JP5122096B2 - トナー調製方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、トナー組成物を製造するための方法に向けられ、より具体的には、樹脂及び着色剤、並びに他の任意の添加剤を含むトナー組成物を製造するための乳濁液／凝集方法に向けられる。

乳濁液凝集トナー・プロセスは、一般に、５つのステップを含む。これらのステップは、一次ポリマー粒子を調製するための乳化重合、一次ポリマー粒子及び着色剤のような他の粒子が一緒に凝集されてトナーサイズの粒子になる凝集／合体、トナーサイズの粒子を分類して粗い粒子を除去する湿式ふるい分け、洗浄、及び乾燥を含む。この方法を通じて、最も時間のかかる２つのステップは、凝集／合体ステップ及び湿式ふるい分けステップである。

同じ反応器内で３つのサブステップが行われるので、凝集／合体ステップは、特に時間がかかるものである。第１のサブステップは、均質化である。均質化の際、凝集剤又は凝固剤が添加され、粒子形成の初期段階を開始するために、大量のせん断が与えられる。第２のサブステップは、反応器の内容物が、約３５℃から約５０℃又は約６０℃まで加熱され、ポリマーの凝集が進む、第１の加熱ステップである。第３のサブステップは、反応器の内容物が、約７０℃から約１００℃又は約１２０℃まで加熱され、凝集粒子が合体されて最終トナー粒子になる、第２の加熱ステップである。

新しい、改善された方法に対する必要性が引き続き存在する。例えば、乳濁液／凝集方法は、特定の所望の粒径を有するトナー粒子に、狭い粒径分布を与えることができるが、次のふるい分け動作において除去する必要がある粗い粒子の生成を回避する方法に対する必要性が引き続き存在する。乳濁液／凝集方法において、より大きい処理量を可能にする、より合理化された製造方法に対する必要性も引き続き存在する。

本開示は、より大きいプロセス処理量を可能にし、プロセス休止時間をより少なくし、粗い粒子の形成を減少させ、よってプロセス全体から湿式ふるい分けステップを随意的に除去することを可能にする、改善された凝集／合体手順及び装置を提供するものである。

均質化ステップの間、凝集剤又は凝固剤が添加され、大量のせん断が与えられ、粒子形成の初期段階を開始させる。理論上は、凝集が開始する前に形成し得る初期の何らかの既存の大きい凝集体を破壊するために、反応器の全ての内容物が、ホモジナイザによって与えられる大量のマイクロせん断に曝される。しかしながら、現在の従来の反応器の設定においては、反応器内の内容物の全てが均質化されるわけでないため、後に最終生成物内の大きい粗い粒子内容物の一因となり得る大きい凝集体が生じることが観察された。したがって、均質化を改善することができる場合には、粗い粒子の生成を減らすことができる。

第１の加熱ステップの間、反応器の内容物は、約３５℃から約５０℃又は約６０℃まで加熱され、ポリマーの凝集が進む。しかしながら、大規模な製造施設においては、反応器のジャケットをスラリー内容物のガラス転移温度より上に加熱することができないという事実のため、及び、高い降伏応力時点におけるスラリーの熱移動係数が低いために、この加熱を完了するのに数時間かかることがある。その結果、反応器の内容物は、設定された期間に約６０℃までの所望の温度まで加熱されず、代わりに、所望の凝集温度が達成される前に、最大数時間約２１℃から約５０℃又は約６０℃までの間の様々な温度で加熱される。さらに、凝集の際に、バッチ温度が増加するにつれて、スラリーの高い降伏応力が増大することが周知である。攪拌速度が、スラリーの降伏応力を克服するせん断形状を生成するのに十分速いものでない場合、反応器の壁上に蓄積が生じることがある。また、均質化の際に、前に摂取された空気の放出のために、スラリーのレベルの滴から反応器の壁上に蓄積が生じることもある。凝集ステップの際に、この反応器の壁上の凝集粒子の蓄積が除去されない場合には、そのことが、第２の加熱ステップの際に粗い粒子が形成されるさらなる一因となる。第２の加熱ステップにおいて、大きい凝集体の溶融が、樹脂のガラス転移温度より上で生じる。したがって、第１の加熱ステップの際に反応器の壁上に残されたいずれの大きい凝集体も、第２の加熱ステップの際にバッチに入り、粗い粒子を形成することになる。

