JP5000862B2 - トナーおよびトナーの製造方法 - Google Patents
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Description
0.9グラムのダウファックス(Dowfax)2A1(アニオン性乳化剤)および514グラムの脱イオン水からなる界面活性剤溶液を、ステンレス鋼製の容器の中で10分間混合することにより、調製する。次いで、この容器を窒素で5分間パージしてから、反応器に移しこむ。次いで、反応器を窒素でパージしながら300rpmで撹拌する。次いでその反応器を、昇温速度を調節しながら加熱して76℃とし、その温度で一定に保つ。別な容器で、8.1グラムの過硫酸アンモニウムの重合開始剤を45グラムの脱イオン水に溶解させる。さらに第2の別の容器で、次の方法により、モノマーエマルションを調製する。426.6グラムのスチレン、113.4グラムのアクリル酸n−ブチルおよび16.2グラムのβ−CEA、11.3グラムの1−ドデカンチオール、1.89グラムのADOD、10.59グラムのダウファックス(Dowfax)(アニオン性界面活性剤)、および257グラムの脱イオン水を混合してエマルションを形成させる。スチレンモノマーのアクリル酸n−ブチルモノマーに対する比率は、重量で79対21パーセントである。次いで、上記のエマルションの1%を、水性界面活性剤相が入っている反応器にゆっくりと加え、窒素でパージしながら76℃で「シード」を形成させる。次いで開始剤溶液を反応器にゆっくりと加え、20分経過してから、残りのエマルションを定量ポンプを使用して連続的にフィードする。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76℃に保って、反応を完結させる。次いで全面的な冷却を行って、反応器の温度を35℃にまで下げる。1μmのフィルターバッグを通過させて濾過してから、その生成物を容器に集める。そのラテックスの一部を乾燥させてから、分子特性を測定すると、Mw=24,751、Mn=8,245、そして開始Tg=51.46℃である。ディスク・セントリヒュージ(Disc Centrifuge)により測定したこのラテックスの平均粒径は、203nmであり、またGCにより測定した残存モノマーは、スチレンが50ppm未満、アクリル酸n−ブチルが100ppm未満である。このラテックスを使用して、下記のEAトナー粒子8種の内の7種を調製するが、それらには各種のワックスが含まれ、ワックスの担持量は9パーセントで同一である。
0.8グラムのダウファックス(Dowfax)2A1(アニオン性乳化剤)および514グラムの脱イオン水からなる界面活性剤溶液を、ステンレス鋼製の容器の中で10分間混合することにより、調製する。次いで、この容器を窒素で5分間パージしてから、反応器に移しこむ。次いで、反応器を窒素でパージしながら300rpmで撹拌する。次いでその反応器を、昇温速度を調節しながら加熱して76℃とし、その温度で一定に保つ。別な容器で、8.1グラムの過硫酸アンモニウムの重合開始剤を45グラムの脱イオン水に溶解させる。さらに第2の別の容器で、次の方法により、モノマーエマルションを調製する。442.8グラムのスチレン、97.2グラムのアクリル酸n−ブチルおよび16.2グラムのβ−CEA、11.88グラムの1−ドデカンチオール、1.89グラムのADOD、10.69グラムのダウファックス(Dowfax)(アニオン性界面活性剤)、および257グラムの脱イオン水を混合してエマルションを形成させる。スチレンモノマーのアクリル酸n−ブチルモノマーに対する比率は、重量で82対18パーセントである。次いで、上記のエマルションの1%を、水性界面活性剤相が入っている反応器にゆっくりと加え、窒素でパージしながら76℃で「シード」を形成させる。次いで開始剤溶液を反応器にゆっくりと加え、20分経過してから、残りのエマルションを定量ポンプを使用して連続的にフィードする。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76℃に保って、反応を完結させる。次いで全面的な冷却を行って、反応器の温度を35℃にまで下げる。1μmのフィルターバッグを通過させて濾過してから、その生成物を容器に集める。そのラテックスの一部を乾燥させてから、分子特性を測定すると、Mw=20,224、Mn=7,478、そして開始Tg=53.46℃である。ディスク・セントリヒュージ(Disc Centrifuge)により測定したこのラテックスの平均粒径は、254nmであり、またGCにより測定した残存モノマーは、スチレンが50ppm未満、アクリル酸n−ブチルが100ppm未満である。このラテックスを使用して、下記のトナーの内の1種を調製するが、そのものにはポリワックス(POLYWAX)725が9パーセント含まれる。
