JP4875466B2 - クリスタリンワックスを含むトナー - Google Patents

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Description

本明細書の開示は一般的に、トナーおよびトナー組成物に関する。そのトナーには、蒸留または分留したワックス(本明細書においては、単一ワックスまたは複数のワックスと呼ぶ)が含まれる。本明細書におけるワックスは、クリスタリンワックスであってよい。そのトナーは、エマルションアグリゲーション(EA)およびコアレセンスプロセスにより調製することができる。得られるトナーは改良された光沢特性を有する。得られるトナーは、公知の電子写真(electrophotographic)プロセス、静電写真(electrostatographic)プロセス、電子写真(xerographic)プロセス、および同様の画像形成プロセスのために選択されることが可能であり、そのようなものとしては、コピー機、プリンタ、ファックス機、スキャナーなどの機器があり、デジタルプロセス、イメージ・オン・イメージ(image-on-image)プロセス、カラープロセス、リソグラフィプロセスおよび同様のプロセスが含まれる。
米国特許第5,994,020号明細書
たとえば電子写真(xerographic)およびイオノグラフィック装置のような、リプログラフィック技術においては、高い光沢度を有するトナーを提供することが望まれる。オイルレス環境で、そして低い最低限の定着温度において使用することが可能であるようなトナーを提供することもまた望まれている。さらに、高速プリンタおよび/またはコピー機などの機械で使用することが可能なトナーを提供することもまた望まれている。
実施態様には、以下のものを含むケミカルトナー(chemical toner)組成物が含まれ:a)スチレンビニルコポリマーを含み、約46〜約56℃のTgを有する、第一の樹脂、b)約54〜約65℃のTgを有するスチレンビニルコポリマーを含む第二の樹脂、c)ケミカルトナー組成物において使用されるワックス1重量パーセントあたり、いずれも約1.0〜約4.0J/gの結晶化熱およびエンタルピー熱を有する蒸留したワックスであって、ここで約70〜約99℃のピーク融解点(peak melting point)を有するワックス、およびd)着色剤、ここでそのケミカルトナーは、約30〜約80GGUの光沢を有する。
実施態様にはさらに、以下のものを含むケミカルトナー組成物が含まれ;a)スチレンビニルコポリマーを含み、約48〜約54℃のTgおよび約30,000〜約37,000のMwを有する、第一の樹脂、b)約56〜約64℃のTgを有するスチレン、アクリル酸n−ブチルを含む第二の樹脂、c)ケミカルトナー組成物において使用されるワックス1重量パーセントあたり、いずれも約1.0〜約4.0J/gの結晶化熱およびエンタルピー熱を有する蒸留したワックスであって、ここで約70〜約99℃のピーク融解点を有するワックス、およびd)着色剤、ここでそのケミカルトナーは、約30〜約80GGUの光沢を有する。
実施態様にはさらに、以下のものを含むケミカルトナー組成物が含まれ;a)スチレン、アクリル酸ブチルおよびベータ−カルボキシエチルアクリル酸を含み、約46〜約56℃のTgを有する、第一の樹脂、b)約54〜約65℃のTgを有するスチレンビニルコポリマーを含む第二の樹脂、c)ケミカルトナー組成物において使用されるワックス1重量パーセントあたり、いずれも約1.0〜約4.0J/gの結晶化熱およびエンタルピー熱を有する蒸留したワックスであって、ここで約70〜約99℃のピーク融解点を有するワックス、およびd)着色剤、ここでそのケミカルトナーは、約30〜約80GGUの光沢を有する。
ワックスは、チーグラー・ナッタ(Ziegle-Natta)、フィッシャー・トロプシュ(Fischer Tropsch)、メタロセン、および同様の触媒など、各種の触媒を使用して調製することができる。ワックスがどのようにして製造できるかについての詳細は、U.S.Patent Application Publication No.US 20050130054 A1およびU.S.Patent 5,500,321に見出すことができる。
実施態様においては、ワックスにおける炭素単位(carbon units)の数は、約30〜約62個の炭素の範囲であり、そのピークが約42〜約55である。30個の炭素単位のところでは、その重量パーセントが約0.5重量パーセントであり、その一方で60個の炭素単位のところでは、その重量パーセントが約0.5重量パーセントである。ガスクロマトグラフィー法により測定した、ピーク重量パーセントは、20パーセント以下であるかまたは約1〜約15パーセントである。図8は、炭素単位の繰り返しの分布およびピーク範囲を模式的に表している。
実施態様においては、融解熱(heat of melting)または溶融(fusion)熱またはエンタルピー熱による計算、およびDSCにより測定から求めた、ワックスの結晶化度(Xc)は、約55〜約100パーセント、または約60〜約98パーセント、または約70〜約95パーセント、または約75〜約90パーセントである。
トナーに含まれる蒸留/分留したワックスの融解によって発生するエンタルピー熱(Hm)は、トナー中のワックス1重量パーセントあたり約1.0〜約4.0、または約1.5〜約3.0J/gである。たとえば、11重量パーセントの前記ワックスを使用したとすると、加熱速度が10℃/分の場合、第二の熱で測定して発生するエンタルピー熱は約11J/g〜約44J/gの範囲である(図1参照)。
クーリングサイクルの際に、トナー中に含まれる蒸留/分留したワックスの再結晶の間に発生する熱(Hrc)は、トナー中のワックス1重量パーセントあたり、約1.0〜約4.0、または約1.5〜約3.0J/gの範囲である。たとえば、11重量パーセントの前記ワックスを使用したとすると、発生する再結晶化熱(Hrc)は、冷却速度が2℃/分であるクーリングサイクルの間に測定して、11J/g〜約44J/gの範囲である。
実施態様においては、上述のエンタルピー熱を使用して測定した結晶化度と、上述の再結晶化熱を使用して測定した結晶化度との間には差が存在し、それは、約15パーセント以下、もしくは約0.01〜約15パーセント;約10パーセント以下、もしくは約0.01〜約10パーセント;約5パーセント以下、もしくは約0.01〜約5パーセント;または、約1パーセント以下、もしくは約0.01〜約1パーセントである。
樹脂、着色剤およびワックスを含むアグリゲートをコアレスさせる際には、その温度は樹脂のTgより上である。したがって、選択された温度範囲によって、ワックスが樹脂マトリックスの中に流れこんで、ワックス領域を形成させることを可能とする、粘度が決定されることになる。トナー粒子中のワックス領域を、出発時のサイズ(たとえば約0.15〜約0.8ミクロン)よりも大きくする(たとえば約0.5〜約2ミクロン)ことができる。
加熱速度を10℃/分としたときのDSCで測定すると、昇温サイクル(すなわち、融解)の際には、トナー粒子中のワックスは、約65〜約70℃のオンセット温度と、約95〜約100℃のオフセット温度とを有する。
実施態様においては、ワックスは、約70〜約99、または約80〜約95℃、または約85〜約94℃のピーク融解点を有する。7重量パーセント以上の量でトナーに組み込んだときにこの条件を満たすワックスは、140℃〜約180℃の定着温度で、必要とされる、15グラム以下の剥離(ストリッピング)力を与える。上述の基準に適合しないワックスは、高い剥離力を示す(図2のEA−G172を参照されたい)。
トナーに含まれる分留したワックスが、ピーク融解点の温度範囲条件を満たさないと、トナーのブロッキングに関する問題を起こす可能性がある。たとえば、EA−G172に使用されたワックスは、80℃のピーク融解点を有していて、トナー組成物の中に組み入れた場合、ワックスのオンセット点がホストの樹脂のガラス転移(Tg)融解特性の中に埋もれ込んで(図3参照)、そのためトナーのTgを低下させることになり、その結果トナーのブロッキング温度を低下させることになるが、これは極めて望ましくないことである(図4参照)。
トナーがブロッキング条件を満たすために、望ましい他の方策は、樹脂のオフセット点と蒸留したワックスのオンセット点との差の程度を、2℃以上、または約2〜約7℃として、トナーのTgの低下を避ける(図1参照)ことであって、それが次いで良好な剥離性とブロッキング性を与えることになる(EA−G169)。そのような差を示さないトナー(図3参照)は、貧弱な剥離性とブロッキング性を示す(EA−G172)。トナー樹脂のTgは、約52℃のオンセットTgと約63℃のオフセットTgを有しているべきである。
ブロッキング温度は、温度の関数としてトナーの加熱コヒージョン(heat cohesion)を測定することにより、求めることができる。加熱コヒージョンは以下のようにして測定する。ある量のトナー(MT、典型的には5グラム)を、1,000ミクロンの篩いを用いて手で篩い分け、大きなアグロメレートをすべて除去する。その篩にかけたトナーをアルミニウムボートに入れて、温度T、RH50%の環境炉(environmental oven)の中で17時間かけてコンディショニングさせる。次いでそのトナーを炉から取り出し、放冷させる。加熱コヒージョンは、ホソカワ・バイブレーション(Hosokawa Vibration)装置の中の、一番上の篩いの中にトナーを入れて測定する。一番上の篩い(A)は1,000ミクロンであるのに対して、それより下の篩い(B)は106ミクロンである。そのサンプルを、振幅1mmで90秒間振動させる。それぞれの篩いの上に残ったトナーの質量、MおよびMを測定し、温度Tにおける加熱コヒージョンを、次式で計算する:%コヒージョン(T)=((M+M)/M)×100。典型的には、加熱コヒージョンは、トナーのオンセットTgより下から開始して、加熱コヒージョンが50%を超えるところまでの温度範囲で測定すべきである。ブロッキング温度は、トナーの加熱コヒージョンが10%で以下である、最高の温度と定義する。ブロッキング温度は、約45〜約65℃、または約53〜約65℃である。