さらに、これらの溶融した粒子は、反応器の壁上の付着物を増加させる一因となる。付着物が増えるにつれて、反応器を洗浄するために更なる時間、労力、及び材料を必要とする。例えば、反応器の設定を行って、異なるトナー材料又は異なる色のトナー材料を製造することになる場合、汚れた反応器を洗浄するのに必要とする切替え時間に丸一日かかることもあり、極端な温度のトルエンのような研磨溶剤の使用を必要とする。

第２の加熱ステップの際に、反応器の内容物は、約６０℃から約１００℃又は約１２０℃までさらに加熱され、ポリマーの合体が進む。しかしながら、上記のように、大規模な製造施設においては、この加熱を完了するのに数時間かかることがある。その結果、反応器の内容物は、設定された期間に約９０℃から１００℃までの所望の温度で加熱されず、代わりに、所望の合体温度が達成される前に、最大数時間約５０℃又は約６０℃から約１００℃又は約１２０℃までの間の様々な温度で加熱される。

最後に、合体完了後、反応器の内容物を少なくとも約５０℃から約６５℃まで、或いはトナー粒子内に含まれるワックスの融点より下まで冷却することによって、反応が急冷される。ワックスが結晶化するとき、冷却期間の際に形成されるワックス突起物の量を制限するように、この急冷が行われる。しかしながら、上述の加熱と同様に、大規模な製造施設においては、この冷却を完了するのには、反応器のジャケットの最も低い冷却温度でさえ１時間かかることがある。その結果、反応器の内容物は、所望の温度に即座に冷却されず、代わりに、最大で約１時間までゆっくりと冷却されるため、ワックス突起物の生成が望ましく制限されない。

これらの及び他の問題を克服するために、本開示は、修正された反応器のスキームを提供する。本開示によると、従来の単一の反応器プロセスが、より効率的な均質化及び迅速な加熱、並びに冷却時間を可能にするマルチ反応器プロセスと置き換えられる。次に、提供されるプロセスにより、粗い粒子の減少、湿式ふるい分けステップの随意的な除去、及び／又は、反応器の付着物の減少、結果としてのバッチ間の高速切替えが可能になる。

乳濁液／凝集トナー粒子は、一般に、少なくともラテックス乳濁液ポリマー樹脂及び着色剤分散液から構成される。トナー粒子はまた、少なくともワックス分散液、凝固剤、及び他の任意の添加剤を含むことも好ましい。
トナーのために選択された樹脂又はポリマーについての特定のラテックスの説明例は、スチレンベースのモノマー、アクリル酸ベースのモノマー、ポリエステルベースのモノマー、ワックス・ポリマー、及びポリオレフィンとすることができる。

本開示の方法及び粒子のために選択されたポリエステルベースの樹脂の説明例は、当該技術分野に周知の種々のポリエステルのいずれかを含む。
必要に応じて、例えば、スルホン化、特にナトリウムスルホン化のように、樹脂を官能基化することもできる。

必要に応じて、２つ又はそれ以上のポリマーの混合物を用いることもできる。
本発明のトナーのラテックス乳濁液ポリマーとして、スチレン−アクリル酸アルキル、又はスルホン化ポリエステルのようなポリエステルを用いることが好ましい。
ラテックス・ポリマーは、固形ベースで、トナー粒子（すなわち、外部添加剤を除いたトナー粒子）の約７０重量％から約９５重量％まで、好ましくはトナーの約７５重量％から約８５重量％までの量で存在することが好ましい。

