｇＫＯＨ／ｇ〜約４８ｍｇＫＯＨ／ｇ、実施形態においては約９．４ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有していてもよい。

利用される場合、非晶質バイオ樹脂は、例えばトナー粒子を形成するために使用される構成成分の約１〜約９５重量％または約５〜約５０重量％の量で存在してもよい。

実施形態において、非晶質バイオポリエステル樹脂は、直径約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍまたは約７５ｎｍ〜２２５ｎｍの粒径を有していてもよい。

実施形態において、好適なラテックス樹脂粒子は、場合により１つ以上の非晶質樹脂と組み合わせて、場合により結晶性樹脂と組み合わせて、１つ以上の非晶質バイオ樹脂を含んでいてもよい。

結晶性樹脂は、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンまたはエチレン−プロピレンコポリマー、ポリイソブチレート、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、これらの組み合わせなどであってもよい。実施形態において、結晶性樹脂はスルホン化されていてもよい。

結晶性樹脂は、有機ジオールおよび有機二酸を、重縮合触媒の存在下で反応させる重縮合プロセスによって調製されてもよい。

実施形態において、脂肪族ジオールは、樹脂の約４５〜約５０モル％または約４７〜約４９モル％の量で存在してもよく、アルカリスルホ−脂肪族ジオールは、樹脂の約１〜約１０モル％または約２〜約８モル％の量で存在してもよい。

実施形態において、有機二酸は、例えば樹脂の約４０〜約５０モル％または約４２〜約４８モル％の量で存在してもよく、アルカリスルホ−脂肪族二酸は、樹脂の約１〜約１０モル％または約２〜約８モル％の量で存在してもよい。

実施形態において、有機ジオールと有機二酸との化学量論的等モル比が利用されてもよい。しかし、場合によっては、有機ジオールの沸点が約１８０℃〜約２３０℃である場合に、過剰量のジオールが、重縮合プロセス中に利用され、除去できる。

結晶性または非晶質ポリエステルのいずれかの製造のために好適な重縮合触媒としては、テトラアルキルチタネート、ジアルキルスズオキシド、例えばジブチルスズオキシド、テトラアルキルスズ、例えばジブチルスズジラウレート、ジアルキルスズオキシドヒドロキシド、例えばブチ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、またはこれらの組み合わせが挙げられる。

実施形態において、触媒は、ポリエステル樹脂を得るために使用される出発二酸またはジエステルに基づく樹脂の、例えば約０．０１モル％〜約５モル％または約０．５〜約４モル％の量で利用されてもよい。利用される触媒の量は変動してもよく、例えば樹脂の約０．０１〜約１モル％の量にて選択できる。加えて、有機二酸の代わりに、有機ジエステルはまた、プロセス中に得られるアルコール副生成物に関して選択できる。

好適な結晶性樹脂としては、実施形態において、ポリ（エチレン−アジペート）、ポリ（プロピレン−アジペート）、ポリ（ブチレン−アジペート）、ポリ（ペンチレン−アジペート）、ポリ（ヘキシレン−アジペート）、ポリ（オクチレン−アジペート）、ポリ（エチレン−スクシネート）、ポリ（プロピレン−スクシネート）、ポリ（ブチレン−スクシネート）、ポリ（ペンチレン−スクシネート）、ポリ（ヘキシレン−スクシネート）、ポリ（オクチレン−スクシネート）、ポリ（エチレン−セバケート）、ポリ（プロピレン−セバケート）、ポリ（ブチレン−セバケート）、ポリ（ペンチレン−セバケート）、ポリ（ヘキシレン−セバケート）、ポリ（オクチレン−セバケート）、ポリ（デシレン−セバケート）、ポリ（デシレン−デカノエート）、ポリ−（エチレン−デカノエート）、ポリ−（エチレン−ドデカノエート）、ポリ（ノニレン−セバケート）、ポリ（ノニレン−デカノエート）、コポリ（エチレン−フマレート）−コポリ（エチレン−セバケート）、コポリ（エチレン−フマレート）−コポリ（エチレン−デカノエート）、コポリ（エチレン−フマレート）−コポリ（エチレン−ドデカノエート）、およびこれらの組み合わせが挙げられる。

結晶性樹脂は、例えば、トナー構成成分の約５〜約５０重量％、実施形態においてはトナー構成成分の約１０〜約３５重量％の量で存在してもよい。結晶性樹脂は、例えば約７０℃〜約１５０℃、実施形態において約８０℃〜約１４０℃の種々の融点を保持することができる。結晶性樹脂は、例えば、約１，０００〜約５０，０００、実施形態においては約２，０００〜約２５，０００の、ゲル透過クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定される場合の数平均分子量（Ｍｎ）、および例えば約２，０００〜約１００，０００、実施形態においては約３，０００〜約８０，０００の、ポリスチレン樹脂を用いるＧＰＣによって測定される場合の重量平均分子量（Ｍｗ）を有していてもよい。結晶性樹脂の分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、例えば約１〜約６、実施形態においては約２〜約４であってもよい。