ワックスの例としては、たとえば、上述の同時係属出願のように本明細書において説明するようなものが挙げられ、ポリオレフィンたとえばポリプロピレン、ポリエチレンなどで、アライド・ケミカル(Allied Chemical)およびベーカー・ペトロライト・コーポレーション(Baker Petrolite Corporation)から市販されているようなもの、マイケルマン・インコーポレーテッド(Michaelman Inc.)およびダニエルス・プロダクツ・カンパニー(Daniels Products Company)から入手可能なワックスエマルション、イーストマン・ケミカル・プロダクツ・インコーポレーッテッド(Eastman Chemical Products, Inc.)から市販されているエポリーン(Epolene)N−15(商標)、三洋化成工業(株)(Sanyo Kasei K.K.)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ビスコール(Viscol)550−P(商標)、および類似の材料がある。官能化されたワックスの例としては、アミン、アミド、たとえばマイクロパウダー・インコーポレーテッド(Micro Powder Inc.)から入手可能なアクア・スーパースリップ(Aqua Superslip)6550(商標)、スーパースリップ(Superslip)6530(商標);フッ素化ワックス、たとえば、マイクロパウダー・インコーポレーテッド(Micro Powder Inc.)から入手可能なポリフルオ(Polyfluo)190(商標)、ポリフルオ(Polyfluo)200(商標)、ポリフルオ(Polyfluo)523XF(商標)、アクア・ポリフルオ(Aqua Polyfluo)411(商標)、アクア・ポリシルク(Aqua Polysilk)19(商標)、ポリシルク(Polysilk)14(商標);混合フッ素化、アミドワックス、たとえば、これもまたマイクロパウダー・インコーポレーテッド(Micro Powder Inc.)から入手可能なマイクロスパーション(Microspersion)19(商標);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、たとえば、SC・ジョンソン・ワックス(SC Johnson Wax)からすべて入手可能な、ジョンクリル(Joncryl)74(商標)、89(商標)、130(商標)、537(商標)、および538(商標);アライド・ケミカル・アンド・ペトロライト・コーポレーション(Allied Chemical and Petrolite Corporation)、およびSC・ジョンソン・ワックス(SC Johnson Wax)から入手可能な、塩素化ポリプロピレンおよびポリエチレンなどが挙げられる。そのようなワックスは、場合によっては、分留または蒸留を行って、粘度の上限が10,000cpsであり、温度の上限が100℃であるような粘度および/または温度基準に適合するような特定の留分を得ることも可能である。
実施態様においては、ワックスには、分散体の形態のワックスが含まれ、それには、たとえば、約100ナノメートル〜約500ナノメートルもしくは約100ナノメートル〜約300ナノメートルの粒子直径を有するワックス、水、ならびにアニオン性界面活性剤または高分子量安定剤、および場合によってはノニオン性界面活性剤が含まれる。実施態様においては、ワックスには、ポリエチレンワックス粒子、たとえばポリワックス(POLYWAX)(登録商標)655、またはポリワックス(POLYWAX)(登録商標)725、ポリワックス(POLYWAX)(登録商標)850、ポリワックス(POLYWAX)(登録商標)500(ポリワックス(POLYWAX)(登録商標)ワックスは、ベーカー・ペトロライト(Baker Petrolite)から市販されている)、およびたとえば分留/蒸留したワックス、たとえば市販のポリワックス(POLYWAX)(登録商標)655の留分であって、ここではX1214、X1240、X1242、X1244などと名付けられているものも挙げられるが、ただし、ポリワックス(POLYWAX)(登録商標)655の留分に限定される訳ではない。粘度の上限が10,000cps、温度の上限が100℃であるような、粘度/温度基準に適合する特定の留分を備えたワックスを使用することができる。ワックスの粒子直径は約100〜約500ナノメートルの範囲とすることができるが、これが限度であるという訳ではない。別な例としては、シェル(Shell, SMDA)からのFT−100、および日本精蝋(Nippon Seiro)からのFNP0092が挙げられる。ワックスを分散させるために使用される界面活性剤は、アニオン性界面活性剤とすることができ(それらに限定される訳ではない)、たとえば第一工業製薬(Daiichi Kogyo Seiyaku)から市販されているネオゲン(Neogen)RK(登録商標)、またはテイカ株式会社(Tayca Corporation)から市販されているテイカパワー(TAYCAPOWER)(登録商標)BN2060、またはデュポン(DuPont)から入手可能なダウファックス(Dowfax)などが挙げられる。
実施態様においては、ワックスは、約65〜約75℃のオンセット溶融温度と、約95〜約100℃のオフセット温度を有している。
実施態様においては、ワックスは、Mn、MwおよびMpのそれぞれおよびすべてが、約500〜約800、または約600〜約750、または約640〜約725の範囲内に入るのがよい。ワックスは、約1〜約1.05の多分散性(Mw/Mn)を有する。
トナー材料の中のワックスは、組成物の全重量を基準にして、たとえば約5〜約30パーセント、または約7〜約20重量パーセントの量で存在させる。
本明細書におけるトナーは、実施態様においては、ガードナー・グロス(Gardner Gloss)測定単位として測定して約30〜約80光沢単位(GGU)、または約40〜約70GGUの高い光沢を示すが、それはたとえば、コート紙たとえばゼロックス・120gsm・デジタル・コーテッド・グロス(Xerox 120 gsm Digital Coated Gloss)用紙の上、または普通紙たとえばゼロックス・90gsm・デジタル・カラー・エクスプレッションズ・プラス(Xerox 90gsm Digital Color Xpressions+)用紙の上で、測定する。
分留したワックスを含むトナー粒子の形状または円形度は、0.95以上、または約0.95〜約1.00、または約0.95〜約0.99とするべきであるが、ここで1.00とは、シスメック・FPIA(Sysmex FPIA)2100装置で測定したときに、完全に球形であると考えられるものである。トナー粒子の形状を表すまた別な方法は、形状係数(SF)によるものであって、この場合所望のSFは125以下、または約100〜約130、または約110〜約125であるが、ここでは100が完全な球形と定義される。
トナーの融解特性は、そのメルトフローインデックス(MFI)によって特性表記することができる。メルトフローインデックスは、所定の長さと直径を有するダイを通して予め定めた温度、荷重およびバレルの中のピストンの位置の下での、溶融樹脂の押出し速度を測定するものであって、時間による測定が行われる。その測定では、メルトフローインデックス装置のリザーバの中に8.0グラムの乾燥トナーを仕込み、所定の平衡時間待ってから、一定荷重をかけ、装置のピストンが所定の距離を移動するのにかかった時間(Tp)を測定する。メルトフローインデックスは、押出されたトナーの質量(MT)をピストンが移動した時間で割り算をしたものであって(MFI=MT/Tp)、グラム/10分の単位で表す。メルトフローインデックスの測定については、ASTM試験方法D1238にさらに詳しい記述がある。MFIを測定するのに適した装置としては、米国ペンシルバニア州ウィロウ・グローブ(Willow Grove, PA)ティニウス・オルセン・カンパニー(Tinius Olsen Co.)によって製造されている、モデルMP987エクストルージョン・プラストメーター(Extrusion Plastometer)が挙げられる。
分留したワックスを含むトナーは、温度125℃、荷重5Kgで測定して、25より大、または約25〜約50のMFI値を与える。
一点測定表面積法では、ひとつの分圧(0.2以上)において測定した単一の測定値を使用し、プロットがゼロ切片を有するものと仮定して、直線状のBETプロットで定義する。多点測定表面積法では、いくつかの分圧からの測定を使用するので、BETプロットとその切片の決定が改良される。蒸留または分留したワックスを含むEAプロセスによって調製されるケミカルトナーは、1.20m/g以上、または約1.2〜約1.7の(一点または多点)BETを有する。