選択されたポリマーの製造に用いられるモノマーは、制限されるものではなく、使用されるモノマーは、例えば、スチレン、メタクリレート、ブチル・アクリレート、β‐カルボキシエチルアクリレート（β‐ＣＥＡ）等のようなアクリレート、ブタジエン、イソプレン、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、アクリロニトリル、及び、ジビニルベンゼンのようなベンゼン等の何れか１つ又はそれ以上を含むことができる。ポリマーの分子量特性を制御するために、例えばドデカンチオール又は四臭化炭素のような周知の連鎖移動剤を用いることもできる。制限なく、モノマーからラテックス・ポリマーを形成するいずれかの適切な方法を用いることができる。
カーボンブラックなどの適切な有色顔料、染料、及びこれらの混合物を含む、種々の適切な着色剤をトナーに用いることができる。

着色剤、好ましくはカーボンブラック、シアン、マゼンタ、及び／又はイエロー着色剤が、トナーに所望の色を与えるのに十分な量で組み込まれる。一般に、顔料又は染料は、固形ベースでトナー粒子の約２重量％から約３５重量％まで、好ましくは約５重量％から約２５重量％まで、より好ましくは約５重量％から約１５重量％までの範囲の量で用いられる。

当然のことながら、各色についての着色剤が異なるので、一般的に、各タイプのカラートナー内に存在する着色剤の量は異なる。例えば、好ましい実施形態においては、シアントナーは、約３重量％から約１１重量％までの着色剤（好ましくは、ＳＵＮからのＰｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５：３）を含むことができ、マゼンタトナーは、約３重量％から約１５重量％までの着色剤（好ましくは、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２２、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１８５、及び／又はこれらの混合物）を含むことができ、イエロートナーは、約３重量％から約１０重量％までの着色剤（好ましくは、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ７４）を含むことができ、ブラックトナーは、約３重量％から約１０重量％までの着色剤（好ましくは、カーボンブラック）を含むことができる。

ラテックスポリマー・バインダ及び着色剤に加えて、本開示のトナーは、一般にワックス分散液内に与えられるワックスを随意的に含むこともでき、このワックス分散液は、単一のタイプのワックス、或いは２つ又はそれ以上の好ましい異なるワックスの混合物とすることができる。例えば、単一のワックスをトナー配合物に添加し、トナー粒子の形状、トナー粒子の表面上のワックスの存在及び量、帯電特性及び／又は溶融特性、光沢、剥離、オフセット特性等のような特定のトナー特性を改善することができる。代替的に、ワックスの組み合わせを添加し、トナー組成物に多数の特性を与えることができる。
ワックス分散液が用いられるとき、このワックス分散液は、乳濁液凝集トナー組成物に通常使用される種々のワックスのいずれをも含むこともできる。実施形態において、結晶ワックスが好ましいものであるが、ワックスは、所望のとおり、結晶とすることも非結晶とすることもできる。

ワックスをトナーに組み込むために、ワックスは、１つ又はそれ以上の水性乳濁液、或いは水中の固形ワックスの分散液の形態をとることが好ましく、そこで、固形ワックスの粒径は、通常、約１００ｎｍから約５００ｎｍまでの範囲にある。
トナーは、例えば、乾燥ベースでトナーの約３重量％から約１５重量％までのいずれかの量でワックスを含むことができる。例えば、トナーは、約５重量％から約１１重量％までのワックスを含むことができる。

さらに、トナーは、随意的に、コロイダル・シリカのような凝固剤及びフロー剤を含むことができる。好適な任意の凝固剤は、公知の凝固剤の塩化ポリアルミニウム、スルホケイ酸ポリアルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、ミョウバン、ジアルキルベンゼンアルキル塩化アンモニウム、２−メチル−１、５−ペンタンジアミンのような小有機アミン、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、硫酸カリウムアルミニウム、酢酸亜鉛、これらの混合物等を含む、当該技術分野に周知の又は使用される何らかの凝固剤を含む。凝固剤は、外部添加剤を除いた乾燥重量ベースで、トナー粒子の０から約３重量％まで、好ましくはトナー粒子の約０以上から約２重量％までの量で、トナー粒子中に存在している。フロー剤は、存在する場合には、ＳＮＯＷＴＥＸ ＯＬ／ＯＳコロイダル・シリカのような何らかのコロイダル・シリカとすることができる。コロイダル・シリカは、外部添加剤を除いた乾燥重量ベースで、トナー粒子の０から約１５重量％まで、好ましくはトナー粒子の約０以上から約１０重量％までの量で、トナー粒子中に存在している。