１つ、２つまたはそれ以上の樹脂が使用されてもよい。実施形態において、２つ以上の樹脂が使用される場合、樹脂は、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）、実施形態においては約４％（第１の樹脂）／９６％（第２の樹脂）〜約９６％（第１の樹脂）／４％（第２の樹脂）のようないずれかの好適な比（例えば重量比）であってもよい。樹脂が非晶質樹脂、結晶性樹脂およびバイオ非晶質樹脂を含む場合、これらの３つの樹脂の重量比は、約９７％（非晶質樹脂）：２％（結晶性樹脂）：１％（バイオ非晶質樹脂）〜約９２％（非晶質樹脂）：４％（結晶性樹脂）：４％（バイオ非晶質樹脂）であってもよい。

上記で記載される樹脂は、トナー組成物を形成するために利用できる。こうしたトナー組成物は、着色剤、ワックス、および添加剤を含んでいてもよい。

添加されるべき着色剤として、種々の既知の好適な着色剤、例えば染料、顔料、染料混合物、顔料混合物、染料および顔料の混合物などは、トナー中に含まれてもよい。

好適な着色剤の例としては、ＲＥＧＡＬ３３０のようなカーボンブラック；ＭｏｂａｙマグネタイトＭＯ８０２９、ＭＯ８０６０のようなマグネタイト；コロンブスマグネタイト；ＭＡＰＩＣＯ ＢＬＡＣＫＳおよび表面処理されたマグネタイト；ＰｆｉｚｅｒマグネタイトＣＢ４７９９、ＣＢ５３００、ＣＢ５６００、ＭＣＸ６３６９；Ｂａｙｅｒマグネタイト、ＢＡＹＦＥＲＲＯＸ８６００、８６１０、Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｐｉｇｍｅｎｔｓマグネタイト、ＮＰ−６０４、ＮＰ−６０８；ＭａｇｎｏｘマグネタイトＴＭＢ−１００、またはＴＭＢ−１０４などを挙げることができる。着色された顔料として、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、グリーン、ブラウン、ブルーまたはこれらの混合物が選択できる。一般に、シアン、マゼンタまたはイエロー顔料または染料、あるいはこれらの混合物が使用される。顔料は、一般に水系顔料分散液として使用される。

場合により、ワックスはまた、トナー粒子を形成する際に樹脂および着色剤と組み合わせてもよい。含まれる場合、ワックスは、例えばトナー粒子の約１重量％〜約２５重量％、実施形態においてはトナー粒子の約５重量％〜約２０重量％の量で存在してもよい。

選択されてもよいワックスとしては、例えば約２００〜約２０，０００、実施形態においては約４００〜約５，０００の重量平均分子量を有するワックスが挙げられる。

使用されてもよいワックスとしては、例えばポリオレフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリブテンワックス、ワックスエマルション、および低重量平均分子量ポリプロピレン；植物系ワックス、例えばカルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木蝋、およびホホバ油；動物系ワックス、例えばビーワックス；鉱物系ワックスおよび石油系ワックス、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、微結晶性ワックス、およびフィッシャー−トロプシュワックス；高級脂肪酸および高級アルコールから得られるエステルワックス、例えばステアリルステアレートおよびベヘニルベヘネート；高級脂肪酸および一価または多価低級アルコールから得られるエステルワックス、例えばブチルステアレート、プロピルオレエート、グリセリドモノステアレート、グリセリドジステアレート、およびペンタエリスリトールテトラベヘンエート；高級脂肪酸および多価アルコールマルチマーから得られるエステルワックス、例えばジエチレングリコールモノステアレート、ジプロピレングリコールジステアレート、ジグリセリルジステアレート、およびトリグリセリルテトラステアレート；ソルビタン高級脂肪酸エステルワックス、例えばソルビタンモノステアレート、およびコレステロール高級脂肪酸エステルワックス、例えばコレステロールステアレートが挙げられる。使用されてもよい官能化ワックスの例としては、例えばアミン、アミド、フッ素化ワックス、混合フッ素化ワックス、アミドワックス、イミド、エステル、四級アミン、カルボン酸またはアクリル系ポリマーエマルション、および塩素化ポリプロピレンおよびポリエチレンが挙げられる。前述のワックスの混合物および組み合わせは、実施形態において使用されてもよい。ワックスは、例えばヒューザーロール離型剤として含まれていてもよい。

