JP2018159057A - ラテックス粒径制御のための転相乳化プロセス - Google Patents

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Abstract

【課題】粒径制御ラテックス転相乳化プロセスを提供する。
【解決手段】a)樹脂と、有機溶媒と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、前記反応器は、凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)前記反応器に水の第2の部分を添加して、ラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、蒸留物温度を制御するステップであって、前記蒸留物温度を制御するステップが、溶媒除去中の前記ラテックス粒子の粒径分布変化を制御する、ステップであって、前記蒸留物温度が約30〜80℃である、ステップと、d)揮発性有機化合物を前記反応器内の液相から蒸気相に引き出し、前記蒸留導管を通して前記凝縮器に移す、ステップと、e)前記凝縮器中の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物を前記レシーバに収集するステップとを含む。
【選択図】なし

Description

本明細書では、ラテックスの粒径を制御するための転相乳化プロセスが開示されている。より詳細には、a)樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)反応器に水の第2の部分を添加して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、蒸留物温度を制御するステップが、ラテックス粒子の粒径変化または粒径分布シフトを制御する、ステップと、d)揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移すステップと、e)凝縮器中の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップとを備える転相乳化プロセスが開示されている。
転相乳化(PIE)プロセスは公知である。例えば、米国特許出願公開第2015/0168858号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)を参照されたい。米国特許出願公開第2015/0168858号には、その要約に、トナー組成物での使用に適したラテックスエマルジョンの製造プロセスが記載されており、このプロセスは、転相乳化中の転相点(PIP)を予測するためにブリンクマンのモデルを適用し、このモデルを用いて溶媒の再利用配合のための転相を完了するのに必要な水の量を計算することを含む。
米国特許第9,366,980号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)には、その要約に、転相乳化による着色ポリエステルラテックスの製造プロセスが記載されている。
米国特許第8,916,320号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)には、その要約に、少なくとも1種の非晶質樹脂を少なくとも2種の有機溶媒と接触させて樹脂混合物を形成するステップと、樹脂混合物に中和剤と脱イオン水とを添加し、形成されたラテックスから溶媒を除去し、水から溶媒を分離するステップとを含む、ラテックスエマルジョンの製造プロセスが記載されている。さらに、このプロセスは、ラテックスを製造するための樹脂Tg上で実施することにより、ラテックス粒径を100nm未満にし、ラテックスから製造されるトナーは改良された帯電性能を示す。米国特許第9,348,248号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)も参照されたい。
米国特許第7,713,674号(参照によりその全体が本明細書に組み入れられる)には、その要約に、樹脂を形成するために第1の温度で反応容器内のエマルジョン中でモノマーを重合させるステップと、樹脂の軟化点より高いが顕著な解重合反応が起こるのに必要な温度よりは低い第2の温度に反応容器を冷却するステップと、界面活性剤の非存在下で水性ラテックスエマルジョンを形成するのに十分な時間にわたって混合しながら、転相をもたらすのに十分な量で、冷却した反応容器に水を添加するステップとを備えるエマルジョンの重合プロセスが記載されている。
米国特許第9,410,037号(参照によりその全体が本明細書に組み入れられる)には、その要約に、転相乳化(PIE)によって、トナーで使用するのに適した結晶性ラテックスの製造プロセスが記載されており、有機溶媒、中和剤および水などの液体試薬は前のPIEから再利用される。
米国特許第9,354,531号(参照によりその全体が本明細書に組み入れられる)には、その要約に、高温で発生する蒸留を用いて、高められた効率でマゼンタトナーを製造するのに使用できるコンディショニングされた表面を有する樹脂粒子を製造する、ラテックスエマルジョンの製造プロセスが記載されている。
樹脂のラテックスエマルジョンは、樹脂を水と、塩基と、有機溶媒(例えば、メチルエチルケトン(MEK)、イソプロピルアルコール(IPA)またはその両方)との混合物に溶解して、油中水型(W/O)分散液(すなわち、連続油中に分散された水滴)を形成する、PIEプロセスを用いて生成されてもよい。続いて、水を添加して、分散液を水中油型(O/W)分散液に転化する。実施形態では、前のPIEからの液体を後続のPIEで再利用することができる。
上述したように、樹脂から樹脂ラテックスを製造する転相乳化(PIE)プロセスは、樹脂を溶解させるためにメチルエチルケトン(MEK)およびイソプロピルアルコール(IPA)などの溶媒を使用する。転化後、エマルジョン凝集(EA)プロセスとトナー最終製品の両方において、原料としての使用に対する環境規制を満たすために、ラテックスから揮発性有機化合物(VOC)を除去する必要がある。溶媒除去の現在の方法は、ラテックスの真空蒸留である。
ラテックスがEAプロセスにおいて有用な原料であるためには、粒径分布は特定の範囲内にある必要がある。PIEの配合は、樹脂特性のロット間の変動のため、実験室で常に予備試験し修正して、ラテックス粒径を所望の仕様に調整する。これが現在のラテックス製造における粒径制御の唯一の方法である。しかしながら、この配合調整は、転相後の粒径を保証するのみである。溶媒ストリッピングによる粒径変動も観察することができる。特に、VOCがエマルジョンから除去されるにつれて、粒径が縮小し、変動と、仕様外の粒子を生産する危険性につながることが多い。現在、収縮の程度を予測する方法は、蒸留前にラテックスサンプルを採取し、それを50℃の水と混合することである。より高温の水にラテックスを添加することによって、粒子は蒸留中に見られる収縮挙動と同様の挙動を示すが、蒸留後の最終粒径を必ずしも反映しない。次に、この比較を用いて、所望の最終結果が得られるようにPIEの配合を修正する。しかし、これは直接的な比較ではなく、蒸留時に見られる収縮は常に一貫しているとは限らないため、この方法は信頼できない。
上述のように、蒸留されたラテックス粒子の収縮の程度を予測する現在の方法は、ラテックスサンプルを50℃の水に添加し、次に粒径分布を測定することである。50℃の水は、ラテックス粒子からの溶媒の蒸発を促進し、ラテックス蒸留における収縮プロセスをシミュレートする。この方法は、ストリッピング後の粒径変化の推定を可能にする。しかしながら、これは蒸留されたラテックスのサイズ制御のための方法を提供するものではない。さらに、シミュレートされた粒子は、蒸留後の実際の最終粒子を必ずしも反映しない。
現在入手可能なラテックスプロセスは、その意図された目的に適している。しかしながら、改善されたラテックスプロセスの必要性が残っている。さらに、トナーEAプロセスの実施形態においては、より高品質のラテックスを生成することができるように、ラテックス粒径シフトを制御する信頼できる方法に対する必要性が残っている。
前述の米国特許および特許公報のそれぞれの適切な構成要素およびプロセス態様が本開示の実施形態のために選択されてもよい。さらに、本出願の全体にわたって、様々な刊行物、特許および公開された特許出願が特定の引用によって参照される。本願で参照する刊行物、特許および公開された特許出願の開示は、本発明が関係する技術水準をより完全に説明するために、参照として本開示に組み入れられる。
a)樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)反応器に水の第2の部分を添加して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、蒸留物温度を制御するステップが、溶媒除去中のラテックス粒子の粒径分布変化を制御する、ステップであって、蒸留物温度が約30〜80℃である、ステップと、d)溶媒除去を行うステップであって、揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移す、ステップと、e)凝縮器中の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップとを備える転相乳化プロセスが記載されている。
a)第1の樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)反応器に水の第2の部分を添加して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、蒸留物温度を制御するステップが、溶媒除去中のラテックス粒子の粒径分布変化を制御する、ステップであって、蒸留物温度が約30〜80℃である、ステップと、d)揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移す、ステップと、e)凝縮器内の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップと、g)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンに第2の樹脂を添加するステップと、h)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンに結晶性樹脂を添加するステップと、i)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンにワックス、着色剤、またはそれらの組み合わせを添加するステップと、j)任意選択的に、ステップb)で得られた後期エマルジョンに凝集剤を添加するステップと、k)ラテックスエマルジョン中の粒子を凝集させるステップと、l)エマルジョン中の粒子成長を凍結して親粒子を形成するステップと、m)任意選択的に、シェル樹脂を添加してコア−シェル粒子を形成するステップと、o)任意選択的に、親粒子またはコア−シェル粒子を合一してトナー粒子を形成するステップと、p)任意選択的に、l)の親粒子、m)のコア−シェル粒子またはo)のトナー粒子を収集するステップとを備えるトナープロセスが記載されている。
図1は、本実施形態による相浸漬乳化プロセスのプロセスフロー図である。 図2は、蒸留物平均温度(℃、x軸)対D50シフト(ナノメートル、y軸)を示す散布図である。
樹脂ラテックスから揮発性有機化合物(VOC)を除去することに関連する、ラテックス粒子の収縮挙動を制御する方法が記載されている。反応器の真空レベルおよびジャケット温度を調節することによって、凝縮器に入る前の蒸留物温度を制御することができる。理論に拘泥するつもりはないが、ラテックス粒径シフトの程度と蒸留物温度との間には強い相関がある、すなわち、VOC除去前後の粒径変化は蒸留物の温度に比例することが判明した。したがって、蒸留物温度を制御することにより、粒径分布シフトが制御される。蒸留物温度の選択を通して粒径の収縮度を調整することにより、樹脂ラテックスの最終粒径分布を、ストリッピング中に制御および最適化することができる。
図1を参照すると、ラテックスを製造するPIEプロセスのためのシステム10を含む、転相乳化(PIE)プロセスのフロー図が示されている。システム/プロセス10の構成要素は、ジャケットイン14およびジャケットアウト16を有する反応器12を含む。蒸留物アーム18には温度測定装置(図示せず)が取り付けられ、凝縮器20に接続されている。凝縮物アーム22は凝縮物をレシーバ24に供給する。真空装置26は、レシーバ24に設けられている。所望の樹脂が反応器12で溶解され、ラテックスに転化された後、メチルエチルケトン(MEK)およびイソプロピルアルコール(IPA)などの溶媒を除去する必要がある。まず、ジャケット14を加熱し、次いで、レシーバ24を介してシステム10全体に真空26を引く。VOCは、反応器12内の液相から蒸気相に引き出され、凝縮器20に移動する。凝縮器に入る直前の蒸留物温度は例えば蒸留物アーム18で測定される。蒸留物蒸気は、次いで凝縮器20で冷却され、液相に戻り、レシーバ24に回収される。実施形態では、蒸留物温度、ジャケット14の温度設定点および真空26のレベル設定点を制御するために使用できる、2つのパラメータがある。これらの変数を操作することによって、蒸留物の温度を制御することができる。
実施形態において、本明細書の転相乳化プロセスは、a)樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)反応器に水の第2の部分を添加して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、蒸留物温度を制御するステップは、ラテックス粒子の粒径分布シフトまたは粒径変化を制御する、ステップと、d)揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移すステップと、e)凝縮器中の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップとを備える。実施形態において、本開示は、本明細書に記載のプロセスで調製されたラテックスエマルジョンを含む。したがって、蒸留物温度を制御するステップは、ラテックス粒子の粒径変化を制御する。