トナーはまた、例えば、アルキルピリジニウム・ハロゲン化物、重硫酸塩、有機硫酸塩、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ホウ酸塩、ジステアリルジメチル硫酸アンモニウムメチル、アルミニウム塩又は錯体等を含む、第四級アンモニウム化合物といった、トナーの約０．１重量％から約５重量％までの適切な有効量で、周知の付加的な正の帯電添加剤又は負の帯電添加剤を含むこともできる。
また、プロセスにおいて、乳濁液凝集手順によってトナーを調製する際に、１つ又はそれ以上の界面活性剤を用いることもできる。好適な界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、及び非イオン界面活性剤を含む。

制限なく乳濁液凝集トナー粒子を形成する際に、何らかの好適な乳濁液凝集手順を用いることができる。これらの手順は、一般に、凝集体を形成するために、バインダ、１つ又はそれ以上の着色剤、随意的に１つ又はそれ以上の界面活性剤、随意的にワックス乳濁液、随意的に凝固剤、及び１つ又はそれ以上の付加的な任意の添加剤を含む乳濁液を少なくとも凝集させ、続いて凝集体を合体又は溶融させ、次に得られた乳濁液凝集トナー粒子を回収し、分類し、随意的に洗浄し、随意的に乾燥させる、基本的なプロセス段階を含む。

例示的な乳濁液／凝集／合体方法は、容器中に、ラテックス・バインダ、着色剤分散液、ワックス乳濁液、任意の凝固剤、及び脱イオン水の混合物を形成することを含むことが好ましい。次に、混合物は、均質化されるまでホモジナイザを用いて攪拌され、反応器に移され（又は、同じ反応器内に保持され）、そこで、均質化された混合物は、トナー粒子を所望のサイズに凝集することを可能にするように、例えば、約５０℃に加熱され、一定期間保持される。所望のサイズの凝集トナー粒子が達成されると、さらなるトナーの凝集を抑制するために、混合物のｐＨが調整される。トナー粒子は、該粒子が合体し、球状化するのを可能にするように、例えば、約９０℃に加熱され、ｐＨが下げられる。次に、加熱器が切られ、反応器の混合物を室温まで冷却することが可能になり、その時点で、凝集され、合体されたトナー粒子が回収され、随意的に洗浄され、乾燥される。

合体及び凝集に続いて、大きすぎるサイズの粒子を除去するために、粒子を、所望のサイズのオリフィスを通して湿式ふるい分けし、洗浄し、所望のｐＨに処理し、次に、例えば、１重量％より少ない含水率まで乾燥させることが最も好ましい。
しかしながら、本開示によると、より効果的な製造方法及び装置を提供するように、こうした従来の乳濁液／凝集方法及び関連機器が修正される。具体的には、均質化し、次に第１及び第２の加熱ステップ並びに冷却ステップを行うために従来から用いられている単一の反応器が、付加された加熱手段、冷却手段、及び／又は該加熱手段と該冷却手段との間に挿置された混合手段を随意的に有するマルチ反応器システムと置き換えられる。

上述したように、従来の乳濁液／凝集方法の凝集／合体ステップは、一般に、少なくとも４つのステップ、すなわち、均質化ステップ、凝集のための第１の加熱ステップ、合体のための第２の加熱ステップ、及び冷却ステップを含む。このような従来の乳濁液／凝集方法においては、これらのステップの全てが同じ反応器内で行われ、反応器のひどい付着物、粗い粒子の形成等の上述の問題がもたらされる。