実施形態において、トナー粒子はまた、所望によりまたは必要に応じて添加剤を含有してもよい。例えば、トナーは、トナーの約０．１〜約１０重量％、実施形態においては約０．５〜７重量％の量でいずれか既知の電荷添加剤を含んでいてもよい。こうした電荷添加剤の例としては、アルキルピリジニウムハライド、ビスルフェート、負電荷向上添加剤、例えばアルミニウム錯体などが挙げられる。

加えて、トナー粒子と、高速ブレンダにおいて、外部表面添加剤粒子（流動補助添加剤を含む）とをブレンドでき、この添加剤はトナー粒子の表面に存在してもよい。実施形態において、表面添加剤は、０．１〜５重量％、または約０．３〜３重量％の量で存在してもよい。表面添加剤粒子は、サイズが、７ｎｍ〜３００ｎｍ、実施形態においては７ｎｍ〜２００ｎｍであってもよい。

これらの表面添加剤の例としては、金属酸化物、例えば酸化チタン、酸化ケイ素、酸化スズ、これらの混合物など；コロイド状および非晶質シリカ、例えばＡＥＲＯＳＩＬ、金属塩および脂肪酸の金属塩（ステアリン酸亜鉛、酸化アルミニウム、酸化セリウム、およびこれらの混合物を含む）が挙げられる。

トナー粒子は、従来のプロセスに従って形成されてもよく、これは一般に（１）押出成型、（２）研削、（３）分類、および（４）ブレンドを含む。

乾燥トナー粒子を形成するための従来のプロセスは、一般に加熱されたポリマー樹脂を着色剤と押出成型機、例えばＷｅｒｎｅｒ ＰｆｌｅｉｄｅｒｅｒＺＳＫ−５３またはＷＰ−２８押出成型機にて溶融混合することによって始め、結果として着色剤はポリマーに分散される。例えば、１５馬力のモーターを備えたＷｅｒｎｅｒ Ｐｆｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｗｐ−２８押出成型機は、樹脂、着色剤およびいずれかの他の添加剤の溶融ブレンドに非常に好適である。

トナー着色剤は、上記で先に記載されるように、粒子状顔料、あるいは染料であってもよい。多数の着色剤は、このプロセスに使用できる。次いで好適なトナー樹脂は、着色剤分散液の下流注入によって着色剤と混合される。

実施形態において、トナーは、当業者の範囲内である方法および装置を利用して溶融混合することによって形成されてもよい。例えば、トナー成分の溶融混合は、上記構成成分の粒子を物理的に混合またはブレンドし、次いで溶融混合することによって達成されてもよい。好適な温度は、例えば約６５℃〜約２００℃、実施形態においては約８０℃〜約１２０℃が、押出成型機または同様の装置に適用されてもよい。

樹脂は、一般に、トナー組成物の約５０重量％〜約９９重量％、またはトナー組成物の約７０重量％〜約９７重量％の量で樹脂−トナー混合物に存在し、着色剤は、トナー組成物の約１〜約５０重量％、またはトナー組成物の約３〜約２０重量％の量で存在する。

トナーの追加の「内部」構成成分は、トナーを添加剤と混合する前に樹脂に添加されてもよい。あるいは、これらの構成成分は、押出成型中に添加されてもよい。種々の既知の好適な有効電荷制御添加剤は、トナー組成物に組み込まれることができ、例えば四級アンモニウム化合物およびアルキルピリジニウム化合物（セチルピリジニウムハライドおよびセチルピリジニウムテトラフルオロボレート、ジステアリルジメチルアンモニウムメチルスルフェートを含む）などである。内部電荷向上添加剤は、通常、約０重量％〜約２０重量％の量で最終トナー組成物に存在する。

樹脂、着色剤、任意のワックス、およびいずれかの内部添加剤が押出成型された後、樹脂混合物は、いずれかの好適な方法（当業者に既知の方法を含む）によってサイズが低減される。こうした低減は、樹脂が衝撃を受けた場合に破砕を生じる大部分のトナーの脆性によって促進される。これは、粉砕機または磨砕機、例えば媒体ミル、ジェットミル、ハンマーミル、または同様のデバイスにおいて迅速な粒径低減を可能にする。好適なジェットミルの例は、Ａｌｐｉｎｅ８００ＡＦＧ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｏｐｐｏｓｅｄ Ｊｅｔ Ｍｉｌｌである。こうしたジェットミルは、典型的なトナー粒子を約４ミクロン〜約３０ミクロンのサイズに低減することができる。カラートナーについて、トナー粒径は、４〜１０ミクロンのさらに小さい範囲内が平均である場合がある。