ラテックスエマルジョン中のラテックス粒子の粒径分布は、溶媒除去プロセス中に変化する。実施形態では、蒸留物の温度、システムに適用される真空、またはそれらの組み合わせを制御することによって、変化の大きさを制御することができる。実施形態では、プロセスは、蒸留導管内の蒸留物温度を測定し、ジャケット温度、真空レベル、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを調整して、蒸留物温度を制御することにより、蒸留物温度の選択によって、ラテックス粒子の粒径変化または粒径シフトを制御するステップをさらに備える。
したがって、ラテックス粒子は、溶媒除去前の第1の粒径または粒径分布と、溶媒除去後の第2の粒径または粒径分布とを有し、第1の粒径または粒径分布と第2の粒径または粒径分布とは異なり、粒径変化は蒸留物温度の選択によって制御される。実施形態では、粒径または粒径分布の差異は、蒸留物温度の選択によって低減されるか、または本質的に排除される。
「平均」粒子径または滴径は、典型的にはD50またはd50として表されるか、または粒径分布の50パーセンタイルにおける体積中央粒径値として定義され、ここで分布の粒子の50%がd50粒径値よりも大きく、分布の粒子の他方の50%はd50値よりも小さい。平均粒径は、動的光散乱など、光散乱技術を用いて粒径を推測する方法で測定することができる。粒径は、透過電子顕微鏡法または動的光散乱測定によって生じた粒子画像から得られる不連続層の個々の滴の長さを指す。
実施形態において、ラテックス粒子は、約3〜約500ナノメートル(nm)、または約10〜約500nm、または約10〜約300nm、または約10〜約50nm、または約5〜約100nm、または約2〜約20nm、または約25nmの平均粒径(例えば、粒子直径または最長寸法)を有する。実施形態では、ラテックスエマルジョン中のラテックス粒子の粒径分布は、Microtrac Nanotrac(商標)252分析器で測定して約40〜約500nmまたは約50〜約500nmであり、D50平均粒径は約200nmである。
実施形態では、真空レベル、ジャケット温度、またはそれらの組み合わせを変更して、蒸留物温度が約30〜約80℃、または約40〜約60℃の範囲に制御されるように溶媒除去中の蒸留物温度を制御し、温度は、転相乳化プロセスで使用される1種または複数の溶媒と組み合わせた樹脂の種類に基づいて選択される。粒径分布は、粒径の3つのx軸値であるD10、D50およびD95を用いて記述され、D50は集団の半分がこの値を下回る直径であり、D95は集団の95%がこの値を下回る直径であり、D10は集団の10%がこの値を下回る直径であり、実施形態において、蒸留物温度は、D50が約50〜500nm、または約150〜約300nm、D10が約3〜約300nm、または約50〜約175nm、D95が約150〜約750nm、または約200〜約500nmであるラテックスの粒径分布を提供するように選択される。溶媒除去中に選択される蒸留物温度は、このように溶媒除去中の粒径分布の変化を制御し、D50およびそれに関連するD10およびD95の変化として示すことができる。
特定の実施形態では、ラテックスエマルジョン中のラテックス粒子は、Microtrac Nanotrac(商標)252分析器で測定して、約50nm〜約500nmの粒径分布を有し、D50平均粒径は約200nmである。
実施形態では、D50の粒径変化、すなわち溶媒除去前後のD50の粒径が低減または排除される。実施形態では、溶媒除去前後のD50の粒径変化は、約50nm未満、約20nm未満、または約10nm未満である。
樹脂
本開示のラテックスエマルジョンの形成には、任意の適切な樹脂または所望の樹脂を利用することができる。樹脂は、非晶質樹脂、結晶性樹脂、およびそれらの組み合わせで構成される群から選択されてもよい。
実施形態では、樹脂は、例えば、米国特許第6,593,049号および第6,756,176号(各々の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載されている樹脂を含むポリエステル樹脂であってもよい。適切な樹脂にはまた、米国特許第6,830,860号(この開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載されているような非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂の混合物が含まれていてもよい。適切な樹脂には、高分子量の非晶質ポリエステルと低分子量の非晶質ポリエステルの混合物が含まれてもよい。
実施形態において、樹脂はポリエステルである。特定の実施形態では、樹脂は非晶質ポリエステル、結晶性ポリエステルまたはそれらの混合物である。
実施形態において、樹脂は、ジオールを任意選択の触媒の存在下で二酸と反応させることによって形成される、ポリエステル樹脂であってもよい。
ジオールは、任意の適切なまたは所望の量で供給されてもよい。実施形態において、ジオールは、約40〜約60モル%、または約42〜約55モル%、または約45〜約53モル%の量で選択されてもよく、任意選択的に、樹脂の約0〜約10モル%、または約1〜約4モル%の量で第2のジオールが選択されてもよい。二酸は、任意の適切なまたは所望の量、実施形態においては約40〜約60モル%、約42〜約52モル%、または約45〜約50モル%の量で選択されてもよく、また任意選択的に、樹脂の約0〜約10モル%の量で第2のジオールが選択されてもよい。
結晶性ポリエステルを形成するために、任意の触媒と、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、2,2−ジメチルプロパン−1,3−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、およびそれらの混合物および組み合わせ(それらの構造異性体を含む)など、約2〜約36個の炭素原子を有する脂肪族ジオールを含む、結晶性樹脂を形成するのに適したさらなる有機ジオールの存在下で、1種以上のポリオール分岐モノマーを二酸と反応させることができる。脂肪族ジオールは、樹脂の約25〜約60モル%、または約25〜約55モル%、または約25〜約53モル%など、任意の適切なまたは所望の量で存在してもよい。実施形態において、第3のジオールは、樹脂の約0〜約25モル%、または約1〜約10モル%の量で上記ジオールから選択することができる。
結晶性樹脂の調製のために選択することができる二酸ビニルまたはビニルジエステルを含む有機二酸またはジエステルの例は、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、シス−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコン酸、ジエステルまたはその無水物、およびそれらの混合物および組み合わせを含む。有機二酸は、任意の適切なまたは所望の量、実施形態においては約25〜約60モル%、または約25〜約52モル%、または約25〜約50モル%で存在することができる。実施形態において、第2の二酸は、上記の二酸から選択することができ、樹脂の約0〜約25モル%の量で存在することができる。
結晶性ポリエステルを形成するために、任意選択の触媒およびさらなる有機二酸またはジエステルの存在下で、1種以上のポリ酸分岐モノマーをジオールと反応させることができる。成分は、任意の適切なまたは所望の比率で選択することができる。実施形態において、分枝モノマーは、約0.1〜約15モル%、または約1〜約10モル%、または約2〜約5モル%の量で供給されてもよく、実施形態においては、樹脂の約0〜約10モル%、または約0.1〜約10モル%の、実施形態における任意の適切なまたは所望の量で、第2の分枝モノマー樹脂を選択することができる。
結晶性樹脂の例には、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−酢酸ビニルコポリマー、ポリプロピレン、これらの混合物などが含まれる。特定の結晶性樹脂は、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−コハク酸)、ポリ(プロピレン−コハク酸)、ポリ(ブチレン−コハク酸)、ポリ(ペンチレン−コハク酸)、ポリ(ヘキシレン−コハク酸)、ポリ(オクチレン−コハク酸)、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)、コポリ(2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール−デカノエート)−コポリ(ノニレン−デカノエート)、ポリ(オクチレンアジペート)などのポリエステル系であってもよい。ポリアミドの例には、ポリ(エチレン‐アジパミド)、ポリ(プロピレン‐アジパミド)、ポリ(ブチレンアジパミド)、ポリ(ペンチレン−アジパミド)、ポリ(ヘキシレン‐アジパミド)、ポリ(オクチレン−アジパミド)、ポリ(エチレン‐コハク酸イミド)およびポリ(プロピレン−セバカミド)が含まれる。ポリイミドの例には、ポリ(エチレン−アジピミド)、ポリ(プロピレン−アジピミド)、ポリ(ブチレン−アジピミド)、ポリ(ペンチレン‐アジピミド)、ポリ(ヘキシレン−アジピミド)、ポリ(オクチレン−アジピミド)、ポリ(エチレン‐コハク酸イミド)、ポリ(プロピレン‐コハク酸イミド)およびポリ(ブチレン−コハク酸イミド)が含まれる。
結晶性樹脂は、任意の適切なまたは所望の量で存在してもよく、存在しなくても、すなわち0%で存在してもよい。
結晶性樹脂は、任意の適切なまたは所望の量で存在してもよい。実施形態において、結晶性樹脂は、トナー成分の約1〜約50重量%、またはトナー成分の約5〜約35重量%の量で存在してもよい。結晶性樹脂は、例えば、約30℃〜約120℃、または約50℃〜約90℃などの様々な融点を有していてもよい。結晶性樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定して例えば約1,000〜約50,000、または約2,000〜約25,000の数平均分子量(Mn)と、GPCで測定して例えば約2,000〜約100,000、または約3,000〜約80,000の重量平均分子量(Mw)と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2〜約6、約3〜約4であってもよい。
本明細書の非晶質樹脂の形成における使用に適した二酸またはジエステルの例には、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、フマル酸、トリメリット酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、シス−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、コハク酸、コハク酸無水物、ドデシルコハク酸、ドデシルコハク酸無水物、グルタル酸、グルタル酸無水物、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ドデカンジアジド、ジメチルテレフタレート、ジエチルテレフタレート、ジメチルイソフタレート、ジエチルイソフタレート、ジメチルフタレート、フタル酸無水物、ジエチルフタレート、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ドデシルコハク酸ジメチル、およびこれらの混合物および組み合わせなどのジカルボン酸またはジエステルを含む非晶質ポリエステル樹脂の調製に使用される二酸ビニルまたはビニルジエステルが含まれる。
有機二酸またはジエステルは、樹脂の約35〜約60モル%、または樹脂の約42〜約52モル%、または樹脂の約45〜約50モル%など、任意の適切なまたは所望の量で存在してもよい。
非晶質ポリエステルの調製に使用できるジオールの例には、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、およびこれらの混合物および組み合わせが含まれる。
有機ジオールは、樹脂の約35〜約60モル%、または樹脂の約42〜約55モル%、または樹脂の約45〜約53モル%など、任意の適切なまたは所望の量で存在することができる。
実施形態では、重縮合触媒をポリエステルの形成に使用することができる。結晶性ポリエステルまたは非晶質ポリエステルのいずれかに利用できる重縮合触媒には、チタン酸テトラアルキル、ジブチルスズオキシドなどのジアルキルスズオキシド、ジブチルスズジラウレートなどのテトラアルキルスズ、ブチルスズオキシド水酸化物などのジアルキルスズオキシド水酸化物、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、およびそれらの混合物および組み合わせが挙げられる。このような触媒は、ポリエステル樹脂を発生させるために使用する出発二酸またはジエステルに基づいて約0.01モル%〜約5モル%など、任意の適切なまたは所望の量で利用され得る。
トナーを製造するために使用することができる他の適切な樹脂には、スチレン、アクリル酸、例えばアクリル酸アルキル、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2クロロエチルなど;β−カルボキシエチルアクリレート(β−CEA)、アクリル酸フェニル、メタクリレート、ブタジエン、イソプレン、アクリル酸、アクリロニトリル、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など、例えばメチルα−クロロアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、ブタジエン、イソプレン、メタアクリロニトリル、アクリロニトリル、ビニルエーテル、例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルエチルエーテルなど;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、酪酸ビニルなど;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、メチルイソプロペニルケトンなど;ビニリデンハライド、例えば塩化ビニリデン、フッ化ビニリデンなど;N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン、メタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニル−M−メチルピリジニウムクロライド、ビニルナフタレン、p−クロロスチレン、塩化ビニル、臭化ビニル、フッ化ビニル、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンおよびこれらの混合物が挙げられる。モノマーの混合物は、ブロックコポリマー、交互コポリマー、グラフトコポリマーなどのコポリマーを製造するために使用することができる。