蒸留/分留したワックスを含むトナーは、ホソカワ(Hosokawa)試験で測定して、65パーセント以下のトナーコヒージョンを有している。トナーコヒージョンは、記載されているホソカワ(Hosokawa)試験のプロトコールにより測定して、約5〜約65パーセントの範囲内に入る。約2g(MT)のトナーを、ホソカワ・バイブレーション(Hosokawa Vibration)装置の一番上の篩いの中に入れる。3枚の篩いを以下のように配置した。一番上の篩い(A)が53ミクロン、中間の篩い(B)が45ミクロン、そして一番下の篩い(C)が38ミクロンである。ホソカワ(Hosokawa)装置は、振幅1mmで90秒間振動するように設定する。それぞれの篩いの上に残るトナーの質量を測地して、MA、MB、MCとする。それぞれの篩いからの寄与に異なった重み付けを割り当てて、コヒージョンを、パーセントコヒージョン(流動)=((MA/MT)+3/5(MB/MT)+1/5(MC/MT))×100の式として計算するが、ここで、MAは53ミクロン孔径の篩いの上に集められたトナーの質量であり、MBは45ミクロン孔径の篩いの上に集められたトナーの質量であり、MCは38ミクロン孔径の篩いの上に集められたトナーの質量であり、そしてMTは用いたトナー全体の質量である。
ケミカルトナーは、エマルションアグリゲーションによって製造されたトナーと定義され、実施態様においては、以下の工程を含むプロセスにより調製される:(i)樹脂、水、および界面活性剤を含むラテックスエマルションを発生させるかまたは具備する工程、および着色剤、水、およびイオン性界面活性剤またはノニオン性界面活性剤を含む着色剤分散体を発生させるかまたは具備する工程;(ii)前記ラテックスエマルションを前記着色剤分散体およびワックスとブレンドする工程;(iii)得られたブレンド物を、ポリ金属イオンコアギュラント、金属イオンコアギュラント、ポリ金属ハライドコアギュラント、金属ハライドコアギュラントまたはそれらの混合物を含むコアギュラントに添加する工程;(iv)得られた混合物を、ラテックス樹脂のガラス転移温度(Tg)より低いかほぼ等しい温度に加熱することにより、アグリゲートさせる工程;(v)場合によっては、水相に懸濁させた樹脂粒子からなる第二のラテックスを添加してシェルを形成させる工程;(vi)水酸化ナトリウム溶液を導入して前記混合物のpHを約4.0にまで上げ、ついで、金属イオン封鎖剤を添加して、そのアグリゲートさせたトナーからコアギュラント金属を、調節しながら部分的に除去する工程;(vii)上述の(vi)で得られた混合物を、約5〜約6のpHで、ラテックス樹脂のほぼTgよりも高い温度に加熱する工程;(viii)樹脂と着色剤の溶融またはコアレセンスが開始するまで、加熱を保持する工程;(ix)上述の(viii)の混合物のpHを変化させて、約6.0〜約7.5のpHとして、それによって溶融またはコアレセンスを加速させ、樹脂、着色剤からなり、最終的なコアギュラント金属濃度がトナー粒子の全重量を基準にして約100〜約900ppmであるトナー粒子を得る工程;そして、(x)場合によっては、トナーを単離する工程。
エマルションアグリゲーション(EA)高光沢トナーは、上述および以下において記載する方法により調製する。実施態様においては、コアギュラントとしてポリ塩化アルミニウム(PAC)を使用する。本明細書においては、その他のコアギュラントを使用することも可能である。このコアギュラントは架橋を起こさせるために、光沢が低下する。キレート化剤/金属イオン封鎖剤たとえばEDTAまたはケイ酸ナトリウムを使用して、きわめて厳密な調節条件下で、金属イオンたとえばアルミニウムを除去する。トナーの中の最終的なアルミニウムの含量は、約250〜約500ppmの範囲である。これらの基準に適合するトナーは、必要とされる光沢(図5参照)および加熱オフセット(図6参照)を与える。トナーの折り曲げについては、図7に示す。実施態様においては、折り曲げ(80)最低定着温度(MTF)は約140〜約160℃、または約140〜約155℃である。
本明細書におけるトナーには樹脂を含むことができる。その樹脂粒子は、実施態様においては、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、またはポリエステルであってよく、トナーの全重量パーセントを基準にして、たとえば約70重量パーセント〜約98重量パーセント、より具体的には約80重量パーセント〜約92重量パーセントのような各種有効量で含まれていてよい。その樹脂は小さな平均粒径、ブルックヘブン(Brookhaven)ナノサイズ粒子分析計による測定で、たとえば約0.01ミクロン〜約1ミクロンであるのがよい。樹脂の有効量として他の値を選択することもできる。
本明細書で使用するとき、「非架橋樹脂」とは、実質的に架橋がない樹脂、たとえば、実質的に約ゼロパーセント架橋〜約0.2パーセント架橋を有する樹脂、または約0.1パーセント未満の架橋を有する樹脂である。架橋樹脂とは、たとえば、架橋樹脂またはゲルが、たとえば約0.3〜約20パーセントの架橋を有するものを指す。
実施態様においては、選択される樹脂は非架橋樹脂であってよく、たとえばスチレン:アクリル酸ブチル:アクリル酸ベータ−カルボキシエチルを含む非架橋樹脂(これらのモノマーに限定される訳ではない)であるが、ここで、その非架橋樹脂のモノマーは、モノマーの全重量を基準にした重量で、約40〜約95パーセントのスチレン、約5〜約60パーセントのアクリル酸ブチル、そして約0.05pph(100部あたりの部数)〜約10pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチル;または、約60〜約85パーセントのスチレン、約15〜約40パーセントのアクリル酸ブチル、および約1pph〜約5pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチルの量で存在させる。
たとえば、樹脂は、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、ベータ−カルボキシエチルアクリル酸(ベータCEA)、フマル酸、マレイン酸、およびケイ皮酸からなる群より選択されるカルボン酸基を含むように選択され、ここで、カルボン酸はたとえば、樹脂の全重量の約0.1〜約10重量パーセントの量で選択される。
実施態様においては、第二のラテックスは高いガラス転移温度(高Tg)樹脂であってもよく、それには、モノマーの全重量を基準にした重量で、約40〜約95パーセントのスチレン、約5〜約60パーセントのアクリル酸ブチル、および約0.05pph〜約10pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチル;または、約65〜約90パーセントのスチレン、約10〜約35パーセントのアクリル酸ブチル、および約1pph〜約5pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチルが含まれる。
さらなる実施態様においては、プロセスにおいて、約46℃〜約56℃、約48℃〜約54℃、または約51℃の第一のTgを有する非架橋樹脂を含む第一の樹脂(樹脂A)と、高いTg(この高いTgとは、たとえば、第一の樹脂のTgよりも約5℃〜約10℃高いガラス転移温度である)、たとえば約54℃〜約65℃、約56℃〜約64℃、または約59℃のTgを有する、第二の非架橋樹脂(樹脂B)とを与える。
ラテックスポリマーまたは樹脂粒子の代表的な例を挙げれば、スチレンアクリレート、スチレンメタクリレート、ブタジエン、イソプレン、アクリロニトリル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸ベータ−カルボキシエチル、ポリエステル、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(メタクリル酸メチル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸エチル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸プロピル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸ブチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸メチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸エチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸プロピル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸ブチル−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(アクリル酸メチル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸エチル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸プロピル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸ブチル−イソプレン);ポリ(スチレン−アクリル酸プロピル)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル)、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−アクリル酸ブチル−アクリル酸)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−アクリル酸)、およびスチレン/アクリル酸ブチル/カルボン酸ターポリマー、スチレン/アクリル酸ブチル/アクリル酸ベータ−カルボキシエチルターポリマー、グッドイヤー(Goodyear)から入手可能なプライオトーン(PLIOTONE)(商標)、およびそれらの混合物からなる群より選択される公知のポリマーが挙げられる。選択されるラテックスエマルション樹脂および場合によっては第二のラテックス樹脂には、同一の樹脂を含んでいても、あるいは異なった樹脂を含んでいてもよい。