実施形態において、研削は、約２５ミクロン未満、他の実施形態においては約５ミクロン〜約１５ミクロン、さらに他の実施形態においては約５．５ミクロン〜約１２ミクロンの体積中位径を有するトナー粒子が得られるが、この直径は、Ｂｅｃｋｍａｎ ＣｏｕｌｔｅｒからのＭｕｌｔｉｓｉｚｅｒ ＩＩによって決定できる。

ジェットミル内部において、分類プロセスにより、サイズに従って粒子を選別する。大き過ぎると分類された粒子は、分類器ホイールによって拒絶され、空気により、さらなる低減のためにジェットミル内にある研削ゾーンへ運ばれる。許容範囲内の粒子は、次のトナー製造プロセスに送られる。

研削または粉砕による粒径の低減後、分類プロセスにより、サイズに応じて粒子を選別する。細か過ぎると分類された粒子は、製品として適切な粒子から除外される。微細粒子は、プリント品質に顕著な影響を与え、これら粒子の濃度が製品間で異なる。製品に適切な粒子は、別個に回収され、次のトナー製造プロセスに通される。

トナー組成物は、例えばＤｏｎａｌｄｓｏｎ Ｍｏｄｅｌ Ｂ分類器を利用して分類され、微細トナー粒子、すなわち体積中位径が約５ミクロン未満、または体積中位径が約４ミクロン未満のトナー粒子を除去できる。

分類後、次の典型的なプロセスは高速ブレンドプロセスであり、ここで表面添加剤粒子は、高速ブレンダ内の分類されたトナー粒子と混合される。

添加剤の量は、トナー組成物の重量％で測定されてもよく、添加剤自体は、トナーの％組成を計算する場合に含まれない。例えば、樹脂、着色剤、外部添加剤を含有するトナー組成物は、８０重量％の樹脂および２０重量％の着色剤を含んでいてもよい。存在する外部添加剤の量は、合わせた樹脂および着色剤の重量％により報告される。一部の新しいカラートナーが必要とするより小さいトナー粒径と、こうしたカラートナーのための添加剤粒子の大きいサイズおよび被覆との組み合わせは、高強度ブレンドの必要性を増す。

実施形態において、表面添加剤は、トナー混合物の０〜約２０重量％、実施形態においては混合物の０．１〜１０重量％、または混合物の約０．１〜５重量％、または０．３〜３重量％、または０．５〜１．５重量％の量で存在してもよい。さらなる実施形態において、トナー混合物は、例えば約０．１重量％〜約５重量％のチタニア、約０．１重量％〜約８重量％のシリカ、および約０．１重量％〜約４重量％のステアリン酸亜鉛を含んでいてもよい。表面添加剤粒子は、サイズが、７ｎｍ〜３００ｎｍ、実施形態においては７ｎｍ〜２００ｎｍであってもよい。

上記添加剤は、高速ブレンダ、例えばＨｅｎｓｃｈｅｌ Ｂｌｅｎｄｅｒ ＦＭ−１０、７５または６００ブレンダにおいて粉砕されたトナー粒子に添加されてもよい。高強度ブレンドは、添加剤アグロメレートを適切なナノメートルサイズに破断し、最小の可能な添加剤粒子をトナーバッチ内に均一に分配し、より小さい添加剤粒子をトナー粒子に付着させるように作用する。これらのプロセスのそれぞれは、ブレンダ内で同時に生じる。添加剤粒子は、粒子同士および粒子と回転したときにはブレンドツールとの衝突の間に、分類されたトナー粒子の表面に付着することになる。トナー粒子と表面添加剤との間のこうした付着は、機械的衝撃および静電気引力の両方により生じると考えられる。こうした付着の量は、ブレンドの強度レベル、従ってブレンドツールの速度および形状の両方の関数であるレベルに比例する。表面添加剤は、トナー粒子上にコーティングを形成してもよい。表面添加剤粒子のサイズに依存して、コーティング層の表面層厚さは、７ｎｍ〜３００ｎｍ、実施形態においては７ｎｍ〜２００ｎｍであってもよい。

ブレンドプロセスに使用される時間の量および強度は、どの程度のエネルギーがブレンドプロセス中に適用されるかを決定する。スノープロウイングおよび過剰な渦および低密度領域を回避する効率の良いブレンドツールに関して、「強度」は、ブレンドされたトナーの単位質量あたり、ブレンドモーターが消費する電力を参照することによって効率良く測定できる（通常、ワット／ｌｂとして表現される）。従来のトナーを製造するための標準Ｈｅｎｓｃｈｅｌ Ｂｌｅｎｄｅｒツールを用いて、ブレンド時間は、通常、１〜５００キログラムの典型的なバッチあたり１分〜２０分の範囲である。特定のさらに最近のトナー、例えばＸｅｒｏｘ Ｄｏｃｕｃｅｎｔｅｒ２６５および関連する多機能プリンタに関して、ブレンド速度および時間は、表面添加剤の多層がトナー粒子に付着することを保証するために増大させる。加えて、２５ｎｍを超える添加剤粒子の高い割合を必要とするトナーに関して、より速いブレンド速度およびより多くの時間が、ベース樹脂粒子により大きな添加剤を押し付けるために必要とされる。