しかしながら、凝集／合体方法を行うために、単一の反応器ではなく多数の反応器を用いて、これらの問題に対処し、これらの問題を最小にすることができる。実際の均質化、加熱、及び冷却動作を行うため又は助けるために、反応器間に、好適な混合手段、加熱手段、及び／又は冷却手段を設けることができるので、実際の凝集及び合体ステップに備えて、所望のスラリー条件（混合、温度）をより迅速に提供することができる。

実施形態においては、凝集／合体方法を行うために、少なくとも２つの反応器が用いられる。他の実施形態においては、凝集／合体方法を行うために、少なくとも３つ又はさらに少なくとも４つの反応器を用いることができる。２つの反応器を用いる場合には、反応スラリーを２つの反応器間で前後に通過させ、３つ又は４つの反応器の使用を効果的にシミュレートすることができる。代替的に、３つの反応器を用いて、２つの反応器間の前後の通過を最小にすることができ、よって、プロセスの処理量の増大に備えて、プロセス内の先の反応器が使えるようになる。この実施形態においては、第１の反応器、第２の反応器、第３の反応器を順に使用し、次に第１の反応器を再使用するといったように、反応器の少なくとも１つを２度使用する。更に別の代替物は、４つの反応器を使用するというものであり、この方法において反応器は再使用されない。したがって、これらの異なる実施形態は、例えば、プロセスの処理量を最大にし、使用可能なスペースを最大にするためなどの、プロセス設計の代替物を提供することができる。

図は、乳濁液／凝集方法の凝集／合体ステップのためのマルチ反応器（３つの反応器）の設定の実施形態を示す。
第１の反応器１すなわち混合容器内で行われる第１のステップにおいて、種々の成分及び任意の添加剤が準備される。したがって、例えば、第１の反応器において、ラテックス乳濁液又は一次ポリマー粒子の分散液、着色剤分散液又は乳濁液、脱イオン水又は他の溶媒又は液体媒体、任意のワックス分散液又は乳濁液、及び、界面活性剤のような他の何らかの任意の所望の添加剤等を準備することができる。この実施形態においては、スラリーの形成のために添加される脱イオン水の量は、乳濁液／凝集方法に通常用いられる如何なる量にすることもできる。代替的に、スラリーの形成のために添加される脱イオン水の量は、混合及び均質化ステップを行うのに十分な液体媒体を提供するのに十分である限り、通常の量より少なくすることもできる。以下に詳細に説明されるように、脱イオン水の残りの量を、第２の反応器に直接添加し、予熱することができる。

第１の反応器１は、約２０℃から約３０℃までといったほぼ室温で維持されるか、又は約３５℃又はそれより低く維持されることが好ましい。例えば、周囲雰囲気を適切に制御することによって、或いは、加熱又は冷却ジャケット（図示せず）といった反応器１に設けられた何らかの適切な加熱装置又は冷却装置を使用することによって、この温度を維持することができる。一般に、混合により大量の熱は生成されないので、反応器１内で行われる混合動作は、一般に、付加的な温度制御を必要とする熱を生成しない。

成分が第１の反応器１内に添加又は準備されると、成分は、高せん断力のもとで混合又は攪拌される。例えば、ポリトロンなどの何らかの適切な装置によって、攪拌を行うことができる。当然のことながら、所望のように、上記の成分を一度に又は異なる順序で添加又は準備し、一緒に混合することもできる。

スラリーの所望の混合又は攪拌及び形成後に、或いは、こうした混合又は攪拌の際に、適切な量の凝集剤又は凝固剤が添加され、残りのスラリーと混合される。次に、スラリーは、ホモジナイザ５を通して第１の反応器１から第２の反応器２に排出される。ここで用いられる「ホモジナイザ」は、高速の機械及び油圧せん断を通して、微細な固体分散液（トナースラリー）の機械的破壊を可能にする何らかの適切な装置、並びに、類似した結果をもたらす何らかの同様の装置をいう。
代替的な実施形態において、第１の反応器１及びホモジナイザ５を組み合わせて、単一のプロセス・ユニットにすることができる。