同一の方法を用いてワックス分散体を調製して、多くの実験用のワックスを得るが、それに含まれるのは、2種の高酸ワックスすなわちリコワックス(Licowax,登録商標)Sモンタンワックスおよびユニシッド(UNICID,登録商標)550カルボン酸末端ポリエチレンワックスと、5種の低酸ワックス、すなわちRC−160カルナウバワックス、ケマミド(KEMAMIDE,登録商標)S−180ステアリルステアルアミドワックス、ペトロライト(PETROLITE,登録商標)EP−1104分岐状のポリエチレンワックス、ポリワックス(POLYWAX,登録商標)725およびポリワックス(POLYWAX,登録商標)850ポリエチレンワックスである。それぞれのワックス分散体の調製には、同じ方法と装置を使用する。調製法の1例として、リコワックス(Licowax,登録商標)Sモンタンワックスの場合について示す。
水中にリコワックス(Licowax,登録商標)Sモンタンワックス粒子と、1種または複数のアニオン性安定剤を含む、安定な水性ワックスエマルションAを、高圧ホモジナイズ化プロセスを使用して製造する。前記ワックスエマルションを製造するための例示的なプロセスを図1に示し、以下で説明する。この装置に含まれるのは、ホモジナイザ10、たとえばガウリン(Gaulin)15MRホモジナイザ(マサチューセッツ州、ウィルミントン(Wilmington, MA)のAPV・ホモジナイザ・グループ(APV Homogenizer Group)製)と適当な反応器20、たとえば1米ガロンのステンレス鋼製の蒸気加熱および水冷却可能なジャケット付き反応器である。
約770グラムのリコワックス(Licowax,登録商標)Sモンタンワックスおよび約19グラムのネオゲンR−K(Neogen R-K,商標)アニオン性界面活性剤を、反応器中の約3,011グラムの脱イオン水に加え、約400回転/分で撹拌する。その反応器混合物を加熱して約110℃として、ワックスを溶融させる。次いでその溶融させたワックスを含む水性混合物を、ポンプ送液によりホモジナイザに約1リットル/分で、約30分間通過させるが、その際には、1次ホモジナイズ化バルブを全開、2次ホモジナイズ化バルブを部分的に閉じて、ホモジナイズ化圧力が約1,000ポンド/平方インチになるようにする。次いで1次ホモジナイズ化バルブを部分的に閉じて、ホモジナイズ化圧力を約8,000ポンド/平方インチに上げる。反応器混合物は依然として約110℃に保ったままで、約1リットル/分の速度で約60分間、ホモジナイザを通して循環させる。次いで、ホモジナイザを停止させ、反応器の混合物を約15℃/分の速度で冷却して室温とし、製品容器に排出して、約5μmの孔径を有するポリエステルフィルターバッグを通して、濾過する。得られる水性ワックスエマルションには、約18.50重量パーセントのワックスと約0.46重量パーセントの界面活性剤とが含まれ、ハネウェル(HONEYWELL)のマイクロトラック(Microtrac,登録商標)UPA150粒径分析器を用いて測定した容積平均直径(d3.50)は約182nmである。
9%のRC−160カルナウバワックスを含む、スチレン/アクリル酸n−ブチルエマルション/凝集トナーの調製