あるいは、実施形態において、表面添加剤の初期分配は、高速ブレンドプロセスよりもむしろ、以下でより詳細に説明される表面処理工程を通してのみ達成され得る。こうした実施形態において、乾燥トナー粒子を製造する際の高速ブレンド工程が排除されてもよい。

実施形態において、トナー粒子が従来の方法に従って製造された後、次いでそれらは表面処理に供される。実施形態において、従来の方法に従って製造されるトナー粒子は、一般に約０．８５〜約０．９５の真円度を有する。トナー粒子の体積平均直径または「体積平均粒子直径」は、一般に、約３〜約２５ミクロン、実施形態においては約５〜約１２ミクロン、またはさらに８〜９ミクロンである。

処理は、材料を加熱および撹拌する円錐ミキサにおいてトナー粒子を処理する工程を含む。こうした円錐ミキサは、例えば、商標名ＣＹＣＬＯＭＩＸ（Ｈｏｓｏｋａｗａ Ｍｉｃｒｏｎから入手可能）にて販売される。円錐ミキサは、材料の加熱および／または冷却を促進する加熱および冷却ジャケットを有する。円錐ミキサはまた、アグロメレーションのない表面改質を促進するために円錐ミキサの内面を拭き取るように構成される同軸混合ツールを含む。この構成は、上記のトナー粒子を形成する際の混合工程に使用される高速ブレンダのような他のミキサには存在しない。

実施形態において、従来のプロセスによって製造されるトナー粒子は、追加の表面添加剤を用いて処理されてもよい。十分な表面添加剤がトナー粒子上に既に存在する場合、円錐ミキサ中のトナー粒子の表面処理中に、追加の表面添加剤を添加する必要はない場合がある。十分な表面添加剤は、複数の粒子アグロメレーションがなく、個々の粒子の表面処理を可能にするために存在させる必要がある。あるいは、実施形態において、従来のプロセスによって製造されるトナー粒子は、表面処理の前に表面添加剤との高速ブレンドプロセスを行わない場合がある。こうした実施形態において、表面添加剤の初期分配は、円錐ミキサ中の表面処理の間に生じる。

トナー粒子と共に処理されてもよい、表面添加剤または追加の表面添加剤は、高速ブレンドの間に添加されてもよい表面添加剤と同じタイプであってもよい。トナー粒子と共に処理されてもよい表面添加剤の例としては、例えば金属酸化物、例えば酸化チタン、酸化ケイ素、酸化スズ、これらの混合物など、コロイド状シリカおよび非晶質シリカ、例えばＡＥＲＯＳＩＬ、金属塩および脂肪酸の金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化セリウム、およびこれらの混合物を含む）、および長鎖アルコール、例えばＵＮＩＬＩＮ７００、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。

一般に、シリカは、トナーフロー、摩擦電荷の向上、混和制御、改善された現像および転写安定性、ならびにより高いトナーブロッキング温度のために適用されてもよい。ＴｉＯ_２は、改善された相対湿度（ＲＨ）安定性、摩擦電荷の制御、および改善された現像および転写安定性のために適用されてもよい。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はまた、場合により、潤滑特性、現像剤伝導性、摩擦電荷の向上、より高いトナー電荷および電荷安定性を提供するために外部添加剤として使用されてもよい。

これらの添加剤のそれぞれは、トナーの０．１〜５重量％、実施形態においては約０．３〜３重量％、例えば０．５〜１．５重量％の量で存在してもよい。表面添加剤粒子は、サイズが、７ｎｍ〜３００ｎｍ、実施形態においては７ｎｍ〜２００ｎｍであってもよい。

実施形態において、従来の方法によって製造される乾燥トナー粒子の混合物は、１つ以上の追加の表面添加剤と組み合わされ、円錐ミキサ内に置かれてもよい。円錐ミキサ容器の温度は、トナー樹脂が、添加剤との混合および／またはコーティングの前に樹脂間の不必要な接着を導き得る、対応するガラス転移温度、すなわちＴｇに曝されないように制御されることができる。従って、円錐ミキサ容器の加熱／冷却ジャケットは、トナー中の樹脂のＴｇ以下の温度に、初期に設定されてもよい。実施形態において、円錐ミキサ容器の加熱／冷却ジャケットは、約１５℃〜３０℃、好ましくは約２０℃〜２５℃のミキサ容器における内部温度を達成するように設定される。