第２の反応器２を用いて、スラリー内の一次ポリマー粒子、着色剤粒子等をトナーサイズの凝集粒子に凝集させる。この凝集は、一般に、ポリマー樹脂のガラス転移温度より低い温度で行われる。実施形態においては、凝集方法を行うために、第２の反応器２が、約３５℃から約６０℃までの温度に加熱される。処理量の増大、粗い粒子生成の減少、反応器付着物の減少等といった目的を達成するために、第２の反応器２を所望の凝集温度まで予熱することが好ましい。例えば、所望の温度まで反応器の容器自体を予熱することによって、この予熱は、例えば、反応器の周りに配置された加熱ジャケット（図示せず）のような何らかの適切な加熱装置を用いることによって行うことができる。第１の反応器１内で行われる動作中など、例えば、スラリーが第２の反応器２に導入される前に、この予熱を行うことができる。さらに、通常反応スラリー混合物内に含まれる、一定量の脱イオン水又は溶媒（上述した脱イオン水又は溶媒の残りの量のような）を含む、第２の反応器２を提供することができる。第２の反応器２内に含まれる一定量の脱イオン水又は溶媒の量を、所望の凝集温度に加熱することもできる。したがって、スラリーがホモジナイザ５から第２の反応器２に充填されたとき、結果として得られる組み合わせられたスラリーはより高温であり、所望の凝集温度への該組み合わせられたスラリーの加熱は、さらに迅速になる。

組み合わせられたスラリーを所望の凝集温度まで加熱するといった、何らかの温度の調整は、従来の加熱ジャケット又は熱交換器のような、何らかの適切な手段によって行うことができる。さらに、第２の反応器２のこのような予熱によって、この実施形態においては、ほぼ室温すなわち周囲温度から凝集温度までの加熱を、従来の方法が必要とするように１時間又はそれ以上の時間にわたるのではなく、数分又は瞬時に行うことができる。
第２の反応器２のこの予熱は、改善されたプロセス動作を可能にする。例えば、所望の凝集温度をより迅速に達成することによって、凝集粒子の成長は、遅い速度で開始し、温度が上がるにつれて粒子成長速度を増すのではなく、より迅速に、かつ、一定の速度で生じるようになる。
一次粒子の所望の凝集に続いて、凝集方法が停止され、合体方法が開始される。このことは、好ましくは加熱手段６を通して、第２の反応器２から第３の反応器３にスラリーを排出することによって行うことができる。

第３の反応器３を用いて、形成され、凝集されたトナーサイズの粒子への最終トナー粒子の合体を行う。この合体は、一般に、ポリマー樹脂のガラス転移温度より高い温度で行われる。実施形態においては、合体方法を行うために、第３の反応器３は、約６０℃から約１２０℃又はそれ以上まで加熱される。第３の反応器３もまた、所望の合体温度まで予熱されることが好ましい。例えば、第１の反応器１及び／又は第２の反応器２において行われる動作中など、スラリーが第３の反応器３に導入される前に、この予熱を行うことができる。

さらに、凝集温度から合体温度までスラリーを加熱するのに必要とされる時間を最小にするのを助けるために、第２の反応器２と第３の反応器３との間に加熱手段を挿置することができる。この加熱手段を用いて、例えば、第２の反応器２と第３の反応器３との間での移送中に、スラリーの温度を凝集温度から合体温度まで完全に又は部分的に上げることができる。加熱手段が、スラリーの温度を、合体温度まで、或いは合体温度の約５度又は約１０度以内に上げることが好ましいが、合体温度を超えないことが好ましい。したがって、スラリーが第２の反応器２から第３の反応器３に充填されるとき、結果として得られるスラリーはより高い温度であり、所望の合体温度への該組み合わせられたスラリーの如何なる付加的な加熱も、さらに迅速になる。
必要に応じて、いずれかの好適な手段によって、組み合わせられたスラリーを所望の合体温度まで加熱するといった、何らかの次の温度調整を行うことができる。例えば、反応器の周りの従来の加熱ジャケットによって、残りの加熱を行うことができる。