実施形態において、ラテックスに利用される非晶質樹脂または非晶質樹脂の組み合わせは、約30℃〜約80℃、または約35℃〜約70℃のガラス転移温度(Tg)を有してもよい。実施形態では、ラテックスに利用される複合樹脂は、約130℃で約10〜約1,000,000Pa*S、または約130℃で約50〜約100,000Pa*Sの溶融粘度を有してもよい。
1種または2種以上の樹脂を用いてもよい。2種以上の樹脂が使用される実施形態では、樹脂は任意の適切な比率(例えば重量比)、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)であってもよい。
樹脂粒子は、任意の適切なまたは所望のサイズであってもよい。実施形態では、樹脂粒径は、反応器のジャケット温度の調節、反応器の真空レベルの調整、またはこれらの組み合わせによって蒸留物温度を調節するステップを備える本明細書のラテックス粒径の制御プロセスによって、選択または制御される。
樹脂は、任意の適切な方法または所望の方法によって調製することができる。例えば、モノマーをプレポリマーに凝縮させるために、場合によっては不活性雰囲気中で加熱したオプションの触媒の存在下で、1種以上のモノマーを1種以上の酸またはジエステル成分と組み合わせることができる。この混合物に、1種以上の二酸またはジエステル、オプションとして追加の触媒、オプションとしてラジカル抑制剤を、場合によっては不活性雰囲気下で、加熱しながら添加して所望の最終樹脂(ポリエステル)を形成することができる。
加熱は、約140℃〜約250℃、または約160℃〜約230℃、または約180℃〜約220℃など、任意の適切なまたは所望の温度まですることができる。
例えば窒素パージ下など、任意の適切な不活性雰囲気条件を選択することができる。
所望であれば、ラジカル抑制剤を使用することができる。ヒドロキノン、トルヒドロキノン、2,5−DI−tert−ブチルヒドロキノン、およびこれらの混合物および組み合わせなど、任意の適切なまたは所望のラジカル阻害剤を選択することができる。ラジカル抑制剤は、反応器チャージ総量の約0.01〜約1.0、約0.02〜約0.5、または約0.05〜約0.2重量%など、任意の適切なまたは所望の量で存在することができる。
実施形態において、樹脂は、弱塩基または中和剤と予めブレンドすることができる。実施形態において、塩基は固体であることができるため、溶液を使用する必要性が排除され、溶液をポンピングすることに伴うリスクおよび困難を回避する。
実施形態において、樹脂と中和剤は、同時供給プロセスによって同時に供給することができ、これにより中和剤および樹脂の押出機への供給速度を正確に制御することができ、次いで中和剤および樹脂は溶融混合した後に乳化することができる。
実施形態において、中和剤は、樹脂中の酸基を中和するために使用することができる。任意の適切なまたは所望の中和剤を選択することができる。実施形態において、中和剤は、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、およびこれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択することができる。
中和剤は、樹脂の重量に基づいて約0.001重量%〜約50重量%、または約0.01重量%〜約25重量%、または約0.1重量%〜約5重量%の量で、水酸化ナトリウムフレークなどの固体として使用することができる。
特定の実施形態では、中和剤は、水酸化アンモニウムフレーク、水酸化カリウムフレーク、水酸化ナトリウムフレーク、炭酸ナトリウムフレーク、重炭酸ナトリウムフレーク、水酸化リチウムフレーク、炭酸カリウムフレーク、有機アミン、およびそれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択される固体中和剤である。
実施形態において、中和剤は、水酸化ナトリウムフレークであり得る。実施形態では、水酸化ナトリウムフレークを使用する場合に適切な樹脂の中和が起こり、低粗度で高品質のラテックスをもたらすことを確実にするために、使用する界面活性剤はアルキルジフェニルオキシドジスルホネートの水溶液であってもよい。あるいは、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの固体界面活性剤を使用し、界面活性剤溶液を使用する必要をなくして押出機供給ホッパーに樹脂と同時供給することによって、単純で効率的なプロセスを提供することができる。
本プロセスに従って形成されたエマルジョンはまた、少量の水、実施形態では脱イオン水を任意の適切なまたは所望の量、例えば樹脂の約20重量%〜約300重量%、または約30重量%〜約150重量%で、樹脂を溶融または軟化させる温度、例えば約40℃〜約140℃、または約60℃〜約100℃の温度で含むことができる。
さらに、樹脂としては、トナー用などのラテックスを調製するのに適した任意の他のモノマーを利用することができる。上述したように、実施形態では、トナーは乳化凝集によって生成することができる。ラテックスエマルジョンを形成するのに有用な適切なモノマー、したがってラテックスエマルジョン中に得られるラテックス粒子には、限定されるものではないが、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、これらの組み合わせなどが挙げられる。
実施形態において、ラテックスポリマーは、少なくとも1種のポリマーを含んでいてもよい。例示的なポリマーとしては、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、より具体的には、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン)、ポリ(スチレン−アルキルメタクリレート)、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−アルキルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(メタクリル酸アルキル−アルキルアクリレート)、ポリ(メタクリル酸アルキル−アクリル酸アリール)、ポリ(メタクリル酸アリール−アルキルアクリレート)、ポリ(メタクリル酸アルキル‐アクリル酸)、ポリ(スチレン−アルキルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(アルキルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(メチルスチレン−ブタジエン)、ポリ(メチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(エチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(プロピルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(ブチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(メチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(エチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(プロピルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(ブチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(スチレン−イソプレン)、ポリ(メチルスチレン−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸メチル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸エチル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸プロピル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸ブチル−イソプレン)、ポリ(メチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(エチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(プロピルアクリレート−イソプレン)、ポリ(ブチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(スチレン−プロピルアクリレート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン‐ブチルアクリレート−アクリロニトリル‐アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(スチレン−イソプレン)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(ブチルメタクリレート−ブチルアクリレート)、ポリ(ブチルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(アクリロニトリル−ブチルアクリレート−アクリル酸)、およびそれらの組み合わせが挙げられる。ポリマーは、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー、または交互コポリマーであってもよい。
実施形態において、樹脂は、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、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される。
特定の実施形態では、樹脂は、ポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(メチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(エチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(プロピルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(ブチルメタクリレート−ブタジエン)、ポリ(メチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(エチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(プロピルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(ブチルアクリレート−ブタジエン)、ポリ(スチレン−イソプレン)、ポリ(メチルスチレン−イソプレン)、ポリ(メチルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(エチルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(プロピルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(ブチルメタクリレート−イソプレン)、ポリ(メチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(エチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(プロピルアクリレート−イソプレン)、ポリ(ブチルアクリレート−イソプレン)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート)、ポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(スチレン−イソプレン)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−イソプレン−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルメタクリレート−アクリル酸)、ポリ(ブチルメタクリレート‐ブチルアクリレート)、ポリ(ブチルメタクリレート‐アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸)、ポリ(アクリロニトリル−ブチルアクリレート−アクリル酸)、およびこれらの組み合わせと;非晶質ポリエステル、結晶性ポリエステル、またはこれらの混合物と;任意選択の触媒と結晶性樹脂を形成するのに適したさらなる有機ジオールとの存在下で、1種以上のポリオール分枝モノマーを二酸またはジエステルと反応させることによって形成される結晶性ポリエステルであって、さらなる有機ジオールが、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、2,2−ジメチルプロパン−1,3−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、およびこれらの混合物および組み合わせ(これらの構造異性体を含む)で構成される群から選択される、結晶性ポリエステルであって、二酸またはジエステルが、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、シス−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコン酸、これらのジエステルまたは無水物、およびこれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択される、結晶性ポリエステルと;任意の触媒と非晶質樹脂を形成するのに適したさらなる有機ジオールとの存在下で、1種以上のポリオール分枝モノマーを二酸またはジエステルと反応させることによって形成される非晶質ポリエステルであって、二酸またはジエステルが、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、フマル酸、トリメリト酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、シス−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、コハク酸、コハク酸無水物、ドデシルコハク酸、ドデシルコハク酸無水物、グルタル酸、グルタル酸無水物、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ドデカンジアジド、ジメチルテレフタレート、ジエチルテレフタレート、ジメチルイソフタレート、ジエチルイソフタレート、ジメチルフタレート、フタル酸無水物、ジエチルフタレート、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ドデシルコハク酸ジメチル、およびこれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択される、非晶質ポリエステルであって、さらなる有機ジオールが、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、およびこれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択される、非晶質ポリエステルとでこうせいされる群から選択される。