温度制御された円錐ミキサは、次いで、ミキサのローターが、好ましくは複数の段階順序で混合するように構成され得るように操作されることができ、ここで各段階は、選択されたローターｒｐｍ値および選択された期間によって規定されてもよい。実施形態において、ローターは、追加の添加剤を分散するように初期に操作されてもよい。例えば、ローターは、８００ｒｐｍ〜１６００ｒｐｍ、実施形態においては約１１００ｒｐｍ〜１４００ｒｐｍ、さらなる実施形態においては約１２００ｒｐｍ〜１３００ｒｐｍの値にて混合されるように初期に操作されてもよい。さらに、第１段階の混合は、時間を制御してもよく、こうして円錐ミキサは、３０秒〜１２０秒の期間、実施形態においては４５秒〜７５秒の期間にわたってこうしたｒｐｍ値で操作される。

次いで、混合の第２の段階において、ｒｐｍ値は、第１の段階のｒｐｍ値、例えば３００〜７００ｒｐｍ、またはさらに４００〜６００ｒｐｍ値よりも低く設定されてもよい。さらに、混合のこの第２の段階は、容器の加熱／冷却ジャケットの温度が約５０〜１００℃、実施形態においては約６０〜８０℃、または約７０℃に上昇するように、温度が制御されてもよい。この第２の段階はまた、混合物が、約３０分〜約１２０分、実施形態においては４５分〜７５分間これらの設定点において円錐ミキサ中で処理されるように、時間が制御され、分散された添加剤が連続フィルムを形成し、トナー粒子に融着できる。

円錐ミキサのスケールまたは直径は、円錐ミキサが底部よりも頂部において広くなるように変動するので、内容物を混合する円錐ミキサにおけるツールスタックはまた、一連のツール直径（すなわち、頂部でより大きい直径、底部でより小さい直径）を含有する。故に、円錐ミキサの内側にあるブレンドツールの種々のチップ速度は、実施形態に関して上記で記載されるｒｐｍ設定を示す。第１の混合段階において、約１４０ｎｍのツール直径に関するチップ速度は、約５．９ｍ／秒〜約１０．７ｍ／秒、実施形態においては約８．１ｍ／秒〜約１０．３ｍ／秒、さらなる実施形態においては約８．８ｍ／秒〜約９．５ｍ／秒であってもよく、一方で約２８０ｍｍのツール直径に関するチップ速度は、約１１．７ｍ／秒〜約２３．６ｍ／秒、実施形態においては約１６．１ｍ／秒〜約２０．５ｍ／秒、さらなる実施形態においては約１７．６ｍ／秒〜約１９．１ｍ／秒であってもよい。第２の混合段階において、約１４０ｎｍのツール直径に関するチップ速度は、約２．２ｍ／秒〜約５．１ｍ／秒、実施形態においては約２．９ｍ／秒〜約４．４ｍ／秒であってもよく、一方で約２８０ｍｍのツール直径に関するチップ速度は、約４．４ｍ／秒〜約１０．３ｍ／秒、実施形態においては約５．９ｍ／秒〜約８．８ｍ／秒であってもよい。

その後、第３の段階において、混合物はさらに、加熱／冷却ジャケットの温度を、好ましくは２５℃以下に低下させることによってさらに冷却される。冷却段階の後、コーティングされたトナー粒子は放出される。

実施形態に従って製造される乾燥トナー粒子は、粒子特徴、特に化学的に製造されたトナーと同様の形状を有する。実施形態に従って製造される乾燥トナーはさらに、耐久性の表面添加剤層を有する。

得られた乾燥トナー粒子における表面添加剤層の厚さは、約７ｎｍ〜約３００ｎｍ、実施形態においては７ｎｍ〜２００ｎｎｍ、または５０ｎｍ〜２００ｎｍ、または１００ｎｍ〜２００ｎｍである。ＴＥＭで見られるように、表面添加剤「シェル」は、１〜５個の表面添加剤層、実施形態においては３〜５個の表面添加剤層であるように見える場合がある。実施形態に従う円錐ミキサ中の表面処理後に得られたトナー粒子は、約０．９５１〜約０．９９、実施形態においては約０．９６〜０．９８の真円度を有し得る。真円度は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ，ＵＫ）からのＳｙｓｍｅｘ ＦＰＩＡ−３００ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍを用いて決定されてもよい。故に、乾燥トナー粒子の真円度は、化学的エマルション／凝集によって得られるトナー粒子の真円度と同様であり、表面処理なしで乾燥トナー粒子を製造する従来の方法によって得られる乾燥トナー粒子の真円度より大きい。