選択される樹脂粒子は、たとえばエマルション重合技術(半連続エマルション重合法を含む)によって調製することができるが、そのようなプロセスにおいて使用されるモノマーとしては、たとえば、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、ならびに、場合によっては酸性または塩基性のオレフィン性モノマー、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアルキルもしくはトリアルキルアクリルアミドもしくはメタクリルアミドの四級アンモニウムハライド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、塩化ビニル−N−メチルピリジニウム、などが挙げられる。モノマーまたはポリマー樹脂の中における酸性または塩基性基の存在は任意であって、そのような基は、ポリマー樹脂の約0.1〜約10重量パーセントの各種の量で存在させることができる。エマルション重合によって樹脂粒子を調製する場合には、連鎖移動剤、たとえばドデカンチオールまたは四臭化炭素を選択することも可能である。約0.01ミクロン〜約1ミクロンの樹脂粒子を得るまた別なプロセスは、たとえばU.S.Patent 3,674,736(その開示をすべて参考として引用し本明細書に組み入れる)に記載されているようなポリマーミクロサスペンションプロセス、たとえばU.S.Patent 5,290,654(その開示をすべて参考として引用し本明細書に組み入れる)に開示されているような、ポリマー溶液ミクロサスペンションプロセス、機械的摩砕プロセス、またはその他公知のプロセスから選択することができる。
実施態様においては、本明細書に開示されるトナープロセスには、重合開始剤、連鎖移動剤、および界面活性剤の存在下に、エマルション重合によりたとえば、スチレン:アクリル酸ブチル:アクリル酸ベータ−カルボキシエチル(ベータCEA)(モノマーA、BおよびC)を含む非架橋ラテックス樹脂(樹脂A)を調製することが含まれる。モノマーは、そのような特定の範囲またはタイプに限定される訳ではない。樹脂モノマーの量と組成は、たとえば、約70〜約90パーセントのスチレン、約10〜約30パーセントのアクリル酸ブチル、および約0.5〜約10pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチル、または約76.5パーセントのスチレン、23.5パーセントのアクリル酸ブチル、および3pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチルからなる。重合開始剤、たとえば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、または過硫酸アンモニウムの量は、モノマーの約0.5〜約5.0重量パーセントの範囲で選択することができる。使用される連鎖移動剤の量は、モノマーAおよびBの約0.5〜約5.0重量パーセントの範囲で選択することができる。界面活性剤は、アニオン性界面活性剤とすることができ、水相の約0.7〜約5.0重量パーセントの範囲で選択することができる。たとえば、モノマーは、ゼロックス(Xerox)特許、たとえばU.S.Patent 6,447,974、 U.S.Patent 6,576,389、 U.S.Patent 6,617,092、および U.S.Patent 6,664,017に記載されているようなスターブ・フェッド(starve fed)条件下で重合させて、直径が約100〜約300ナノメートルの範囲のラテックス樹脂粒子を得る。
ラテックス樹脂Aの分子量は、たとえば、約30,000〜約37,000、または約33,000〜約34,000であるが、この範囲に限定される訳ではない。樹脂Aのオンセットガラス転移温度(Tg)は、約49℃〜約60℃、または約48℃〜約54℃、または約51℃である。カルボン酸基の量は、樹脂モノマーAおよびBの約0.05〜約5.0pphで選択することができる。得られる樹脂Aの分子量は約34,000であり、分子数(molecular number)は約11,000であって、約2.0のpHを有する非架橋ラテックス樹脂Aが得られる。実施態様においては、樹脂Aは、約33,000〜約34,000のMw;約5,000〜約11,000、または約8,500のMn;約20,000〜約25,000、または約23,000のMp;そして約3.5のMWDを有する。
重合開始剤、連鎖移動剤、および界面活性剤存在下でのエマルション重合により、高Tgの非架橋ラテックス樹脂(樹脂B)には、スチレン:アクリル酸ブチル:アクリル酸ベータ−カルボキシエチル(ベータCEA)(この場合もまたモノマーA、BおよびCと名付ける)を含むように選択することができる。実施態様においては、モノマーA:B:Cの組成は、約70〜約90パーセントのスチレン、約10〜約30パーセントのアクリル酸ブチル、および約0.05pph〜約10pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチル、または、約81.7%のスチレン、約18.3%のアクリル酸ブチル、および約3.0pphのアクリル酸ベータ−カルボキシエチルを含むように、選択することができる。重合開始剤、たとえば過硫酸ナトリウムまたは過硫酸アンモニウムの量は、たとえば、モノマーの約0.5〜約3.0重量パーセントの範囲で選択することができる。使用される連鎖移動剤の量は、モノマーAおよびBの重量を基準にして、たとえば約0.5〜約3.0重量パーセントの範囲で選択することができる。使用される界面活性剤は、アニオン性界面活性剤とすることができ、水相の約0.7〜約5.0重量パーセントの範囲で選択することができる。エマルション重合は、たとえば、先に参照したゼロックス(Xerox)特許にならって、スターブ・フェッド重合下に実施すると、体積平均粒子直径が約100ナノメートル〜約300ナノメートルの粒径範囲で選択されるラテックス樹脂粒子が得られる。
ラテックス樹脂Bの分子量は約30,000〜約40,000または約34,000であり、そして分子数は約11,000であり、約2.0のpHを有する非架橋ラテックス樹脂Bが得られる。この高Tg樹脂BのオンセットTgは、樹脂AのTgよりも、約5℃〜約10℃高く、別の言い方をすれば、約55℃〜約65℃、約56℃〜約64℃、または約59℃である。カルボン酸基の量は、樹脂モノマーAおよびBの約0.05〜約5.0pphで選択することができる。
樹脂ラテックス分散体の中で使用するのに適したアニオン性界面活性剤の例としては、たとえば、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、アジピン酸、アルドリッチ(Aldrich)から入手可能、第一工業製薬(Daiichi Kogyo Seiyaku)から市販されているネオゲン(Neogen)RK(商標)、ネオゲン(Neogen)SC(商標)またはテイカ株式会社(Tayca Corporation)から市販されているテイカパワー(TAYCAPOWER)(登録商標)BN2060、またはデュポン(DuPont)から入手可能なダウファックス(Dowfax)などが挙げられる。一般的に採用されるアニオン性界面活性剤の有効な濃度は、トナーポリマー樹脂を調製するのに使用されるモノマーの、たとえば約0.01〜約10重量パーセント、より具体的には約0.1〜約5重量パーセントとすることができる。
樹脂ラテックス分散体中に含めることが可能なノニオン性界面活性剤の例としては、たとえば、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、ローディア(Rhodia)からイゲパール(IGEPAL)CA−210(商標)、イゲパール(IGEPAL)CA−520(商標)、イゲパール(IGEPAL)CA−720(商標)、イゲパール(IGEPAL)CO−890(商標)、イゲパール(IGEPAL)CO−720(商標)、イゲパール(IGEPAL)CO−290(商標)、イゲパール(IGEPAL)CA−210(商標)、アンタロックス(ANTAROX)890(商標)およびアンタロックス(ANTAROX)897(商標)として入手可能なものなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤の好適な濃度は、トナーポリマー樹脂を調製するのに使用されるモノマーの、たとえば約0.01〜約10重量パーセント、または約0.1〜約5重量パーセントとすることができる。顔料分散体には、ノニオン性分散剤/界面活性剤を用いて水性媒体中に分散された顔料粒子が含まれていてよい。樹脂ラテックス分散体の極性と同じ極性を有する分散剤も使用することができる。