塔頂撹拌器とマントルヒーターを取り付けた4リットルのガラス製反応器の中で、626.4グラムの上述のラテックスエマルションA(固形分含量:42.66パーセント)、227.34グラムのRC−160カルナウバワックスエマルションC(固形分含量:18.28パーセント)、143.2グラムのブルーピグメントPB15:3分散体(固形分含量:17.13パーセント)を1334.0グラムの水の中に、ポリトロンを用いた高剪断撹拌により、分散させる。この混合物に、10重量パーセントのポリ(塩化アルミニウム)(すなわち、PAC)と90重量%の0.02MのHNO3溶液からなる、凝集剤溶液54グラムを添加する。そのPAC溶液は、低回転速度(rpm)で滴下により添加するが、顔料入りのラテックス混合物の粘度が上昇するにつれて、ポリトロンプローブの回転速度も上げていって、最高5,000rpmで2分間撹拌する。この方法により、粒子のコアがナノメートルサイズのラテックス粒子、9%のワックスおよび5%の顔料からなる、ゲル化粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションが起きる。この顔料入りのラテックス/ワックススラリーを昇温速度を0.5℃/分に調節しながら加熱して約47℃とし、この温度に75分間保持して、約5.0μmの大きさで、容積GSD=1.21の粒子を製造する。平均粒径が5.0μmに達したら、次いで302.4グラムのラテックスエマルションAを撹拌しながらその反応器の中に導入し、顔料入りのワックスのコアの周りにシェルを形成させる。さらに30分経過してから、粒径を測定すると5.7μmで、その容積GSD=1.20である。次いで、こうして得られた混合物のpHを、4パーセント水酸化ナトリウムの塩基性水溶液を用いて2.0〜7.0に調節し、撹拌をさらに15分間続けて、粒径を凍結させる。次いで、こうして得られた混合物を1.0℃/分の速度で昇温させて93℃としてから、粒径を測定すると、5.86μmで、GSDは1.22となる。次いで、2.5パーセントの硝酸溶液を用いてpHを5.5まで下げる。得られた混合物を次いで、温度93℃で5時間加熱することにより合一させる。この粒子のモルホロジーは滑らかで、「ジャガイモ状の」形状をしている。冷却後(ただし洗浄前)の最終的な粒径は、5.98μmで、GSDvは1.21である。この粒子を6回洗浄するが、1回目の洗浄はpH10で63℃で実施し、それに続く3回の洗浄は室温の脱イオン水を用い、40℃でpH4.0で1回洗浄し、最終的に、室温で脱イオン水を用いて最後の洗浄を行う。乾燥させた粒子の最終的な平均粒径は、6.06μmで、GSDv=1.20、GSDn=1.25である。2つのバッチ(450グラムスケール)を一緒に合わせると、総合的な収量は794グラム(90パーセント)となる。このトナーのDSCで測定したガラス転移温度は43.4℃で、シャープな結晶質のカルナウバワックスの融点は84.12℃である。
比較例1の方法を一般的に繰り返すが、ただし、種類の異なるワックスを使用する:
比較例2:9%ケマミド(Kemamide,登録商標)S−180ステアリルステアルアミドワックス
比較例3:9%ペトロライト(PETROLITE,登録商標)EP−1104分岐状のポリエチレンワックス
比較例4:9%ポリワックス(POLYWAX,登録商標)725ポリエチレンワックス
比較例5:ポリワックス(POLYWAX,登録商標)850ポリエチレンワックス
9%のリコワックス(Licowax,登録商標)Sモンタンワックスを含む、スチレン/アクリル酸n−ブチルエマルション/凝集トナーの調製
塔頂撹拌器とマントルヒーターを取り付けた4リットルのガラス製反応器の中で、626.4グラムの上述のラテックスエマルションA(固形分含量:42.66パーセント)、218.95グラムのリコワックス(Licowax,登録商標)SモンタンワックスエマルションA(固形分含量:18.96パーセント)、143.2グラムのブルーピグメントPB15:3分散体(固形分含量:17.13パーセント)を1342.4グラムの水の中に、ポリトロンを用いた高剪断撹拌により、分散させる。この混合物に、10重量パーセントのポリ(塩化アルミニウム)(すなわち、PAC)と90重量%の0.02MのHNO3溶液からなる、凝集剤溶液54グラムを添加する。そのPAC溶液は、低回転速度(rpm)で滴下により添加するが、顔料入りのラテックス混合物の粘度が上昇するにつれて、ポリトロンプローブの回転速度も上げていって、最高5,000rpmで2分間撹拌する。この方法により、粒子のコアがナノメートルサイズのラテックス粒子、9%のワックスおよび5%の顔料からなる、ゲル化粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションが起きる。