実施形態において、ラテックスは、界面活性剤または補助界面活性剤を含有する水性相中で調製されてもよい。ラテックス分散液を形成するためにポリマーと共に利用され得る界面活性剤は、固体の約0.01〜約15重量%、実施形態では約0.1〜約10重量%の量の、イオン性または非イオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせであり得る。
利用され得るアニオン性界面活性剤には、硫酸塩、スルホン酸塩、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルナフタレン硫酸ナトリウム、ジアルキルベンゼンアルキル硫酸塩およびスルホン酸塩、Aldrichから入手可能なアビエチン酸などの酸、第一工業製薬(株)から入手されるNEOGEN R(商標)、NEOGEN SC(商標)、これらの組み合わせなどが挙げられる。
カチオン性界面活性剤の例には、限定されるものではないが、アンモニウム、例えば、塩化アルキルベンジルジメチルアンモニウム、塩化ジアルキルベンゼンアルキルアンモニウム、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化アルキルベンジルメチルアンモニウム、臭化アルキルベンジルジメチルアンモニウム、塩化ベンザルコニウム、C12、C15、C17臭化トリメチルアンモニウム、それらの組み合わせなどが挙げられる。他のカチオン性界面活性剤としては、臭化セチルピリジニウム、四級化ポリオキシエチルアルキルアミンのハロゲン化物塩、ドデシルベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、Alkaril Chemical Companyから入手可能なMIRAPOL(登録商標)およびALKAQUAT(登録商標)、Kao Chemicalsから入手可能なSANISOL(塩化ベンザルコニウム)、これらの組み合わせなどが挙げられる。実施形態において、適切なカチオン性界面活性剤には、Kao Corp.から入手可能なSANISOL(登録商標)B−50が含まれ、これは主としてベンジルジメチルアルコニウムクロリドである。
非イオン性界面活性剤の例には、限定されるものではないが、アルコール、酸およびエーテル、例えばポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、メタロース、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ジアルキルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール、これらの組み合わせなどが含まれる。実施形態では、IGEPAL CA−210(商標)、IGEPAL CA−520(商標)、IGEPAL CA−720(商標)、IGEPAL CO−890(商標)、IGEPAL CO−720 (商標)、IGEPAL CO−290(商標)、IGEPAL CA−210(商標)、ANTAROX 890(商標)およびANTAROX 897(商標)など、Rhone−Poulencから市販されている界面活性剤を利用することができる。
特定の界面活性剤またはその組み合わせの選択、ならびにそれぞれの使用量は、当業者の知識の範囲内である。
実施形態では、ラテックスポリマーの形成のために開始剤を添加することができる。適切な開始剤の例には、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸カリウムなどの水溶性開始剤、2−メチル2−2’−アゾビスプロパンニトリルであるVAZO64(商標)、2−2’−アゾビスイソブチルアミド二水和物であるVAZO88(商標)などのVAZO過酸化物を含む有機過酸化物およびアゾ化合物を含む有機水溶性開始剤、およびそれらの組み合わせが含まれる。利用可能な他の水溶性開始剤には、アゾアミジン化合物、例えば2,2’−アゾビス(2−メチル−N−フェニルプロピオンアミジン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(4−クロロフェニル)−2−メチルプロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチル−プロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(4−アミノ−フェニル)−2−メチルプロピオンアミジン]テトラヒドロクロライド、2,2’−アゾビス[2−メチル−N(フェニルメチル)プロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−2−プロペニルプロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(2−ヒドロキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−1,3−ジアゼピン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(5−ヒドロキシ−3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン)二塩酸塩、それらの組み合わせなどが含まれる。
開始剤は、モノマーの約0.1〜約8重量%、実施形態ではモノマーの約0.2〜約5重量%など、適切な量で添加することができる。
実施形態では、ラテックスポリマーの形成に連鎖移動剤を利用することもできる。適切な連鎖移動剤としては、ドデカンチオール、オクタンチオール、四臭化炭素、これらの組み合わせなどがモノマーの約0.1〜約10重量%、実施形態においては約0.2〜約5重量%の量で含まれ、本開示による乳化重合を行う場合にラテックスポリマーの分子量特性を制御する。
溶媒
樹脂を溶解するために任意の適切なまたは所望の有機溶媒、例えばアルコール、エステル、エーテル、ケトン、アミンおよびそれらの組み合わせなどを、例えば樹脂の約30重量%〜約400重量%、樹脂の約40重量%〜約250重量%、樹脂の約50重量%〜約100重量%の量で使用することができる。
実施形態において、適切な有機溶媒は、実施形態では転相剤と呼ぶこともあるが、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、IPA、ブタノール、酢酸エチル、MEKおよびこれらの組み合わせを含む。実施形態において、有機溶媒は、水と混和しなくてもよく、約30℃〜約120℃の沸点を有していてもよい。実施形態において、少なくとも2種の溶媒が使用される場合、溶媒の比は、任意の適切なまたは所望の比、例えば、約1:2〜約1:15、約1:2.5〜約1:12.5、約1:3〜約1:10、約1:3.5〜約1:7.5とすることができる。したがって、第1の溶媒がIPAであり、第2の溶媒がMEKである場合、IPA対MEKの比は、例えば約1:4とすることができる。
実施形態において、有機溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセロール、ソルビトール、アセトン、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、エチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、1,2−ジメチル−2−イミダゾリジノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、ジtertブチルエーテル、ジメトキシエタン、2−メトキシエチルエーテル、1,4‐ジオキサン、テトラヒドロヒラン、モルホリン、メチルスルホニルメタン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルアミド、ベンゼン、エステル、アミン、およびこれらの組み合わせで構成される群から選択される。
実施形態において、有機溶媒は、少なくとも2種の有機溶媒の組み合わせを含む。
中和剤
上述したように、本明細書のプロセスでは中和剤を用いてもよい。実施形態では、樹脂は、任意選択的に、弱塩基または中和剤と混合されてもよい。実施形態において、中和剤は、樹脂中の酸基を中和するために使用されてもよいため、本明細書の中和剤は「塩基性中和剤」と呼ぶこともできる。任意の適切な塩基性中和試薬を本開示に従って使用してもよい。実施形態において、適切な塩基性中和剤には、無機塩基性剤および有機塩基性剤の両方が含まれ得る。適切な塩基性剤には、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、これらの組み合わせなどが含まれ得る。適切な塩基性剤には、単環式化合物および多環式化合物、例えばアジリジン、アゼチジン、ピペラジン、ピペリジン、ピリジン、ビピリジン、ターピリジン、ジヒドロピリジン、モルホリン、N−アルキルモルホリン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,8−ジアザビシクロウンデカン、1,8−ジアザビシクロウンデセン、ジメチレートペンチルアミン、トリメチレートペンチルアミン、ピリミジン、ピロール、ピロリジン、ピロリジノン、インドール、インドリン、インダノン、ベンズイミダゾン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、イミダゾロン、イミダゾリン、オキサゾール、イソキサゾール、オキサゾリン、オキサジアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、トリアジン、トリアゾール、テトラゾール、ピラゾール、ピラゾリン、およびこれらの組み合わせも含まれ得る。実施形態において、単環式化合物および多環式化合物は、環上の任意の炭素位置で置換されていても置換されていなくてもよい。
実施形態において、本開示に従って形成されるエマルジョンは、実施形態において、少量の水、実施形態では脱イオン水(DIW)を、樹脂を溶融または軟化させる約25℃〜約120℃、約35℃〜約80℃の温度で含む。塩基性剤は、樹脂の約0.001重量%〜50重量%、樹脂の約0.01重量%〜約25重量%、樹脂の約0.1重量%〜5重量%の量で利用されてもよい。実施形態において、中和剤は水溶液の形態で添加されてもよい。実施形態において、中和剤は固体の形態で添加されてもよい。実施形態において、対象のプロセスに複数の形態の塩基が使用される。したがって、プロセスは、第1の塩基を含むことができ、異なるまたは連続する段階で、第2の塩基が使用される。第1および第2の塩基は同じであっても異なっていてもよい。
酸基を有する樹脂と組み合わせて上記の塩基性中和剤を使用すると、約25%〜約300%、約50%〜約200%の中和率を達成することができる。実施形態において、中和率は、塩基性中和剤を用いてもたらされる塩基性基対樹脂中に存在する酸基のモル比を100%で乗じたものとして計算することができる。
上記のように、酸性基を有する樹脂に塩基性中和剤を添加してもよい。このように、塩基性中和剤の添加は、酸基を有する樹脂を含むエマルジョンのpHを約5〜約12、または約6〜約11に上昇させることができる。酸基の中和は、実施形態においてエマルジョンの形成を促進することができる。
界面活性剤
実施形態において本開示のプロセスは、例えば試薬の組み合わせの前または間に、高温、エマルジョン、分散液などの樹脂に、界面活性剤を添加するステップを任意選択的に含んでいてもよい。界面活性剤は、樹脂を高温で混合する前に添加してもよい。
利用する場合、樹脂エマルジョンは、1種、2種またはそれ以上の界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤は、イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤から選択することができる。アニオン性界面活性剤およびカチオン性界面活性剤は、用語「イオン性界面活性剤」に包含される。実施形態において、界面活性剤は、固形物として、または濃度が約5重量%〜約100重量%(純粋な界面活性剤)、実施形態においては約10重量%〜約95重量%の溶液として添加することができる。実施形態において、界面活性剤は、樹脂の約0.01重量%〜約20重量%、約0.1重量%〜約16重量%、樹脂の約1重量%〜約14重量%の量で存在するように利用してもよい。
処理
本プロセスは、任意の既知の手段によって、任意選択的に室温以上の高温で、少なくとも1種の樹脂と、少なくとも1種の有機溶媒と、任意選択の界面活性剤と、任意選択の中和剤とを含有する混合物を形成してラテックスエマルジョンを形成するステップを備える。実施形態において、樹脂は、組み合わせまたは混合の前に予めブレンドされてもよい。実施形態において、高温は、樹脂のTgに近いかまたはそれより高い温度であってもよい。実施形態において、樹脂は、低分子量および高分子量の非晶質樹脂の混合物であってもよい。
したがって、本開示のプロセスは、少なくとも1種の樹脂を有機溶媒と接触させて樹脂混合物を形成するステップと、樹脂混合物を高温に加熱するステップと、混合物を撹拌するステップと、任意選択で中和剤を添加して樹脂の酸基を中和するステップと、転相が発生するまで混合物に水を2回に分けて添加して転相ラテックスエマルジョンを形成するステップと、ラテックスを蒸留して蒸留物中の水溶媒混合物を除去し、例えば、多分散性が低く、細粒分、粗粒分などの割合が低いラテックスを生成するステップとを含み、また、ラテックス粒径を制御するために蒸留物温度を調節するステップをさらに含み、蒸留物温度を調節するステップは、実施形態においては、反応器のジャケット温度の調節、反応器の真空レベルの調整、これらの組み合わせ、または任意の他の適切なまたは所望の方法によることができる。