たとえば、温度の上昇とともにアグリゲートが肥大化することを防止したり、アグリゲートのサイズを安定化させる目的で、コアレセンスの前またはコアレセンスの途中においてアグリゲートのサスペンションに場合によっては添加することが可能な、追加の界面活性剤の例としては、アニオン性界面活性剤たとえば、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、アジピン酸、アルドリッチ(Aldrich)から入手可能、第一工業製薬(Daiichi Kogyo Seiyaku)から市販されているネオゲン(Neogen)R(商標)、ネオゲン(Neogen)SC(商標)などを特に選択することができる。
使用可能な酸の例としては、たとえば、硝酸、硫酸、塩酸、酢酸、クエン酸、トリフルオロ酢酸、コハク酸、サリチル酸などが挙げられ、それらの酸は実施態様においては、水の重量の約0.5〜約10重量パーセントの範囲、または水の重量の約0.7〜約5重量パーセントの範囲で希釈した形で使用される。
実施態様における金属イオン封鎖剤成分または錯化成分の導入には、以下のものからなる群より選択される有機錯化成分を導入することが含まれる:エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、およびフルビン酸;エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、およびフルビン酸の塩、エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、およびフルビン酸のアルカリ金属塩;エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、酒石酸、グルコン酸、シュウ酸、ポリアクリレート、糖アクリレート、クエン酸、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、およびフルビン酸のナトリウム塩;エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、およびフルビン酸のカリウム塩;エチレンジアミン四酢酸、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム、クエン酸ナトリウム、ニトロ三酢酸塩、フミン酸、フルビン酸のカルシウム塩、エチレンジアミン四酢酸カルシウム二ナトリウム脱水物、エチレンジアミン四酢酸二アンモニウム、ジエチレントリアミン五酢酸五ナトリウム塩、N−(ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム、ポリアスパル酸(polyasparic acid)、ジエチレントリアミン五酢酸塩、3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、ドーパミン、ユーカリ、イミノ二コハク酸、エチレンジアミン二コハク酸塩、多糖類、エチレンジニトリロ四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム塩、ピロリン酸チアミン、ピロリン酸ファルネシル、ピロリン酸2−アミノエチル、ヒドロキシルエチリデン−1,1−ジホスホン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、およびそれらの混合物。実施態様における、たとえば、(vii)における金属イオン封鎖成分または錯化成分の導入には、エチレンジアミン四酢酸などを含む有機錯化成分の導入が含まれていてよい。
コアギュラントのその他の例を挙げれば、以下のようなものがある:カチオン性界面活性剤、たとえば、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、臭化セチルピリジニウム、臭化C12、C15、C17トリメチルアンモニウム、四級化ポリオキシエチルアルキルアミンのハライド塩、塩化ドデシルベンジルトリエチルアンモニウム、アルカリル・ケミカル・カンパニー(Alkaril Chemical Company)から入手可能なミラポール(MIRAPOL)およびアルカクワット(ALKAQUAT)、花王ケミカルズ(Kao Chemicals)から入手可能なサニゾール(SANIZOL)B(塩化ベンザルコニウム)など、およびそれらの混合物。
無機錯化成分は、以下のものからなる群より選択することができる:ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、硫酸ケイ酸マグネシウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、トリメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ベントナイト、およびタルク、など。有機および無機錯化成分は、トナーの全重量を基準にして、約0.01重量パーセント〜約10.0重量パーセント、または約0.4重量パーセント〜約4.0重量パーセントの量で選択することができる。
無機カチオン性コアギュラントとしては、たとえば、ポリ塩化アルミニウム(PAC)、ポリスルホケイ酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、ベリリウム、アルミニウム、ナトリウムの塩化物、1価および2価のハライドを含むその他の金属ハライド、などが挙げられる。コアギュラントは、水性媒体中に、たとえばトナーの全量の約0.05〜約10重量パーセント、または約0.075〜約5.0重量パーセントの量で存在させることができる。コアギュラントにはさらに、たとえば硝酸のような他の成分が微量含まれていてもよい。
実施態様においては、コアギュラントに、無機および有機の両方のコアギュラントの混合物が含まれていてもよく、そのようなものとしてはたとえば、PACおよびサニゾール(SANIZOL)B、硫酸アルミニウムおよびサニゾール(SANIZOL)Bなどが挙げられる。そのようなコアギュラントの混合物は、水性媒体中で使用することが好ましく、それぞれは、トナーの全固形分のたとえば約0.05〜約5.0重量パーセントの量で存在させる。
着色剤の分散体は、アニオン性界面活性剤または場合によってはノニオン性分散体の中のそれぞれの色のシアン、マゼンタ、イエロー、またはブラック顔料分散体を含むものから選択して、たとえば、約50ナノメートル〜約300ナノメートルから選択される体積平均粒子直径サイズを有する顔料粒子を得る。それぞれの着色剤を分散させるために使用する界面活性剤は、たとえば、アニオン性界面活性剤たとえばネオゲン(Neogen)RK(商標)であることができる。ウルティマイザー(Ultimaizer)装置を使用して顔料分散体を得ることができるが、メディアミルその他の手段を用いることも可能である。
トナーには着色剤を含んでいてもよい。適切な着色剤としては、顔料、染料、顔料と染料の混合物、顔料の混合物、染料の混合物などが挙げられる。実施態様においては、着色剤には、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、それらの混合物を、たとえば、組成物の全重量を基準にして約1〜約25重量パーセントの量になるように選択して含んでいる。
着色剤は、約50〜約500ナノメートルの範囲のサイズを有する顔料粒子、水、およびアニオン性界面活性剤または高分子量安定剤を含む顔料分散体を形成するように選択することができる。
場合によっては、顔料は、ウェットケーキまたは水を含む濃縮した形態で入手することが可能で、ホモジナイザーを使用するか、あるいは、撹拌、ボールミリング、アトリション、またはメディアミリングにより容易に分散させることが可能である。また別な例では、顔料が乾燥状態でのみ入手可能であって、その場合、水中への分散は、たとえば、M−110型マイクロフルイダイザー(microfluidizer)またはウルティマイザー(Ultimaizer)を使用して、顔料分散体を、約1〜約10回チャンバーを通過させてマイクロフルイダイズさせるか、あるいはブランソン(Branson)700ソニケータを用いて超音波処理するか、あるいはホモジナイザー、ボールミリング、アトリション、もしくはメディアミリングを使用し、場合によっては上述のイオン性またはノニオン性界面活性剤のような分散剤を添加して実施する。カーボンブラック顔料またはその他の顔料分散体を調製する場合には、上述の方法を、界面活性剤の存在下で実施することもできる。