トナー粒子のさらなる特徴は、いずれかの好適な技術および装置によって決定されてもよい。例えば、体積平均粒子直径（Ｄ_５０ｖ）、数平均幾何学粒度分布（ＧＳＤｎ）および／または体積平均幾何学粒度分布（ＧＳＤｖ）は、製造元の指示に従って操作されるＢｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３のような測定機器によって測定されてもよい。代表的なサンプリングは、次のように生じ得る：少量のトナーサンプル、約１グラムが得られ、２５マイクロメートルスクリーンを通してろ過されてもよく、次いで等張溶液に入れ、約１０％の濃度を得て、次いでサンプルについてＢｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３を実行する。

実施形態において、得られた粒子は、約５ミクロン〜約１５ミクロン、実施形態においては約７ミクロン〜約９ミクロンの平均体積粒子直径、および約１．１〜１．５のＧＳＤｎおよび／またはＧＳＤｖを有することができる。実施形態において、得られた粒子は、１．０〜１．３、または１．１〜１．２８のＧＳＤｎを有することができる。実施形態において、得られた粒子は、１．０〜１．２、または１．１〜１．７５のＧＳＤｖを有することができる。

以下の実施例は、本開示の実施形態を例示するために提示されている。これらの実施例は、例示のためだけであることが意図され、開示の範囲を限定することを意図しない。

例示目的のためだけに、図１は、表面処理の前のトナー粒子のＳＥＭ画像を示し、図２は、表面処理後のＳＥＭ画像を示す。図は、表面処理後、トナー粒子の表面の不規則性が平滑になっており、表面添加剤は均一にコーティングされて、さらに埋め込まれていることを示す。

例示の目的に過ぎないが、図３は、表面処理前の乾燥トナー粒子のスライスのＴＥＭ画像を示し、図４は、表面処理後の乾燥トナー粒子のＴＥＭ画像を示す。図３および４のＴＥＭ画像は、表面処理が、内部構成成分の分布にあまり影響を与えることなく、より高い粒子真円度をもたらすことを示す。

実施例１
線状および架橋されたポリエステル樹脂と顔料との混合物からなるＸｅｒｏｘ ｉＧｅｎ３（商標）乾燥インクトナーは、乾燥トナー粒子を形成する従来のプロセスに従って製造され、表面添加剤とブレンドされた。

次いでトナー粒子は、１％の追加表面添加剤粒子を有する５Ｌ ＣＹＣＬＯＭＩＸ（Ｈｏｓｏｋａｗａ Ｍｉｃｒｏｎ）円錐ミキサ中にてさらに処理された。ＣＹＣＬＯＭＩＸは、追加添加剤を分散するために１３００ｒｐｍにて１分間実行された。その後、ＣＹＣＬＯＭＩＸジャケット温度は、６９℃に上昇させ、混合速度を６００ｒｐｍに低下させ、トナー粒子および添加剤粒子をこれらの設定点にて６０分間処理した。次いで材料は、材料を放電する前にジャケット温度を低下させることによってＣＹＣＬＯＭＩＸにて冷却した。

以下の表１から表３は、上記実施例に従って製造されるトナーのために得られたデータを示す。従来の押出成型／混錬された乾燥トナー粒子の表面処理はさらに、これらの材料が化学的に製造されたトナー粒子の外側に似た外側を有するので、ＴＥＭとＳＥＭとのデータ比較によりさらに証明されるが、トナー粒子の内部構成成分は、押出成型／混錬プロセスの分散特徴を保持する。

上記表１は、実施形態に従う表面処理の前および後に、従来通り製造されたトナー粒子と、化学的に製造されたトナー粒子との比較を示す。

真円度は、投影直径と球体の直径との比であり、１．０は完全な球体を意味する。Ｓｙｓｍｅｘ３０００上での０．９６８の真円度は、多くの化学的に製造されたトナーの真円度に等しい。上記でＧＳＤｎとも言及される数比５０／１６は、数平均幾何学粒度分布であり、これは中位未満の粒度分布のシャープさの指標であり、１．０は最も低い値である（すなわち、中位未満の分布はない）。１．２７の数比５０／１６は、多くの化学的に製造されたトナー粒子に等しい。

表２は、表面処理の前および後の定量的な粒径比較を示す。「表面処理前」のトナー粒子は、最終のＸｅｒｏｘｉ Ｇｅｎ３（商標）Ｃｙａｎトナー粒子である。「表面処理後」のトナー粒子は、１％の追加シリカ表面添加剤でさらに処理されたトナー粒子である。表面処理後、微細材料は低減され、数比５０／１６も低下する。１．２７の数比５０／１６は、多くの化学的に製造されたトナー粒子に等しい。