転相プロセスでは、例えば非晶質樹脂および/または少なくとも1種の非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを組み合わせた樹脂を、低沸点の有機溶媒に溶解することができ、この溶媒は水、例えばMEKおよび上記の任意の他の溶媒などに、溶媒中の樹脂の約1重量%〜約75重量%、溶媒中の樹脂の約5重量%〜約60重量%の濃度で、混和することができるかまたは部分的に混和することができる。次いで、樹脂混合物を約25℃〜約90℃、約30℃〜約85℃の温度に加熱する。加熱は一定温度で保持する必要はなく、変化させることができる。例えば、加熱は、所望の温度に達するまで、ゆっくりとまたは徐々に強めてもよい。
実施形態では、ラテックスは、分散および溶媒ストリッピングの工程を必要とする2つ以上の溶媒PIEプロセスを用いて得ることができる。このプロセスにおいて、樹脂を、例えばMEKおよびIPAなど、1種以上の有機溶媒の組み合わせに溶解して、均一な有機相を生成してもよい。
ある量の塩基性溶液(水酸化アンモニウムなど)を有機相に添加して、樹脂の酸末端基を中和してもよい。
水を2回に分けて添加すると、転相によって水中の樹脂粒子が均一な分散液が形成される。
この状態で有機溶剤は樹脂粒子と水相の両方にとどまる。例えば、真空蒸留によって有機溶媒を除去することができる。
実施形態では、2種以上の溶媒(例えば、MEKおよびIPA)に対する樹脂の比は、約10:8〜約10:12、約10:8.5〜約10:11.5、または約10:9〜約10:11であってもよい。2種の溶媒が使用され、低分子量(LMW)の樹脂が含まれる場合、LMW樹脂対第1および第2の溶媒の比は、約10:6:1.5〜約10:10:2.5とすることができる。高分子量(HMW)の樹脂が2種の溶媒と共に含まれる場合、HMW樹脂対第1および第2の溶媒の比は、約10:8:2〜約10:11:3とすることができるが、上記の範囲外の量を用いることができる。
実施形態において、中和剤は、上記の剤を含む。実施形態では、界面活性剤を樹脂に添加してもしなくてもよく、界面活性剤は、利用する場合には、低粗度のラテックスをもたらす上記の界面活性剤のいずれであってもよく、ここで粗粒子は100nmを超えるサイズである。
実施形態において、任意選択の界面活性剤を、混合前、混合中または混合後に樹脂組成物の1つ以上の成分に添加してもよい。実施形態において、界面活性剤は、中和剤の添加前、添加中または添加後に添加してもよい。実施形態において、界面活性剤は、中和剤の添加前に添加してもよい。実施形態では、界面活性剤をプレブレンド混合物に添加してもよい。
任意の適切なまたは所望の混合温度を選択することができる。実施形態において、混合温度は、約35℃〜約100℃、約40℃〜約90℃、または約50℃〜約70℃であってもよい。
樹脂と、任意選択の中和剤と任意選択の界面活性剤とを組み合わせた後、混合物を水の第1の部分と接触させてW/Oエマルジョンを形成することができる。水を添加して、約5%〜約60%、約10%〜約50%の固形分を有するラテックスを形成することができる。より高い水温は溶解を促進するが、ラテックスは室温(RT)の低い温度で形成され得る。実施形態において、水温は、約40℃〜約110℃、または約50℃〜約90℃であってもよい。
水の第1の部分を含む水の量は、W/Oエマルジョンを形成するのに適した量である。転相は、有機相対水性相の約1:1w/wまたはv/v比で発生し得る。したがって、水の第1の部分は、一般に、最終エマルジョンの総体積または重量の約50%未満を構成する。水の第1の部分は、有機相の体積または重量の約95%未満、有機相の体積または重量の約90%未満、約85%未満、約80%未満であり得る。適切なW/Oエマルジョンが形成される限り、より少ない量の水を第1の部分に使用することができる。
転相は、任意選択の水性アルカリ性溶液または塩基性剤と、任意選択の界面活性剤と、水の第2の部分とを添加すると発生し、樹脂組成物の溶融成分を有する滴を含む分散相と、界面活性剤および/または水の組成物を含む連続相とを含む、転相エマルジョンが作り出される。
組み合わせるステップは、実施形態においては、当業者の知識の範囲内の任意の手段を用いて利用することができる。例えば、アンカーブレードインペラー、押出機、すなわち二軸スクリュー押出機、混練機、例えばHaakeミキサー、バッチ式反応器、または粘性材料を緊密に混合することができる任意の他の装置を用いてガラスケトル中で混合を行って、均質またはほぼ均質な混合物を作り出してもよい。
撹拌するステップは、必須ではないが、ラテックスの形成を促進するために利用してもよい。任意の適切な撹拌装置を利用してもよい。実施形態では、撹拌は、約10回転/分(rpm)〜約5,000rpm、約20rpm〜約2,000rpm、約50rpm〜約1,000rpmの速度であってもよい。撹拌は一定速度である必要はなく、変化させることができる。例えば、混合物の加熱がより均一になるにつれて、撹拌速度を上昇させてもよい。実施形態では、ホモジナイザ(すなわち、高剪断装置)を用いて転相エマルジョンを形成することができるが、実施形態において、本開示のプロセスはホモジナイザを使用せずに行うことができる。ロータステータホモジナイザ、ピストンシートホモジナイザ、または他の適切な装置など、任意の適切なまたは望ましいホモジナイザを選択することができる。ロータステータホモジナイザを利用する場合、実施形態ではロータステータホモジナイザを約3,000rpm〜約10,000rpmの速度で動作させてもよい。
転相ポイントは、エマルジョンの成分、加熱温度、撹拌速度等によって異なるが、得られる樹脂が、エマルジョンの約5重量%〜約70重量%、約20重量%〜約65重量%、エマルジョンの約30重量%〜約60重量%の量で存在するように、任意選択の塩基性中和剤と、任意選択の界面活性剤と、水とを添加する場合に発生し得る。
転相の後、必須ではないが、追加の任意選択の界面活性剤、水、および任意選択のアルカリ性水溶液を添加して、転相エマルジョンを希釈することができる。転相の後、転相エマルジョンを室温、例えば約20℃〜約25℃に冷却することができる。
実施形態では、有機溶媒を撹拌しながら蒸留を行って、100ナノメートル(nm)未満、約95nm未満、または約90nm未満の平均直径サイズを有する樹脂エマルジョン粒子を提供することができる。実施形態では、蒸留は、蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、d)揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移す、ステップと、e)凝縮器内の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップとを備える。
樹脂エマルジョンの所望の特性(すなわち、粒径および低い残留溶媒レベル)は、溶媒と、中和剤濃度と、プロセスパラメータ(すなわち反応器温度、真空および処理時間)を調整することによって達成することができる。
さらに、樹脂エマルジョンの所望の特性(すなわち、粒径および低い残留溶媒レベル)は、実施形態では、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御することにより達成することができる。
実施形態において、本明細書の樹脂を処理するための蒸留物温度範囲は、1種または複数の溶媒の沸点、特定の樹脂または樹脂系の熱感受性、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されないパラメータに基づいて選択することができる。実施形態では、溶媒除去のための温度範囲は、樹脂特性および溶媒特性のために選択される任意の適切なまたは所望の範囲とすることができる。実施形態では、蒸留物の温度範囲は、約30〜約80℃、または約30〜約50℃である。特定の実施形態において、蒸留物の温度範囲は、約44〜約46℃、または約44〜約45℃、または約44.8℃である。特定の一実施形態では、蒸留物温度は44.8℃である。
実施形態では、本開示のラテックスの粗内容物、すなわち粒子の最も一般的または所望の集団よりも大きい粒子は、約0.01重量%〜約5重量%、約0.1重量%重量から約3重量%であり得る。本開示のラテックスの固形分は、約10重量%〜約60重量%、約20重量%〜約50重量%であってもよい。
トナー
樹脂混合物を水と接触させてエマルジョンを形成し、上記のように混合物から溶媒を除去した後、得られたラテックスを利用して、当業者の知識の範囲内の任意の方法によってトナーを形成することができる。トナー粒子生成に関連する実施形態は、エマルジョンの凝集プロセスに関して以下で説明されるが、米国特許第5,290,654号および第5,302,486号(各々の開示内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)で開示されている懸濁プロセスおよびカプセル化プロセスなどの化学プロセスを含む、トナー粒子を調製する任意の適切な方法を使用してもよい。
実施形態では、トナー組成物およびトナー粒子は、より小さいサイズの樹脂粒子を適切なトナー粒径に凝集させ、次いで合一させて最終的なトナー粒子形状および形態を達成する、凝集および合一プロセスによって調製することができる。
ラテックスエマルジョンを、任意選択的に分散液中にある任意選択の着色剤および他の添加剤と接触させて、適切なプロセス、実施形態ではエマルジョン凝集および合一プロセスによって、超低溶融トナーを形成することができる。
実施形態では、任意選択の着色剤、ワックスおよび他の添加剤を含むトナー組成物の任意選択の追加成分は、本開示のラテックスエマルジョンを形成するために樹脂を溶融混合する前、その間または後に添加してもよい。追加の成分は、ラテックスエマルジョンの形成前、形成中または形成後に添加することができる。実施形態において、着色剤は、界面活性剤の添加前に添加してもよい。
実施形態において、トナー組成物は、エマルジョンの凝集プロセス、例えば、任意選択の着色剤、任意選択のワックスおよび任意の他の所望のまたは必要とされる添加剤、および上記の樹脂を含むエマルジョン、任意選択的に上記のような界面活性剤の混合物を凝集し、次に凝集混合物を合一することによって調製してもよい。混合物は、着色剤と、任意選択のワックスまたは他の物質(これらも界面活性剤を含む分散液中に任意選択的に存在してもよい)を、エマルジョンに添加することによって調製してもよく、エマルジョンは、樹脂を含有する2種以上のエマルジョンの混合物であってもよい。得られる混合物のpHは、例えば酢酸、硝酸などの酸によって調整することができる。混合物のpHは、約2〜約5に調整することができる。さらに、実施形態では、混合物を均質化してもよい。混合物を均質化する場合、任意の適切なまたは所望のパラメータを用いて混合することによって均質化してもよい。特定の実施形態では、混合は約600〜約6,000rpmで達成することができる。均質化は、例えば、IKA ULTRA TURRAX T50プローブホモジナイザを含む任意の適切な手段によって達成され得る。
上記混合物の調製後、凝集剤を混合物に添加してもよい。任意の適切な凝集剤を利用してトナーを形成することができる。適切な凝集剤としては、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挙げられる。凝集剤は、例えば、無機カチオン凝集剤、例えばポリ塩化アルミニウム(PAC)または対応する臭化物、フッ化物またはヨウ化物などのポリアルミニウムハロゲン化合物、ポリアルミニウムスルホシリケート(PASS)などのポリアルミニウムシリケート、および水溶性金属塩、例えば塩化アルミニウム、亜硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウムカリウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛、臭化亜鉛、臭化マグネシウム、塩化銅、硫酸銅、およびそれらの組み合わせであってもよい。実施形態において、凝集剤は、樹脂のTgよりも低い温度で混合物に添加されてもよい。
有機カチオン性凝集剤の適切な例には、例えばジアルキルベンゼンアルキルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムブロマイド、ベンザルコニウムクロライド、セチルピリジニウムブロマイド、C121517−トリメチルアンモニウムブロマイド、四級化ポリオキシエチルアルキルアミンのハロゲン塩、ドデシルベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、これらの組み合わせなどが挙げられる。
他の適切な凝集剤には、限定されるものではないが、チタン酸テトラアルキル、酸化ジアルキルスズ、水酸化テトラアルキルスズ、水酸化ジアルキルスズ、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、酸化ジブチルスズ、水酸化ジブチルスズ、テトラアルキルスズ、それらの組み合わせなども含まれる。凝集剤がポリイオン凝集剤である場合、その剤は任意の所望の数のポリイオン原子を有することができる。例えば、適切なポリアルミニウム化合物は、化合物中に存在する約2〜約13個、約3〜約8個のアルミニウムイオンを有する。
凝集剤は、例えば、混合物中の樹脂の約0.1重量%〜約10重量%、約0.2重量%〜約8重量%、約0.3重量%〜約5重量%の量で、トナーを形成するために利用される混合物に添加されてもよい。
予め決定された所望の粒径が得られるまで、粒子を凝集させることができる。粒径は、成長プロセス中に、例えば平均粒径についてはコールターカウンタを用いて、モニターすることができる。凝集は、高温を維持するか、または例えば約40℃〜約100℃にゆっくりと温度を上昇させることによって進行し、撹拌を維持しながら混合物をその温度で約0.5時間〜約6時間、約1時間〜約5時間保持することによって、凝集粒子を得ることができる。所望のサイズに達すると、任意選択のシェル樹脂を添加することができる。