使用可能な具体的な着色剤としては、以下のようなものが挙げられる:パリオゲン・バイオレット(Paliogen Violet)5100および5890(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ノルマンディー・マゼンタ(Normandy Magenta)RD−2400(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、パーマネント・バイオレット(Permanent Violet)VT2645(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、ヘリオゲン・グリーン(Heliogen Green)L8730(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、アルギル・グリーン(Argyle Green)XP−111−S(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、ブリリアント・グリーン・トナー(Brilliant Green Toner)GR0991(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、リソール・スカーレット(Lithol Scarlet)D3700(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、トルイジン・レッド(Toluidine Red)(アルドリッチ(Aldrich))、スカーレット・フォア・サーモプラスト・NSD・レッド(Scarlet for Thermoplast NSD Red)(アルドリッチ(Aldrich))、リソール・ルバイン・トナー(Lithol Rubine Toner)(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、リソール・スカーレット(Lithol Scarlet)4440、NBD3700(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ボン・レッド(Bon Red)C(ドミニオン・カラー(Dominion Color))、ロイヤル・ブリリアント・レッド(Royal Brilliant Red)RD−8192(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、オラセット・ピンク(Oracet Pink)RG(チバ・ガイギー(Ciba Geigy))、パリオゲン・レッド(Paliogen Red)3340および3871K(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、リソール・ファスト・スカーレット(Lithol Fast Scarlet)L4300(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ハリオゲン・ブルー(Heliogen Blue)D6840、D7080、K7090、K6910およびL7020(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、スーダン・ブルー(Sudan Blue)OS(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ネオペンン・ブルー(Neopen Blue)FF4012(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、PV・ファスト・ブルー(PV Fast Blue)B2G01(アメリカン・ヘキスト(American Hoechst))、イルガライト・ブルー(Irgalite Blue)BCA(チバ・ガイギー(Ciba Geigy))、パリオゲン・ブルー(Paliogen Blue)6470(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、スーダン(Sudan)II、IIIおよびIV(マテソン(Matheson)、コールマン(Coleman)、ベル(Bell))、スーダン・オレンジ(Sudan Orange)(アルドリッチ(Aldrich))、スーダン・オレンジ(Sudan Orange)220(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、パリオゲン・オレンジ(Paliogen Orange)3040(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、オルト・オレンジ(Ortho Orange)OR2673(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、パリオゲン・イエロー(Paliogen Yellow)152および1560(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、リソール・ファスト・イエロー(Lithol Fast Yellow)0991K(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、パリオトール・イエロー(Paliotol Yellow)1840(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ナボパーム・イエロー(Novaperm Yellow)FGL(ヘキスト(Hoechst))、パーマネリット・イエロー(Permanerit Yellow)YE0305(ポール・ウルリッヒ(Paul Ulrich))、ルモゲン・イエロー(Lumogen Yellow)D0790(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、スコ−ゲルプ(Suco-Gelb)1250(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、スコ−イエロー(Suco-Yellow)D1355(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、スコ−・ファスト・イエロー(Suco Fast Yellow)D1165、D1355およびD1351(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ホスタパーム・ピンク(Hostaperm Pink)E(ヘキスト(Hoechst))、ファナル・ピンク(Fanal Pink)D4830(ビー・エー・エス・エフ(BASF))、チンクアジア・マゼンタ(Cinquasia Magenta)(デュポン(DuPont))、パリオゲン・ブラック(Paliogen Black)L9984 9ビー・エー・エス・エフ(BASF))、ピグメント・ブラック(Pigment Black)K801(ビー・エー・エス・エフ(BASF))および、特にカーボンブラック、たとえばリーガル(REGAL)(登録商標)330(キャボット(Cabot))、カーボンブラック(Carbon Black)5250および5750(コロンビアン・ケミカルズ(Columbian Chemicals))など、およびそれらの混合物。
有用な着色剤をさらに挙げれば、水ベースの分散体とした顔料があり、たとえば、サン・ケミカル(Sun Chemical)から市販されている以下のようなものがある:サンスパース(SUNSPERSE)BHD6011(ブルー15タイプ)、サンスパース(SUNSPERSE)BHD9312(ピグメント・ブルー15)、サンスパース(SUNSPERSE)BHD6000(ピグメントブルー15:3 74160)、サンスパース(SUNSPERSE)GHD9600およびGHD6004(ピグメント・グリーン7 74260)、サンスパース(SUNSPERSE)QHD6040(ピグメント・レッド122)、サンスパース(SUNSPERSE)RHD9668(ピグメント・レッド185)、サンスパース(SUNSPERSE)RHD9365および9504(ピグメント・レッド57)、サンスパース(SUNSPERSE)YHD6005(ピグメント・イエロー83)、フレキシバース(FLEXIVERSE)YFD4249(ピグメント・イエロー17)、サンスパース(SUNSPERSE)YHD6020および6045(ピグメント・イエロー74)、サンスパース(SUNSPERSE)YHD600および9604(ピグメント・イエロー14)、フレキシバース(FLEXIVERSE)LFD4343およびLFD9736(ピグメント・ブラック7)など、またはそれらの混合物。その他の有用な水ベースの着色剤分散体としては、クラリアント(Clariant)から市販されている、たとえば、ホスタファイン・イエロー(HOSTAFINE Yellow)GR、ホスタファイン・ブラック(HOSTAFINE Black)Tおよびブラック(Black)TS、ホスタファイン・ブルー(HOSTAFINE Blue)B2G、ホスタファイン・ルバイン(HOSTAFINE Rubine)F6B、ならびにマゼンタドライ顔料たとえば、トナー・マゼンタ(Toner Magenta)6BVP2213およびトナー・マゼンタ(Toner Magenta)EO2などが挙げられ、それらは使用前に水および/または界面活性剤の中で分散さえることができる。