この顔料入りのラテックス/ワックススラリーを昇温速度を0.5℃/分に調節しながら加熱して約47℃とし、この温度に75分間保持して、約5.0μmの大きさで、GSDv=1.21の粒子を製造する。平均粒径が5.0μmに達したら、次いで302.4グラムのラテックスエマルションAを撹拌しながらその反応器の中に導入し、顔料入りのワックスのコアの周りにシェルを形成させる。さらに30分経過してから、粒径を測定すると5.7μmで、GSDv=1.21である。次いで、こうして得られた混合物のpHを、4パーセント水酸化ナトリウムの塩基性水溶液を用いて2.0〜7.0に調節し、撹拌をさらに15分間続けて、粒径を凍結させる。次いで、こうして得られた混合物を1.0℃/分の速度で昇温させて93℃としてから、粒径を測定すると、6.10μmで、GSDは1.22となる。次いで、2.5パーセントの硝酸溶液を用いてpHを5.5まで下げる。得られた混合物を次いで、温度93℃で5時間加熱することにより合一させる。この粒子のモルホロジーは滑らかで、「ジャガイモ状の」形状をしている。冷却後(ただし洗浄前)の最終的な粒径は、5.9μmで、容積GSDは1.21である。この粒子を6回洗浄するが、1回目の洗浄はpH10で63℃で実施し、それに続く3回の洗浄は室温の脱イオン水を用い、40℃でpH4.0で1回洗浄し、最終的に、室温で脱イオン水を用いて最後の洗浄を行う。乾燥させた粒子の最終的な平均粒径は、5.98μmで、GSDv=1.21、GSDn=1.36である。2つのバッチ(450グラムスケール)を一緒に合わせると、総合的な収量は808グラム(89.8パーセント)となる。このトナーのDSCにより測定したガラス転移温度は43.7℃である。
実施例1の方法を一般的に繰り返すが、ただし、トナーには、9%のユニシッド(UNICID,登録商標)550カルボン酸末端ポリエチレンワックスを含む。
現像剤の評価をするために、タービュラ(Turbula)ミキサーで混合し、混合時間2分および60分の間での電荷レベルと電荷安定性を測定し、次いで、その現像剤にさらに5%のトナーを加えることにより測定される混合物を、さらに15秒間および60秒間混合する。
(1)前記エマルション凝集プロセスが、
溶媒中の着色剤の分散体を調製する工程であって、前記分散体が着色剤および第1のイオン性の界面活性剤を含む工程と、
前記着色剤の分散体を、前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックスエマルションと、(a)前記第1のイオン性界面活性剤の極性とは逆の符号の電荷極性を有するカウンターイオン界面活性剤、(b)ノニオン性界面活性剤、および(c)樹脂を含むラテックス混合物とを含むワックスエマルションと共に剪断力をかけ、形成された着色剤および樹脂の粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションを起こさせて、静電的に結合された凝集物を形成させる工程と、
前記静電的に結合された凝集物を加熱して、平均粒径が少なくとも約1μmの凝集物を形成させる工程と、
を含む本願請求項1に記載のトナー。
イオン性の界面活性剤を、前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックスエマルションと、(a)フロキュレート化剤、(b)ノニオン性界面活性剤、および(c)樹脂を含むラテックス混合物と共に剪断力をかけ、形成された着色剤および樹脂の粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションを起こさせて、静電的に結合された凝集物を形成させる工程と、
前記静電的に結合された凝集物を加熱して、平均粒径が少なくとも約1μmの凝集物を形成させる工程、
を含む本願請求項1に記載のトナー。
溶媒中の着色剤の分散体を調製する工程であって、前記分散体が着色剤およびイオン性の界面活性剤を含む工程と、
前記着色剤の分散体を、前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックス分散体と、(a)フロキュレート化剤、(b)ノニオン性界面活性剤、および(c)樹脂を含むラテックス混合物と共に剪断力をかけ、形成された着色剤および樹脂の粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションを起こさせて、静電的に結合された凝集物を形成させる工程と、