トナー粒子の所望の最終サイズが達成されたら、混合物のpHを塩基で約3〜約10、または約5〜約9の値に調節することができる。pHの調節は、トナー粒子の成長を凍結させる、すなわち停止させるために利用することができる。トナーの成長を停止させるために利用される塩基は、例えばアルカリ金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、それらの組み合わせなど、任意の適切な塩基を含むことができる。実施形態では、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)などのキレーターを添加して、pHを上記の所望の値に調整するのを助けることができる。
シェル樹脂
いくつかの実施形態では、凝集の後、ただし合一の前に、凝集粒子に樹脂コーティングを施して粒子上にシェルを形成することができる。したがって、実施形態において、コアは、上述のように、非晶質樹脂および/または結晶性樹脂を含むことができる。上記の任意の樹脂をシェルとして利用することができる。
複数の樹脂を任意の適切な量で利用することができる。したがって、第1の樹脂は、シェル樹脂全体の約20重量%〜約100重量%、シェル樹脂全体の約30重量%〜約90重量%の量で存在してもよい。実施形態において、シェルを形成するために利用される第2の樹脂は、シェル樹脂中に、シェル樹脂全体の約0重量%〜約80重量%、シェル樹脂の約10重量%〜約70重量%の量で存在してもよい。
シェル樹脂は、当業者の知識の範囲内の任意の方法によって凝集粒子に適用することができる。実施形態において、シェルを形成するために利用される樹脂は、上記の任意の界面活性剤を含むエマルジョン中にあってもよい。樹脂を有するエマルジョン、任意選択的に上記のNaOHで中和された溶媒系樹脂ラテックスは、シェルが凝集粒子上に形成されるように、上記の凝集粒子と組み合わせることができる。
いくつかの実施形態では、凝集粒子上のシェルの形成は、約30℃〜約80℃、または約35℃〜約70℃の温度に加熱しながら行うことができる。実施形態では、シェルの形成は、約5分〜約10時間、または約10分〜約5時間の期間にわたって行うことができる。
実施形態において、シェルは、ラテックス粒子の約10重量%〜約40重量%、またはラテックス粒子の約20重量%〜約35重量%の量で存在してもよい。
実施形態において、トナー粒子の最終サイズは、約8マイクロメートル(μm)未満、約7μm未満、または約6μm未満のサイズであってもよい。
合一
所望の粒径への凝集および任意のオプションのシェルの適用に続いて、粒子を所望の最終形状に合一させることができ、合一は例えば、混合物を約45℃〜約100℃、または約55℃〜約99℃の温度に加熱することによって達成され、この温度は、トナー粒子を形成するために利用する樹脂のTg以上であってもよい。合一は、約0.01〜約9時間、約0.1〜約4時間の期間にわたって行われてもよい。
凝集および/または合一の後、混合物は室温、例えば所望の約20℃まで冷却することができる。適切な冷却方法には、反応器の周囲のジャケットに冷水を導入することが含まれ得る。冷却後、トナー粒子を任意選択的に水で洗浄し、次いで乾燥させることができる。乾燥は、例えば凍結乾燥を含む、任意の適切な乾燥方法によって達成することができる。
添加剤
実施形態では、トナー粒子は、所望または必要に応じて、他の任意選択の添加剤を含有してもよい。例えば、トナーは正または負の電荷制御剤を、例えばトナーの約0.1〜約10重量%、トナーの約1〜約3重量%の量で含むことができる。適切な電荷制御剤の例としては、アルキルピリジニウムハライドを含む第4級アンモニウム化合物、重硫酸塩、米国特許第4,298,672号(この開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に開示されているものを含むアルキルピリジニウム化合物、米国特許第4,338,390号(この開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に開示されているものを含む有機硫酸塩およびスルホン酸塩組成物、セチルピリジニウムテトラフルオロボラート、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、BONTRON E84(商標)またはE88(商標)(オリエント化学工業(株))などのアルミニウム塩、それらの組み合わせなどが含まれる。
また、流動助剤を含む形成後のトナー粒子の外部添加剤粒子とブレンドすることもでき、これらの添加剤はトナー粒子の表面上に存在してもよい。添加剤の例には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化スズ、これらの混合物などの金属酸化物、AEROSIL(登録商標)などのコロイドシリカおよび非晶質シリカ、ステアリン酸亜鉛およびステアリン酸カルシウムを含む脂肪酸の金属塩および金属塩、またはUNILIN(登録商標)700などの長鎖アルコール、ならびにこれらの混合物が含まれる。
概して、トナーの流れ、摩擦強化、混合制御、改善された現像および転写安定性、より高いトナーブロッキング温度のために、トナー表面にシリカを適用してもよい。改善された相対湿度(RH)安定性、摩擦制御、改良された現像および転写安定性のために、TiOを適用してもよい。潤滑特性、現像剤の導電性、摩擦強化を提供し、またトナーとキャリア粒子との間の接触数を増加させることによって高いトナー帯電および帯電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外添剤として使用してもよい。実施形態では、Ferro Corp.から入手されるZinc Stearate Lとして知られている市販の亜鉛ステアレートを使用することができる。外面添加剤は、コーティングの有無にかかわらず使用することができる。
外添剤の各々は、トナーの約0.1重量%〜約5重量%、またはトナーの約0.25重量%〜約3重量%の量で存在することができるが、添加剤の量はこれらの範囲外であってもよい。実施形態において、トナーは、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、または約0.1重量%〜約4重量%のステアリン酸亜鉛を含んでもよい。
実施形態において、本開示のシェルを有する乾式トナー粒子は、外面添加剤を除いて以下の特徴を有する。(1)体積平均直径(「体積平均粒子直径」とも呼ばれる)は約3〜約25μm、約4〜約15μm、約5〜約12μmであり、(2)数平均幾何学的サイズ分布(GSDn)および/または体積平均幾何学的サイズ分布(GSDv)は約1.05〜約1.55、約1.1〜約1.4であり、(3)円形度は(例えば、A Sysmex FPIA 2100分析装置で測定して)約0.93〜約1、実施形態においては約0.95〜約0.99である。トナー粒子の特性は、任意の適切な技術、およびBeckman Coulter MULTISIZER 3などのような装置によって測定することができる。
実施形態において、本明細書のトナープロセスは、a)第1の樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、b)反応器に水の第2の部分を添加して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップと、d)揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移す、ステップと、e)凝縮器内の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、f)液体凝縮物をレシーバに収集するステップと、g)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンに第2の樹脂を添加するステップと、h)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンに結晶性樹脂を添加するステップと、i)任意選択的に、ステップb)で得られたラテックスエマルジョンにワックス、着色剤、またはそれらの組み合わせを添加するステップと、j)任意選択的に、ステップb)で得られた後期エマルジョンに凝集剤を添加するステップと、k)ラテックスエマルジョン中の粒子を凝集させるステップと、l)エマルジョン中の粒子成長を凍結して親粒子を形成するステップと、m)任意選択的に、シェル樹脂を添加してコア−シェル粒子を形成するステップと、o)任意選択的に、親粒子またはコア−シェル粒子を合一してトナー粒子を形成するステップと、p)任意選択的に、l)の親粒子、m)のコア−シェル粒子またはo)のトナー粒子を収集するステップとを備える。
実施形態において、本開示は本明細書に記載のプロセスで調製されたトナーを含む。
実施形態において、トナー粒子は、所望または必要に応じて任意選択の添加剤をさらに含有してもよい。例えばトナーは、例えばトナーの約0.1〜約10重量%、または約1〜約3重量%の量で、正または負の電荷制御剤を含んでもよい。適切な電荷制御剤の例には、アルキルピリジニウムハライドを含む第4級アンモニウム化合物、重硫酸塩、米国特許第4,298,672号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に開示されているものを含むアルキルピリジニウム化合物、米国特許第4,338,390号(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に開示されているものを含む有機硫酸塩およびスルホン酸塩組成物、セチルピリジニウムテトラフルオロボラート、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、CONTRON E84(商標)またはE88(商標)(Orient Chemical Industries、Ltd.)などのアルミニウム塩、およびこれらの混合物および組み合わせが含まれる。
また、流動助剤を含むトナー粒子の外部添加剤粒子とブレンドすることもでき、これらの添加剤はトナー粒子の表面上に存在してもよい。これらの添加剤の例には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化スズ、これらの混合物などの金属酸化物、AEROSIL(登録商標)などのコロイドシリカおよび非晶質シリカ、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムを含む脂肪酸の金属塩および金属塩、またはUNILIN(登録商標)700などの長鎖アルコール、これらの混合物および組み合わせが含まれる。
トナーの流れ、摩擦強化、混合制御、改善された現像および転写安定性、より高いトナーブロッキング温度のために、トナー表面にシリカを適用してもよい。改善された相対湿度(RH)安定性、摩擦制御、改良された現像および転写安定性のためにTiOを適用してもよい。潤滑特性、現像剤の導電性、摩擦強化を提供し、トナーとキャリア粒子との間の接触数を増加させることによって高いトナー帯電および帯電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外添剤として任意選択的に使用してもよい。実施形態では、Ferro Corp.から入手可能なZinc Stearate Lとして知られている市販の亜鉛ステアレートを使用することができる。外面添加剤は、コーティングの有無にかかわらず使用することができる。
これらの外部添加剤の各々は、トナーの約0.1重量%〜約5重量%、またはトナーの約0.2重量%〜約3重量%など、任意の適切なまたは所望の量で存在してもよい。
樹脂を含有するラテックスエマルジョンは、当業者の知識の範囲内の任意の方法によってトナーの形成に利用することができる。ラテックスエマルジョンは、任意選択的に着色剤分散液の形態の着色剤、および他の添加剤と接触させて適切なプロセス、実施形態ではエマルジョン凝集および合一プロセスによって、トナーを形成することができる。実施形態において、本明細書のトナープロセスは、本明細書のラテックスエマルジョンを用いてエマルジョン凝集超低溶融プロセスに適した粒径を生成する。
着色剤
1種以上の着色剤を添加することができ、染料、顔料、染料の混合物、顔料の混合物、染料と顔料の混合物など、様々な既知の適切な着色剤をトナーに含めることができる。実施形態において、着色剤は、存在する場合、例えばトナーの0〜約35重量%、トナーの約1〜約25重量%、トナーの約3〜約5重量%の量でトナーに含まれてもよいが、着色剤の量はこれらの範囲外、例えばトナーの約7重量%、約7.5重量%、約8重量%であってもよい。
適切な着色剤の例としては、REGAL 330(登録商標)(Cabot)、Carbon Black 5250および5750(Columbian Chemicals)、Sunsperse Carbon Black LHD 9303(Sun Chemicals)のようなカーボンブラック、マグネタイト、例えば MAPICO BLACKS(商標)のマグネタイトおよび表面処理されたマグネタイト、PfizerのマグネタイトであるCB−4799(商標)、CB5300(商標)、CB5600(商標)、MCX6369(商標)、BayerのマグネタイトであるBAYFERROX 8600(商標)、8610(商標)、Northern PigmentsのマグネタイトであるNP−604(商標)、NP−608(商標)、MagnoxのマグネタイトであるTMB−100(商標)、またはTMB−104(商標)などが挙げられる。有色顔料としては、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、グリーン、ブラウン、ブルーまたはそれらの混合物を選択することができる。一般に、シアン、マゼンタまたはイエローの顔料または染料、またはそれらの混合物が使用される。1種または複数の顔料は、一般に水性顔料分散液として使用される。
実施形態において、着色剤は、トナーに所望の色を与えるのに十分な量の顔料、染料、それらの組み合わせ、カーボンブラック、マグネタイト、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、グリーン、ブルー、ブラウン、それらの組み合わせを含み得る。本開示に基づいて他の有用な着色剤が容易に明らかになるであろうことは理解されるべきである。
ワックス
必要に応じて、トナー粒子を形成する際にワックスを樹脂および任意の着色剤と組み合わせてもよい。ワックスはワックス分散液で提供されてもよく、ワックス分散液には、単一のタイプのワックスまたは2種以上の異なるワックスの混合物が含まれてもよい。単一のワックスは、例えばトナー粒子の形状、トナー粒子表面上のワックスの有無および量、帯電特性および/または定着特性、光沢、ストリッピング、オフセット特性などの特定のトナー特性を改善するために、トナー配合物に添加してもよい。あるいは、ワックスの組み合わせを添加して、トナー組成物に複数の特性を付与することができる。