その他の有用な着色剤としてはマグネタイトがあり、たとえば、モーベイ(Mobay)マグネタイトのMO8029、MO8960;コロンビアン(Columbian)マグネタイトのマピコ・ブラックス(MAPICO BLACKS)および表面処理したマグネタイト;ファイザー(Pfizer)マグネタイトのCB4799、CB5300、CB5600、MCX6369;バイエル(Bayer)マグネタイトの、ベイフェロックス(BAYFERROX)8600、8610;ノーザン・ピグメンツ(Northern Pigments)のマグネタイトの、NP−604、NP−608;マグノックス(Magnox)マグネタイトのTMB−100またはTMB−104など、またはそれらの混合物を挙げることができる。顔料の具体的なさらなる例としては、ポール・ウルリッヒ・アンド・カンパニー・インコーポレーテッド(Paul Ulrich & Company, Inc.)から入手可能なフタロシアニン系のヘリオゲン・ブルー(HELIOGEN BLUE)L6900、D6840、D7080、D7020、パイラム・オイル・ブルー(PYLAM OIL BLUE)、パイラム・オイル・イエロー(PYLAM OIL YELLOW)、ピグメント・ブルー(PIGMENT BLUE)1、オンタリオ州トロント(Toronto, Ontario)のドミニオン・カラー・コーポレーション・リミテッド(Dominion Color Corporation, Ltd.)から入手可能な、ピグメント・バイオレット(PIGMENT VIOLET)1、ピグメント・レッド(PIGMENT RED)48、レモン・クローム・イエロー(LEMON CHROME YELLOW)DCC1026、E.D.トルイジン・レッド(E. D. TOLUIDINE RED)およびボン・レッド(BON RED)C、ヘキスト(Hoechst)からのノバパーム・イエロー(NOVAPERM YELLOW)FGL、ホスタパーム・ピンク(HOSTAPERM PINK)E、ならびに、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー(E. I. DuPont de Nemours & Company)から入手可能なチンクアジア・マゼンタ(CINQUASIA MAGENTA)などが挙げられる。マゼンタの例としては、たとえば、2,9−ジメチル置換キナクリドンおよびアントラキノン染料で、カラー・インデックスにおいてCI60710、CI・ディスパースド・レッド15とされているもの、ジアゾ染料で、カラー・インデックスにおいてCI26050、CI・ソルベント・レッド19とされているもの、ならびにそれらの混合物が挙げられる。シアンの代表例としては、銅テトラ(オクタデシルスルホンアミド)フタロシアニン、x−銅フタロシアニン顔料で、カラー・インデックスにおいてCI74160、CI・ピグメント・ブルーとされているもの、およびアントラスレン・ブルーでカラー・インデックスにおいてDI69810、スペシャル・ブルーX−2137とされているものなど、またはそれらの混合物が挙げられる。選択可能なイエローの代表例としては、ジアリーリドイエロー3,3−ジクロロベンジデンアセトアセトアニリド、モノアゾ顔料でカラー・インデックスにおいてCI12700、CI・ソルベント・イエロー16とされているもの、ニトロフェニルアミンスルホンアミドで、カラー・インデックスにおいてフェロン・イエローSE/GLN、CI・ディスパースド・イエロー33、2,5−ジメトキシ−4−スルホンアニリドフェニルアゾ−4'−クロロ−2,4−ジメトキシアセトアセトアニリド、およびパーマネント・イエローFGLなどが挙げられる。着色マグネタイト、たとえばマピコ・ブラック(MAPICO BLACK)とシアン成分の混合物も顔料として選択することができる。顔料分散体には、アニオン性分散剤/界面活性剤またはノニオン性分散剤/界面活性剤と共に水性媒体中に分散させた顔料粒子を含み、ここでその分散剤/界面活性剤は約0.5〜約10パーセントの範囲内である。
トナーには、公知の電荷用添加剤を有効な量たとえば約0.1〜約5重量パーセントで含んでいてもよく、そのようなものとしてはたとえば、アルキルピリジニウムハライド、重硫酸塩、U.S.Patents 3,944,493;4,007,293;4,079,014;4,394,430および4,560,635などに記載されているような、電荷調節添加剤などが挙げられる。
洗浄後または乾燥後にトナー組成物に添加することが可能な表面添加剤としては、たとえば、金属塩、脂肪酸の金属塩、コロイダルシリカ、金属酸化物、それらの混合物などが挙げられるが、それらの添加剤は通常、約0.1〜約2重量パーセントの量で存在させる(参照、U.S.Patents 3,590,000、3,720,617、3,655,374、および3,983,045)。好適な添加剤の例としては、ステアリン酸亜鉛およびデグッサ(Degussa)から入手可能なアエロジル(AEROSIL)R972(登録商標)が挙げられ、それらは、約0.1〜約2パーセントの量で、アグリゲーションプロセスの間に添加するかまたは形成されたトナー製品の中にブレンドすることができる。
トナーは公知のプロセスによって調製することができる。実施態様においては、複合材料トナー粒子は、ワックスおよび、ポリ金属ハライドたとえばポリ塩化アルミニウムからなるコアギュラントを添加した顔料分散体の存在下に、非架橋のコアラテックス樹脂Aを、ポリトロンを用いて高速ブレンドをしながら混合することにより形成させることが可能である。こうして得られた、約2.0〜約3.0のpHを有する混合物を次いで、樹脂のTgより低い温度にまで加熱することによりアグリゲートさせて、トナーサイズのアグリゲートを得る。次いで、高Tgの非架橋ラテックス樹脂Bを形成されたアグリゲートに加える。高Tgのラテックス(B)を後から加えることにより、形成されているアグリゲートの上にシェルを与える。次いで水酸化ナトリウム溶液を添加することによって、その混合物のpHを変化させて約4.0とし、それに続けて、フェルゼン(Versene)100(登録商標)−エチレンジアミン四酢酸(EDTA)を添加すると、それがポリ金属ハライドの金属イオンと錯体を形成して、トナーからそれを部分的に除去する。得られるpHは約5.0〜約6.0である。このpHでは、カルボン酸がイオン化されて、アグリゲートの上にさらなる負の電荷を与え、それによって安定性が与えられる。このpHであればさらに、ラテックス樹脂のTgよりも高い温度に加熱されたときに、粒子がさらに成長したり、GSDが増大することが防止できる。温度を約95℃にまで上げて、アグリゲートをコアレスまたは溶融させて、さらなる加熱による複合材料粒子を与える。そのような溶融された粒子は、シスメック・FPIA(Sysmex FPIA)2100分析計を使用して形状係数または円形度を測定して、所望の形状になるまで続け、そこでpHを調節して7.0とし、そのトナースラリーを約95℃に連続して加熱して、95℃で合計5時間の加熱をする。
その混合物を放冷して室温とし、以下の条件を用いて洗浄する。第一回の洗浄はpH約10、温度63℃で実施し、続けて室温でDIW水洗浄を行う。その後で、pH4.0、温度40℃で洗浄してから、DIW水を用いて最終的な洗浄を行う。次いでそのトナーを乾燥させる。
本明細書においてはさらに、現像剤と画像形成プロセスが提供されるが、そのプロセスには、本明細書に記載のトナープロセスを用いてトナー組成物を調製すること、および得られたトナー組成物をキャリヤーと混合することを含む、現像剤を調製するためのプロセスも含まれる。現像剤組成物は、本発明の開示のプロセスを用いて得られたトナーを、公知のキャリヤー粒子、たとえばコーティングしたキャリヤー、たとえばスチール、フェライトなどと混合することにより調製することができ、たとえば約2〜約8パーセントのトナー濃度を用いる(参照、U.S.Patents No.4,937,166、および4,935,326。これらの特許における開示をすべて参考として引用し本明細書に組み入れる)。選択されたキャリヤーはさらに、ポリマーコーティングの中に分散された、たとえば導電性カーボンブラックのような導電性化合物を含んでいてもよいが、そのような導電性化合物は、各種適切な量、たとえば全固形分の重量の約15〜約65、または約20〜約45重量パーセントで存在させる。
画像形成方法もまた、本発明の開示の一部として想定されているが、それについてはたとえば、本明細書に引用した多くの特許類およびU.S.Patent 4,265,660を参照されたい(これらの特許における開示をすべて参考として引用し本明細書に組み入れる)。画像形成プロセスに含まれるのは、たとえば、荷電要素、画像形成要素、光導電要素、現像要素、転写要素、および定着要素を含む電子写真(electrophotographic)または電子写真(xerographic)装置を用いて画像を調製する工程であるが、ここで、その現像要素には、キャリヤーと、本明細書に記載したトナープロセスを用いて調製したトナー組成物とを混合することによって調製される現像剤が含まれ;画像形成プロセスには、荷電要素、画像形成要素、光導電要素、現像要素、転写要素、および定着要素を含む電子写真(electrophotographic)または電子写真(xerographic)装置を用いて画像を調製することが含まれ;ここでその現像要素には、キャリヤーと、本明細書に記載したトナープロセスを用いて調製したトナー組成物とを混合することによって調製される現像剤が含まれ;そしてここで、その電子写真(electrophotographic)または電子写真(xerographic)装置には、高速プリンタ、モノクロ高速プリンタ、カラープリンタ、またはそれらの組合せが含まれる。
トナー粒子のサイズは、たとえば約1〜約25ミクロン、約3ミクロン〜約9ミクロン、さらに詳しくは約4ミクロン〜約6ミクロンまたは約5ミクロンとすることができる。
(実施例1)
<ラテックス樹脂A(低Tg)の調製>
スチレン、アクリル酸n−ブチルおよびベータ−CEAのエマルション重合から形成させたポリマー粒子を含む、樹脂Aと呼ぶラテックスエマルションを以下のようにして調製した。