前記静電的に結合された凝集物を加熱して、平均粒径が少なくとも約1μmの凝集物を形成させる工程と、
を含む本願請求項1に記載のトナー。
樹脂と、前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスと、任意成分の着色剤とを含むコロイド溶液を調製する工程と、
前記コロイド溶液に、イオン性の金属塩を含む合一剤を含む水溶液を添加して、トナー粒子を形成させる工程と、
を含む本願請求項1に記載のトナー。
イオン性の界面活性剤の水溶液中に樹脂を分散させた樹脂ラテックスを供給する工程と、
水に分散させた顔料と、任意成分の分散剤と、任意成分の界面活性剤とからなる顔料の水分散体を供給する工程;
前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックス分散体を供給する工程;
樹脂ラテックス分散体を、顔料分散体、およびワックス分散体と共に、高剪断力をかけてブレンドして、樹脂−顔料−ワックスのブレンド物を形成させる工程と、
前記剪断をかけたブレンド物を、連続的に撹拌しながら、樹脂のガラス転移温度(Tg)よりは低い温度で加熱して、凝集物粒子を形成させる工程と、
前記樹脂のTgよりも高い温度で前記凝集物粒子を加熱し、それに続けてpHを低下させて、トナー組成物の合一させた粒子を形成させる工程と、
場合によっては、前記トナー組成物を分離および乾燥させる工程と、
を含む本願請求項1に記載のトナー。
Claims (3)
- 樹脂の粒子と、任意成分の着色剤と、酸含有ポリマー性結晶質ワックスとを含むトナーであって、
前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスが、CH 3 −(CH 2 ) n−2 −COOHの構造を有する(ここで、平均の鎖長nは、16〜50の範囲である)カルボン酸末端ポリエチレンワックス、50mgKOH/gより大きい酸価を有する高酸ワックス、およびそれらの混合物からなる群より選択され、
前記トナー粒子が、エマルション凝集プロセスによって調製されることを特徴とするトナー。 - 前記エマルション凝集プロセスが、
第1のイオン性界面活性剤を、前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックスエマルションと、(a)前記第1のイオン性界面活性剤の極性とは逆の符号の電荷極性を有するカウンターイオン界面活性剤、(b)ノニオン性界面活性剤、および(c)樹脂を含むラテックス混合物と共に剪断力をかけ、形成された樹脂の粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションを起こさせて、静電的に結合された凝集物を形成させる工程と、
前記静電的に結合された凝集物を加熱して、平均粒径が少なくとも約1μmの凝集物を形成させる工程と、
を含む請求項1に記載のトナー。 - トナー粒子を製造するための方法であって、
第1のイオン性界面活性剤を、酸含有ポリマー性結晶質ワックスを含むワックスエマルションと、(a)前記第1のイオン性界面活性剤の極性とは逆の符号の電荷極性を有するカウンターイオン界面活性剤、(b)ノニオン性界面活性剤、および(c)樹脂を含むラテックス混合物と共に剪断力をかけ、形成された樹脂の粒子のフロキュレーションまたはヘテロコアギュレーションを起こさせて、静電的に結合された凝集物を形成させる工程と、
前記静電的に結合された凝集物を加熱して、平均粒径が少なくとも約1μmの凝集物を形成させる工程と、を含み、
前記酸含有ポリマー性結晶質ワックスが、CH 3 −(CH 2 ) n−2 −COOHの構造を有する(ここで、平均の鎖長nは、16〜50の範囲である)カルボン酸末端ポリエチレンワックス、50mgKOH/gより大きい酸価を有する高酸ワックス、およびそれらの混合物からなる群より選択されることを特徴とするトナーの製造方法。
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