ワックスは、含まれる場合、例えば、トナー粒子の約1重量%〜約25重量%、トナー粒子の約5重量%〜約20重量%の量で存在してもよいが、ワックスの量はこれらの範囲外であってもよい。
ワックス分散液が使用される場合、ワックス分散液は、エマルジョン凝集トナー組成物において従来使用されている様々なワックスのいずれかを含むことができる。選択され得るワックスとしては、例えば、約500〜約20,000、約1,000〜約10,000の平均分子量を有するワックスが挙げられる。選択され得るワックスとしては、例えば、線状ポリエチレンワックスおよび分岐ポリエチレンワックスを含むポリエチレンなどのポリオレフィン、線状ポリプロピレンワックスおよび分枝ポリプロピレンワックスを含むポリプロピレン、ポリエチレン/アミド、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン/アミド、植物源または動物源から得られるものなどの自然発生のワックス、およびポリブテンワックスが挙げられる。実施形態では、前述のワックスの混合物および組み合わせも使用することができる。実施形態において、ワックスは、結晶性または非結晶性であってもよい。
実施形態では、ワックスは、水中における固体ワックスの1種以上の水性エマルジョンまたは分散液の形態でトナーに組み込まれてもよく、固体ワックス粒径は、約100ナノメートル(nm)〜約500nmの範囲内であってもよい。
場合によっては、トナープロセスは、凝集したトナー粒子を合一させるステップをさらに備える。
実施形態では、トナープロセスは、凝集トナー粒子がコアを形成するステップをさらに含み、凝集中に追加のエマルジョンを添加してコア上にシェルを形成するステップをさらに備える。特定の実施形態において、シェルを形成する追加のエマルジョンは、コアを形成するエマルジョンと同じ材料である。他の実施形態では、シェルを形成する追加のエマルジョンは、トナーコアを形成する材料とは異なることができる。実施形態において、プロセスは、凝集トナー粒子上に第2の樹脂を添加して、凝集トナー粒子上にシェルを形成することにより、コア−シェルトナーを形成するステップと、トナー粒子に合一剤を添加し、続いて合一剤を備えたコア−シェルトナーを第2の樹脂のガラス転移温度より高い温度で加熱するステップとを備える。
他の実施形態では、本明細書のトナーは、樹脂エマルジョンを界面活性剤、その上に配置された反応性成分を有する着色剤、任意選択のワックス、および任意選択の凝固剤で均質化して、室温でプレ凝集粒子を含む均質なトナースラリーを形成するステップと、凝集トナー粒子を形成するためにスラリーを加熱するステップと、任意選択的に、トナースラリーを所望の凝集粒径で一旦凍結させるステップと、凝集粒子をトナー粒子に合一させるために、スラリー中の凝集粒子をさらに加熱するステップとを備えるプロセスによって形成することができる。
凝集トナー粒子を形成するために加熱するステップは、任意の適切なまたは所望の時間で任意の適切なまたは所望の温度にすることができる。実施形態では、凝集トナー粒子を形成するために加熱するステップは、ラテックスのTgよりも低い温度、実施形態においては約30℃〜約70℃、または約40℃〜約65℃の温度まで、時間は約0.2時間〜約6時間、または約0.3時間〜約5時間であってもよく、実施形態では、体積平均直径で約3ミクロン〜約15ミクロン、または実施形態においては体積平均直径で約4ミクロン〜約8ミクロンのトナー凝集体物が得られる。
所望の凝集粒子径が達成された後にトナースラリーを凍結させて粒子成長を停止させるステップは、任意の適切なまたは所望の方法によることができる。実施形態では、混合物は、冷却工程または凍結工程で冷却される。いくつかの実施形態では、約1分〜約1時間、または約1分〜約8時間、または約2分〜約30分の間にわたって約7〜約12のpHを有する緩衝液を用いて、粒子の凝集物を凍結させることなどによって、混合物のpHを調整する。実施形態では、合一トナースラリーを冷却するステップは、例えば氷、ドライアイスなどの冷却媒体を添加して、約20℃〜約40℃、または22℃〜約30℃の温度への急速冷却を起こすことによる焼き入れを含む。
凝集粒子をトナー粒子に合一させるステップは、任意の適切なまたは所望の方法によることができる。実施形態では、合一は、スラリー中の凝集粒子をさらに加熱して、凝集粒子をトナー粒子に合一させるステップを備える。実施形態では、凝集懸濁液をラテックスのTg以上の温度に加熱してもよい。粒子がコア−シェル形態を有する場合、シェルラテックスをコアラテックスと融合させるため、加熱は、コアを形成するために使用する第1のラテックスのTgと、シェルを形成するために使用する第2のラテックスのTgとを超えてもよい。実施形態においては、凝集懸濁液は、約1時間〜約6時間、または約2時間〜約4時間の間、約80℃〜約120℃、または約85℃〜約98℃の温度に加熱してもよい。
次いで、トナースラリーを洗浄することができる。実施形態において、洗浄は約7〜約12、または約9〜約11のpHで実施してもよく、洗浄は約30℃〜約70℃、または約40℃〜約67℃の温度で実施してもよい。洗浄は、脱イオン水中にトナー粒子を含むフィルターケーキを濾過するステップと、再スラリー化するステップとを含み得る。フィルターケーキは、脱イオン水で1回以上洗浄するか、または約4のpHで単一の脱イオン水での洗浄によって洗浄してもよく、スラリーのpHは酸で調整し、任意選択で後に1回以上の脱イオン水洗浄を行ってもよい。
実施形態において、乾燥は、約35℃〜約85℃、または約45℃〜約60℃の温度で実施することができる。乾燥は、粒子の水分レベルが、設定目標である約1重量%未満、実施形態においては約0.7重量%未満になるまで継続してもよい。
いくつかの実施形態では、エマルジョン凝集プロセスの速度を制御するためにpH調整剤を添加することができる。本開示のプロセスにおいて利用されるpH調整剤は、生成される生成物に悪影響を及ぼさない任意の酸または塩基とすることができる。適切な塩基は、金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、および任意選択的にその組み合わせを含むことができる。適切な酸は、硝酸、硫酸、塩酸、クエン酸、酢酸、および任意選択的にその組み合わせを含む。
着色剤、ワックス、着色剤ワックス分散液、または着色ワックス分散液は、エマルジョン凝集合成におけるラテックスポリマーの形成中に添加されてもよい。適切なワックスは、例えば、水の水性相、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせに懸濁された、体積平均直径が約50〜約1000nm、実施形態では約100〜約500nmのサイズ範囲のサブミクロンワックス粒子を含む。適切な界面活性剤には、上記のものが含まれる。イオン性界面活性剤または非イオン性界面活性剤は、ワックスの約0.1〜約20重量%、実施形態では約0.5〜約15重量%の量で存在してもよい。
本開示の実施形態によるワックスまたは着色剤ワックス分散液は、例えば、天然植物性ワックス、天然動物性ワックス、鉱物ワックス、および/または合成ワックスを含み得る。天然植物性ワックスとしては、例えば、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、和ろう、ベイベリーワックスが挙げられる。天然動物性ワックスの例としては、例えば、ミツロウ、プニクワックス、ラノリン、ラックワックス、セラックワックス、および鯨ろうが挙げられる。鉱物ワックスとしては、例えば、パラフィンワックス、微結晶性ワックス、モンタンワックス、オゾケライトワックス、セレシンワックス、ペトロラタムワックス、石油ワックスが挙げられる。本開示の合成ワックスとしては、例えば、フィッシャー‐トロプシュワックス、アクリレートワックス、脂肪酸アミドワックス、シリコーンワックス、ポリテトラフルオロエチレンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
ポリプロピレンおよびポリエチレンワックスの例には、Allied ChemicalおよびBaker Petroliteから市販されているもの、Michelman Inc.およびDaniels Products Companyから入手可能なワックスエマルジョン、Eastman Chemical Products、Inc.から市販されているEPOLENE(登録商標)N−15、三洋化成工業(株)から入手可能な低重量平均分子量ポリプロピレンであるVISCOL(登録商標)550−P、および同様の材料が含まれる。実施形態においては、市販のポリエチレンワックスは、約100〜約5000、実施形態では約250〜約2500の分子量(Mw)を有し、一方で市販のポリプロピレンワックスは約200〜約10,000、実施形態では約400〜約5000の分子量を有する。
実施形態では、ワックスは官能化されていてもよい。ワックスを官能化するために添加される基の例には、アミン、アミド、イミド、エステル、第4級アミン、および/またはカルボン酸が含まれる。実施形態では、官能化ワックスは、アクリルポリマーエマルジョン、例えば、全てJohnson Diversey Incから入手可能なJONCRYL(登録商標)74,89,130,537、および538、またはAllied Chemical、Baker Petrolite CorporationおよびJohnson Diversey、Inc.から市販されている塩素化ポリプロピレンおよびポリエチレンであってもよい。
着色剤は、顔料、染料、それらの分散液、またはそれらの組み合わせであってもよい。着色ワックス分散液は、任意の適切なまたは所望の顔料着色剤を含有することができる。特定の実施形態では、着色剤は顔料である。特定の実施形態では、着色剤はマゼンタ顔料、シアン顔料、イエロー顔料、黒色顔料、およびこれらの混合物および組み合わせで構成される群から選択される顔料である。着色されたワックス分散液を相乗剤および分散剤によって安定化してもよい。
適切な顔料の例には、PALIOGEN(登録商標)Violet 5100(BASF)、PALIOGEN(登録商標)Violet 5890(BASF)、HELIOGEN(登録商標)Green L8730(BASF)、LITHOL(登録商標)Scarlet D3700(BASF)、SUNFAST(登録商標)Blue 15:4(Sun Chemical)、Hostaperm(登録商標)Blue B2G−D(Clariant)、Hostaperm(登録商標)Blue B4G(Clariant)、SPECTRA(登録商標)PAC C Blue 15:4(Sun Chemical)、Permanent Red P−F7RK、Hostaperm(登録商標)Violet BL(Clariant)、LITHOL(登録商標)Scarlet 4440(BASF)、Bon Red C(Dominion Color Company)、ORACET(登録商標)Pink RF(BASF)、PALIOGEN(登録商標)Red 3871 K(BASF)、SUNFAST(登録商標)Blue 15:3(Sun Chemical)、PALIOGEN(登録商標)Red 3340(BASF)、SUNFAST(登録商標)Carbazole Violet 23(Sun Chemical)、 LITHOL(登録商標)Fast Scarlet L4300(BASF)、SUNBRITE(登録商標)Yellow 17(Sun Chemical)、HELIOGEN(登録商標)Blue L6900、L7020(BASF)、SUNBRITE(登録商標)Yellow 74(Sun Chemical)、SPECTRA(登録商標)PAC C Orange 16(Sun Chemical)、HELIOGEN(登録商標)Blue K6902、K6910(BASF)、SUNFAST(登録商標)Magenta 122(Sun Chemical)、HELIOGEN(登録商標)Blue D6840、D7080(BASF)、Sudan Blue OS(BASF)、NEOPEN(登録商標)Blue FF4012(BASF)、PV Fast Blue B2GO1(Clariant)、IRGALITE(登録商標)Blue GLO(BASF)、PALIOGEN(登録商標)Blue 6470(BASF)、 Sudan Orange G (Aldrich)、 Sudan Orange 220(BASF)、PALIOGEN(登録商標)Orange 3040(BASF)、PALIOGEN(登録商標)Yellow 152,1560(BASF)、LITHOL(登録商標)Fast Yellow 0991 K(BASF)、PALIOTOL(登録商標)Yellow 1840(BASF)、NOVOPERM(登録商標)Yellow FGL(Clariant)、Ink Jet Yellow 4G VP2532(Clariant)、Toner Yellow HG(Clariant)、Lumogen(登録商標)Yellow D0790(BASF)、 Suco−Yellow L1250(BASF)、 Suco−Yellow D1355(BASF)、 Suco Fast Yellow D1355、D1351(BASF)、HOSTAPERM(登録商標)Pink E 02(Clariant)、Hansa Brilliant Yellow 5GX03(Clariant)、Permanent Yellow GRL 02(Clariant)、Permanent Rubine L6B 05(Clariant)、FANAL(登録商標)Pink D4830(BASF)、CINQUASIA(登録商標)Magenta(DU PONT)、 PALIOGEN(登録商標)Black L0084(BASF)、Pigment Black K801(BASF)、およびREGAL 330(商標)(Cabot)、Nipex 150(Evonik)Carbon Black 5250、Carbon Black 5750(Columbia Chemical)などのカーボンブラック、ならびにそれらの混合物が挙げられる。
ワックス、着色剤ワックス分散液、または着色ワックス分散液は、任意の適切なまたは所望のワックスを含有することができる。ワックスは、所望の最終製品に従って選択される。