605グラムのダウファックス(Dowfax)2A1(アニオン性乳化剤)と387kgの脱イオン水を含む界面活性剤溶液を、ステンレス鋼製の貯蔵タンク中で10分間攪拌することにより調製した。次いで、この貯蔵タンクを窒素で5分間パージしてから、それを反応器に移しこんだ。次いで、その反応器を窒素で連続的にパージしながら100rpmで撹拌した。次いでその反応器を加熱して80℃とし、その温度に保った。別途に、6.1kgの過硫酸アンモニウム重合開始剤を30.2kgの脱イオン水に溶解させた。
別途に、モノマーエマルションを以下のようにして調製した。
311.4kgのスチレン、95.6kgのアクリル酸ブチル、12.21kgのベータ−CEA、2.88kgの1−ドデカンチオール、1.42kgのADOD、8.04kgのダウファックス(DOWFAX)2A1(アニオン性界面活性剤)、および193kgの脱イオン水をすべて混合して、エマルションを形成させた。次いで、上述のエマルションの1パーセントの量を、水性界面活性剤相を入れた反応器(80℃)の中に徐々にフィードして、「シード」を形成させたが、その間窒素を用いてパージをした。次いで重合開始剤溶液をその反応器に徐々に仕込み、10分後に、残りのエマルションを、定量ポンプを用いて0.5パーセント/分の速度で連続的にフィードした。全部のモノマーエマルションを主反応器に仕込みおわってからも、さらに2時間、温度を80℃に保って、反応を完結させた。次いで全面的な冷却を行って、反応器の温度を35℃にまで下げた。生成物は貯蔵タンクの中に集めた。乾燥させた後のラテックスの分子特性は、Mw=35,419;Mn=11,354、そしてオンセットTgが51℃であった。
(実施例2)
<ラテックス樹脂B(高Tg)の調製>
スチレン、アクリル酸n−ブチルおよびベータ−CEAのエマルション重合から形成させたポリマー粒子を含む、樹脂Bと呼ぶラテックスエマルションを以下のようにして調製した。
605グラムのダウファックス(DOWFAX)2A1(アニオン性乳化剤)と387kgの脱イオン水を含む界面活性剤溶液を、ステンレス鋼製の貯蔵タンク中で10分間攪拌することにより調製した。次いで、この貯蔵タンクを窒素で5分間パージしてから、反応器に移しこんだ。次いで、その反応器を窒素で連続的にパージしながら100rpmで撹拌した。次いでその反応器を加熱して80℃とし、その温度に保った。別途に、6.1kgの過硫酸アンモニウム重合開始剤を30.2kgの脱イオン水に溶解させた。
別途に、モノマーエマルションを以下のようにして調製した。
約332.5kgのスチレン、74.5kgのアクリル酸ブチル、12.21kgのベータ−CEA、2.88kgの1−ドデカンチオール、1.42kgのADOD、8.04kgのダウファックス(DOWFAX)2A1(アニオン性界面活性剤)、および193kgの脱イオン水をすべて混合して、エマルションを形成させた。次いで、上述のエマルションの1パーセントの量を、水性界面活性剤相を入れた反応器(80℃)の中に徐々にフィードして、「シード」を形成させたが、その間窒素を用いてパージをした。次いで重合開始剤溶液をその反応器に徐々に仕込み、10分後に、残りのエマルションを、定量ポンプを用いて0.5パーセント/分の速度で連続的にフィードした。全部のモノマーエマルションを主反応器に仕込みおわってからも、さらに2時間、温度を80℃に保って、反応を完結させた。次いで全面的な冷却を行って、反応器の温度を35℃にまで下げた。生成物は貯蔵タンクの中に集めた。乾燥させた後のラテックスの分子特性は、Mw=33,700;Mn=10,900、そしてオンセットTgは58.6℃であった。
(実施例3)
<トナーの調製>
エマルションアグリゲーショントナーを以下のようにして調製した。
576.7グラムのDIW、277.0グラムのラテックスA(固形分41%)、107.13グラムのX1214#1(固形分20%)ワックス(ベーカー・ペトロライト(Baker Petrolite)製)および64.1グラムのPB:15:3シアン顔料(固形分17%)をすべて、2リットルのプラスチック容器の中に仕込んだ。アイカ・ツラックス(IKA Turrax)プローブを使用して、6,000rpmで10分間かけて、その混合物をホモジナイズさせた。そのホモジナイズ化をしながら、希硝酸を含む10パーセントポリ塩化アルミニウムPAC溶液をプラスチック容器に添加した。そのPAC溶液は、3.6グラムのポリ塩化アルミニウムに加えて、32.4グラムの0.02モル濃度の希硝酸からなっていた。得られたスラリーを、2リットルのサイズのステンレス鋼製ブッチ(Buchi)反応器に移した。その反応器に、ダブルピッチのブレードインペラーを備えた、機械的攪拌機を取り付けた。反応器の中で、その混合物を800rpmで攪拌した。反応器の内容物を加熱して52℃として、その粒径を監視した。粒径が5.2ミクロンに達したら、さらに、134.6グラムの高TgラテックスB(固形分41%)を、シェルラテックスとして添加した。反応器の温度をさらに60分間52℃に保持すると、5.5ミクロンの粒径が得られた。4.8グラムの量のフェルゼン(Versene)100(水酸化ナトリウム溶液中、活性エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム39%、ダウ・ケミカルズ(Dow Chemicals)から入手可能)を、反応器の内容物に添加した。この添加により、反応器内容物のpHが2.6から約4.0にまで上がった。約10分後に、追加の水酸化ナトリウムを加えて、pHを5.4にまで上げた。次いで反応器温度を45分かけて52℃から95℃へと上げ、コアレスさせるために95℃で3時間保持してから、冷却した。その粒子の円形度を測定すると0.966であった。粒径をコールターカウンターで測定すると、5.5ミクロンであって、GSDが1.18であることが判った。スラリーのpHを8.8に調節してトナーを洗浄し、20分間温度63℃に加熱した。
得られたトナースラリーを濾過し、水で一回、次いで希硝酸、最後にDIWを用いて洗浄した。最終の5.5ミクロンのシアンEAトナーを脱水し、乾燥させてから、トナーの評価とプロセスの特性検討を行った。
上述の手順を繰り返したが、ただしその都度、分留したワックスの異なったバッチを使用した。使用した異なった分留ワックスは、X1214#3、X1214#4、およびX1214#2で、いずれもベーカー・ペトロライト(Baker Petrolite)から入手したものである。次いでそれらのトナーを、トナーの性質、たとえば光沢、折り曲げ、加熱オフセット、ブロッキング、剥離性、その他の性質についての評価を行った。製造したトナーはいずれの領域においても良好な結果を与えた。
本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、熱流れ対温度を示すDSC曲線である。 本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、剥離力対定着温度を示すグラフである。 本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、熱流れ対温度を示すグラフである。 本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、加熱コヒージョン(heat cohesion)対温度を示すグラフである。 本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、光沢対温度を示すグラフである。 各種のトナーの光沢欠陥を示す、温度と各種のトナーを対比させた棒グラフである。 本明細書に開示された実施態様に従ったトナーにおける、折り曲げ領域(crease area)対トナー温度を示すグラフである。 本明細書に開示された実施態様に従ったワックスにおける、重量パーセント対炭素数のグラフである。

Claims (4)

  1. ケミカルトナー組成物であって、
    a)スチレンビニルコポリマーを含み、約46〜約56℃のTgを有する第一の樹脂、
    b)約54〜約65℃のTgを有するスチレンビニルコポリマーを含む第二の樹脂、
    c)蒸留したワックス、
    および
    d)着色剤、を含み、
    前記ワックスは、ケミカルトナー組成物において使用される前記ワックス1重量パーセントあたり、前記ワックスの再結晶の間に発生する再結晶化熱が約1.0〜約4.0J/gであり、前記ワックスの融解によって発生するエンタルピー熱が約1.0〜約4.0J/gであり、且つ約70〜約99℃のピーク融解点を有し、
    前記第二の樹脂のTgは前記第一の樹脂のTgよりも約5〜約10℃高いトナー。
  2. 前記結晶化熱およびエンタルピー熱が、約1.5〜約3.0J/gである請求項1に記載のトナー。
  3. 前記トナーが、加熱コヒージョンにより測定して、約45〜約65℃のブロッキング温度を有する請求項1に記載のトナー。
  4. 前記トナーが、約5〜約65のトナーコヒージョンを有し、ここでトナーコヒージョンは、下記の表現を用いたパーセントコヒージョンとして計算される、
    %トナーコヒージョン=((MA/MT)+3/5(MB/MT)+1/5(MC/MT))×100
    (ここで、MAは、53ミクロン孔径の篩い上で集められたトナー質量、MBは、45ミクロン孔径の篩い上で集められたトナー質量、MCは、38ミクロン孔径の篩い上で集められたトナー質量、そしてMTは、使用したトナーの全質量である)請求項1に記載のトナー。
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