真円度は、投影直径と球体の直径との比であり、１．０は完全な球体を意味する。Ｓｙｓｍｅｘ３０００上での０．９６８の真円度は、多くの化学的に製造されたトナーの真円度に等しい。より高い真円度は転写効率の増大を示すが、より高度な円形粒子は、ブレード洗浄システムにおいて洗浄するのが困難であることがわかった。故に、トレードオフが、最適な妥協案であることがわかった。

表３は、表面処理前および処理後の添加剤の表面付着および帯電の比較を示す。「表面処理前」のトナー粒子は、最終のＸｅｒｏｘｉ Ｇｅｎ３（商標）Ｃｙａｎトナー粒子である。「表面処理後」のトナー粒子は、１％の追加シリカ表面添加剤でさらに処理されたトナー粒子である。表面処理されたトナーの添加剤付着は、３Ｋ−１２Ｋジュールの超音波処理にて行われるＡＡＦＤ基準によって示される。表面処理されたトナー粒子は、添加剤の強く付着したシェルを有する。

帯電に関して、表面処理された材料のＴｒｉｂｏは、表面処理の前よりも低かった。電荷スペクトルグラフ（ＡＤＭＩＸ）はまた、低い中位値（Ｑ／Ｄ）を示す。２％の追加トナーを添加後６０秒の混合を通して、低い電荷および誤符号の材料はコントロールと同様であった。電荷は、表面処理の作用を最適化するために添加剤パッケージをさらに変更することによって改善できる。

Claims (10)

1. トナー樹脂、着色剤、任意のワックス、および表面添加剤を含む乾燥トナー粒子を形成する工程であって、この乾燥トナー粒子が、真円度および粒径分布を有する工程；および次いで
   円錐ミキサ中のトナー粒子を処理する工程を含む、トナー粒子を製造する方法であって、この処理された粒子が、処理前のトナー粒子よりも高い真円度および狭い粒径分布を有する、方法。
2. 前記乾燥トナー粒子を形成する工程が：
   前記トナー樹脂と前記着色剤、および場合により前記ワックスとを押出成型機中で溶融混合して、トナー混合物を形成する工程；
   前記押出成型された粒子を研削する工程；
   前記研削された粒子を、サイズの平均が４〜１０ミクロンのサイズの粒子に分類する工程；および
   前記分類されたトナー粒子と、表面添加剤とを高速ブレンダにてブレンドし、乾燥トナー粒子を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理されたトナー粒子が、０．９５１〜０．９９の真円度を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記処理されたトナー粒子が、１．０〜１．３の数平均幾何学粒度分布（ＧＳＤｎ）を有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記処理されたトナー粒子が、１．１〜１．２８の数平均幾何学粒度分布（ＧＳＤｎ）、および１．１〜１．１７５の体積平均幾何学粒度分布（ＧＳＤｖ）を有する、請求項１に記載の方法。
6. 前記処理されたトナー粒子が、表面添加剤の表面層を有し、この表面層が７ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記トナー粒子の前記円錐ミキサにおける処理が：
   第１の期間、第１の回転速度にて前記トナー粒子を混合する工程；および
   前記トナー粒子を、第２の期間、第２の回転速度にて混合する工程を含み、
   この第１の回転速度が、この第２の回転速度よりも速く、第１の期間が第２の期間未満である、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１の回転速度が、約１４０ｍｍの混合ツール直径に関しては約８．１ｍ／秒〜約１０．３ｍ／秒のチップ速度、および約２８０ｍｍの混合ツール直径に関しては１６．１ｍ／秒〜約２０．５ｍ／秒のチップ速度に対応し、前記第１の期間が、３０秒から１２０秒の範囲にあり；
   第２の回転速度が、約１４０ｍｍの混合ツール直径に関しては約２．２ｍ／秒〜約５．１ｍ／秒のチップ速度、および約２８０ｍｍの混合ツール直径に関しては４．４ｍ／秒〜約１０．３ｍ／秒のチップ速度に対応し、第２の期間が３０分から１２０分の範囲である、請求項７に記載の方法。
9. 前記トナー粒子の第１の回転速度における第１の期間の混合工程が、１５〜３０℃の温度で行われ、前記トナー粒子の第２の回転速度における第２の期間の混合工程が、５０〜１００℃の温度で行われる、請求項７に記載の方法。
10. トナー樹脂、着色剤、および任意のワックスを含む乾燥トナー粒子を形成する工程であって、この乾燥トナー粒子が、真円度および粒径分布を有する工程；および次いで
    円錐ミキサ中のトナー粒子を表面添加剤を用いて処理する工程であって、この表面添加剤が、このトナー粒子の０．１〜５重量％の量で存在する工程を含む、トナー粒子を製造する方法であって、
    この処理された粒子が、処理前のトナー粒子よりも高い真円度および狭い粒径分布を有する、方法。