実施形態では、ワックスは、ポリオレフィン、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、ウルシろう、ホホバオイル、ミツロウ、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、フィッシャー‐トロプシュワックス、ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ブチル、オレイン酸プロピル、モノステアリン酸グリセリド、ジステアリン酸グリセリド、ベヘン酸ペンタエリスリトール、モノステアリン酸ジエチレングリコール、ジステアリン酸ジプロピレングリコール、ジステアリン酸ジグリセリル、テトラステアリン酸トリグリセリル、モノステアリン酸ソルビタン、ポリエチレンワックス、エステルワックス、アミドワックス、脂肪酸、脂肪アルコール、脂肪酸アミド、およびそれらの組み合わせで構成される群から選択される。
トナーに使用される場合、着色剤およびワックスは、任意の適切なまたは所望の量でトナーに含まれてもよく、実施形態においては、着色剤は、トナーの約0.1〜約35重量%、またはトナーの約1〜約25重量%、またはトナーの約2〜約15重量%の量で、トナーに含まれてもよい。
現像剤組成物は、本明細書に開示されたプロセスで得られたトナーを、鋼、フェライトなどのコーティングされたキャリアを含む既知のキャリア粒子と混合することによって調製することができる。このようなキャリアには、米国特許第4,937,166号および第4,935,326号に開示されているものが含まれ、これらの各々の開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。キャリアは、トナーの約2重量%〜トナーの約8重量%、実施形態においてはトナーの約4重量%〜約6重量%存在してもよい。キャリア粒子は、その中に導電性カーボンブラックのような導電性成分を分散させた、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのポリマーコーティングを有するコアを含むこともできる。キャリアコーティングは、メチルシルセスキオキサンなどのシリコーン樹脂、ポリフッ化ビニリデンなどのフルオロポリマー、ポリビニリデンフルオライドおよびアクリルなどトリボ電気シリーズに近接していない樹脂の混合物、アクリルなどの熱硬化性樹脂、および他の既知の成分を含む。
実施例
以下の実施例は、本開示の様々な種をさらに定義するために提出されている。これらの実施例は、例示に過ぎず、本開示の範囲を限定するものではない。また、部およびパーセンテージは、他に指示がない限り重量基準である。
3つの実験を行って、D50の粒径分布と蒸留物温度との相関関係を確立した。各実験では、PIEプロセスを用いて、非晶質樹脂であるポリ(コ‐プロポキシル化ビスフェノールコ‐エトキシル化ビスフェノールコ‐テレフタレート)から樹脂ラテックスを作成した。各実験では、わずかに異なる配合(IPA中で約10%の濃度変化)および原料(異なる樹脂ロット)を有するPIEプロセスを用いて、ポリ(コ‐プロポキシル化ビスフェノールコ‐エトキシル化ビスフェノールコ‐テレフタレート)樹脂から樹脂ラテックスを生成した。異なる配合物および樹脂ロットを使用して、この相関を検証した。粒径分布は、Nanotrac(商標)252(Microtrac、Montgomeryville、PA、USA)の粒径分析器を使用して、真空蒸留の前後に測定した。次に、得られたD50の変化を、図2に示すQuantum Excelを使用して蒸留物の平均温度と比較した。p値が0.05未満であるため、データセットが非線形であるという帰無仮説は棄却される。
実施例1
ポリ(コ‐プロポキシル化ビスフェノールコ−エトキシル化ビスフェノールコ−テレフタレート)非晶質樹脂12kg、メチルエチルケトン7.2kg、イソプロピルアルコール2.2kg、水酸化アンモニア350gおよび水7.5kgを、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備する20ガロンの反応器に入れ、75RPMの速度で混合して、油中水型分散液混合物を形成した。水16.5kgを油中水型分散液混合物に1時間かけて添加し、100RPMで混合し、一方でジャケットは42℃に設定して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを含む水中油型分散液に変換した。試料を採取して、揮発性有機化合物を除去する前のラテックス粒径分布を測定した。ジャケット温度を約56℃に調整し、15〜25inHg(水銀柱インチ)の真空レベル範囲でシステムに真空を適用することによって、蒸留物を形成した。揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移し、蒸気の温度を測定し記録した。凝縮器中の蒸留物蒸気を約10℃に冷却して液相にし、液体凝縮物をレシーバに収集した。揮発性物質を除去した後、水を添加することによって固形分を調整した。次いで最終サンプルを採取して、粒径分布を測定した。
実施例2
ポリ(コ‐プロポキシル化ビスフェノールコ−エトキシル化ビスフェノールコ−テレフタレート)非晶質樹脂12kg、メチルエチルケトン7.2kg、イソプロピルアルコール1.8kg、水酸化アンモニア350gおよび水7.5kgを、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって凝縮器に接続されたレシーバとを具備する20ガロンの反応器に入れ、75RPMの速度で混合して、油中水型分散液混合物を形成した。水16.5kgを油中水型分散液混合物に1時間かけて添加し、100RPMで混合し、一方でジャケットは42℃に設定して、油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを含む水中油型分散液に変換した。試料を採取して、揮発性有機化合物を除去する前のラテックス粒径分布を測定した。ジャケット温度を約56℃に調整し、真空レベル範囲15〜25inHgでシステムに真空を適用することによって蒸留物を形成した。揮発性有機化合物を反応器内の液相から蒸気相に引き出し、蒸留導管を通して凝縮器に移し、蒸気の温度を測定し記録した。凝縮器中の蒸留物蒸気を約10℃に冷却して液相にし、液体凝縮物をレシーバに収集した。揮発性物質を除去した後、水を添加することによって固形分を調整した。次いで最終サンプルを採取して、粒径分布を測定した。
実施例3
実施例3では、異なるポリ(コ−プロポキシル化ビスフェノールコ−エトキシル化ビスフェノールコ−テレフタレート)非晶質樹脂のロットを使用することを除いて、実施例1を繰り返した。
実施例1〜実施例3の3つのラテックス真空蒸留実験のデータを表1に列挙する。表1は、D50が蒸留平均温度の関数としてシフトすることを示している。蒸留物温度を真空蒸留中に毎秒記録し、次に比較のために平均した。粒径分布は、Microtrac Nanotrac(商標)252を使用して蒸留前後に測定し、D50シフトを計算した。Quantum XL(図2)から生じたプロットは、サイズシフトの程度と蒸留物温度との間に強い相関がある、すなわち、粒径変化が蒸留物の温度に比例することを示している。粒径の縮小度を調整することにより、樹脂ラテックスの最終粒径分布をストリッピング中に最適化することができる。表2は、実施例1〜実施例3の溶媒除去の前後の粒径(ナノメートル)を示す。
Figure 2018159057
Figure 2018159057
したがって、溶媒ストリッピング中に粒径を制御する方法が提供される。本発明の方法は、配合調整によるサイズ制御以外に、必要または所望に応じて、溶媒ストリッピングプロセス中に粒径分布を調整することを可能にする。したがって、配合調整後に粒径を制御するための第2の調整ノブが提供される。この方法は、ポリエステルラテックス製造のための任意の溶媒ストリッピングプロセスに適用することができる。
上記に開示されたおよび他の特徴および機能の様々なもの、またはそれらの代替物は、多く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ることができることが理解されよう。また、現在予見または予期しない種々の代替、改変、変形または改良が、当業者によって後に行われ得ることも、以下の特許請求の範囲に包含されることが意図されている。特許請求の範囲に具体的に列挙されていない限り、特許請求の範囲のステップまたは構成要素は、特定の順序、数、位置、大きさ、形状、角度、色または材料に関して、明細書またはその他の特許請求の範囲から含意またはインポートされるべきではない。

Claims (10)

  1. ラテックス粒径を制御するための転相乳化プロセスであって、
    a)樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、
    前記反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって前記反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって前記凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、
    b)前記反応器に水の第2の部分を添加して、前記油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、
    c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、
    前記蒸留物温度を制御するステップが、溶媒除去中の前記ラテックス粒子の粒径分布変化を制御する、ステップであって、
    前記蒸留物温度が約30〜80℃である、ステップと、
    d)溶媒除去を行うステップであって、揮発性有機化合物を前記反応器内の液相から蒸気相に引き出し、前記蒸留導管を通して前記凝縮器に移す、ステップと、
    e)前記凝縮器中の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、
    f)液体凝縮物を前記レシーバに収集するステップと
    を備える、転相乳化プロセス。
  2. 前記蒸留導管内の前記蒸留物温度を測定し、前記ジャケット温度、前記真空レベル、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを調整して、前記蒸留物温度を制御するステップであって、
    前記蒸留物温度が約40〜約60℃である、ステップ
    をさらに備える、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記ラテックスエマルジョン中の前記ラテックス粒子の粒径分布が、約50〜約500nmのD50、約3〜約300nmのD10、および約150〜約750nmのD95を含む、請求項1に記載のプロセス。
  4. 前記ラテックスエマルジョン中の前記ラテックス粒子の粒径分布が、約150〜約300nmのD50、約50〜約175nmのD10、および約200〜約500nmのD95を含む、請求項1に記載のプロセス。
  5. 前記樹脂が、非晶質ポリエステル、結晶性ポリエステル、またはそれらの混合物である、請求項1に記載のプロセス。
  6. a)第1の樹脂と、有機溶媒と、任意選択の中和剤と、水の第1の部分とを反応器内で組み合わせるステップであって、
    前記反応器は、ジャケットと、真空と、蒸留導管によって前記反応器に接続された凝縮器と、凝縮導管によって前記凝縮器に接続されたレシーバとを具備し、油中水型分散液混合物を形成する、ステップと、
    b)前記反応器に水の第2の部分を添加して、前記油中水型分散液混合物を、ラテックス粒子のラテックスエマルジョンを備える水中油型分散液に転化するステップと、
    c)蒸留物を形成し、ジャケット温度の調整、真空レベルの調整、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つによって蒸留物温度を制御するステップであって、
    前記蒸留物温度を制御するステップが、溶媒除去中の前記ラテックス粒子の粒径分布変化を制御する、ステップであって、
    前記蒸留物温度が約30〜80℃である、ステップと、
    d)揮発性有機化合物を前記反応器内の液相から蒸気相に引き出し、前記蒸留導管を通して前記凝縮器に移す、ステップと、
    e)前記凝縮器内の蒸留物蒸気を液相に冷却するステップと、
    f)液体凝縮物を前記レシーバに収集するステップと、
    g)任意選択的に、ステップb)で得られた前記ラテックスエマルジョンに第2の樹脂を添加するステップと、
    h)任意選択的に、前記ステップb)で得られた前記ラテックスエマルジョンに結晶性樹脂を添加するステップと、
    i)任意選択的に、前記ステップb)で得られた前記ラテックスエマルジョンにワックス、着色剤、またはそれらの組み合わせを添加するステップと、
    j)任意選択的に、前記ステップb)で得られた後期エマルジョンに凝集剤を添加するステップと、
    k)前記ラテックスエマルジョン中の粒子を凝集させるステップと、
    l)前記エマルジョン中の粒子成長を凍結して親粒子を形成するステップと、
    m)任意選択的に、シェル樹脂を添加してコア−シェル粒子を形成するステップと、
    o)任意選択的に、前記親粒子または前記コア−シェル粒子を合一してトナー粒子を形成するステップと、
    p)任意選択的に、ステップl)の前記親粒子、ステップm)の前記コア−シェル粒子、またはステップo)の前記トナー粒子を収集するステップと
    を備える、トナープロセス。
  7. 前記蒸留導管内の前記蒸留物温度を測定し、前記ジャケット温度、前記真空レベル、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを調整して、前記蒸留物温度を制御するステップであって、
    前記蒸留物温度が約40〜約60℃である、ステップ
    をさらに備える、請求項6に記載のトナープロセス。
  8. 前記ラテックスエマルジョン中の前記ラテックス粒子の粒径分布が、約50〜約500nmのD50、約3〜約300nmのD10、および約150〜約750nmのD95を含む、請求項6に記載のトナープロセス。
  9. 前記ラテックスエマルジョン中の前記ラテックス粒子の粒径分布が、約150〜約300nmのD50、約50〜約175nmのD10、および約200〜約500nmのD95を含む、請求項6に記載のトナープロセス。
  10. 請求項6に記載のプロセスによって調製されたトナー。
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