第３の反応器３のこの予熱は、改善されたプロセス動作を可能にする。例えば、所望の合体温度をより迅速に達成することによって、粒子の合体は、遅い速度で開始し、凝集温度から合体温度まで温度が上がるにつれて合体速度を増すのではなく、より迅速に、かつ、一定の速度で生じるようになる。例えば、この実施形態において、凝集温度から合体温度までの加熱は、従来のプロセスが必要とするように数時間にわたるのではなく、数分又は瞬時に行うことができる。

別個の第２の反応器２及び第３の反応器３を使用する利点は、粗い粒子形成及び反応器の付着物が減少されることである。別個の反応器が用いられるので、第２の反応器の壁に付着する凝集粒子は、合体ステップに導入されない。すなわち、凝集粒子は壁上に存在せず、次に、壁から第３の反応器内のスラリーに落下し、よって、スラリー内の所望のトナーサイズの粒子と共に合体されない。さらに、凝集温度及び合体温度がより迅速に達成されるので、粒子の成長及び合体はより均一であり、より均一なサイズの粒子がもたらされ、粗い粒子は少なくなる。

さらに、反応器の付着物が極めて減少される。第２の反応器内の壁に付着された凝集粒子がそれ以上加熱されないので（例えば、合体温度において）、反応器の壁から付着物をずっと容易に除去することができる。例えば、極端な温度のトルエンのような、きつい化学薬品を用いる非常に長い処理を必要とするのではなく、単に脱イオン水をすすぐことによって、反応器の洗浄を行うことができる。したがって、処理の休止時間が著しく減少され、結果としてプロセス効率が増大する。
最終トナー粒子へのトナーサイズの粒子の所望の合体に続いて、合体方法が停止される。この方法は、例えば、スラリーの温度をポリマー樹脂のガラス転移温度より下に下げることによって停止させることができる。このことは、好ましくは冷却手段７を通して、第３の反応器３から、第１の反応器１を再使用する図示されるような第４の反応器４に、スラリーを排出することによって行うことができる。

第４の反応器（第１の反応器１として示される）を用いて、合体温度からほぼ室温すなわち周囲温度までトナー粒子を冷却する。冷却は、スラリーの温度をトナー粒子内に含まれる何らかのワックスの融点より下まで少なくとも迅速に下げること、続いて、さらなる処理のために室温又は他の温度までさらに冷却することを含むことが好ましい。温度がトナー粒子内に含まれる何らかのワックスの融点より下に下がるまで、ワックスがワックス結晶としてトナー粒子内で動き続け、粒子の表面上にワックス突起物を形成することがあるため、急速冷却すなわち急冷が望ましい。ワックス突起物の形成は、一般に望ましいことではなく、高品質のトナー粒子を提供するために、最小にされることが好ましい。
一般に、急速冷却により、スラリーの温度は、約６５℃又はそれより下に、或いは約６０℃又はそれより下に、及び、好ましくはトナー粒子内に含まれる何らかのワックスの融点より下に下げられる。

スラリーを合体温度から所望の冷却温度まで冷却又は急冷するために必要とされる時間を最小にするのを助けるために、第３の反応器３と第４の反応器（第１の反応器１として示される）との間に冷却手段７を挿置することができる。この冷却手段を用いて、例えば、第３の反応器３と第４の反応器（第１の反応器１として示される）との間での移送の際に、スラリーの温度を、合体温度から所望の冷却温度まで完全に又は部分的に下げることができる。冷却手段が、合体温度から、約６５℃又はそれより下のようなトナー粒子内に含まれる何らかのワックスの融点までスラリーの温度を下げることが好ましい。しかしながら、実施形態において、冷却手段を用いて、合体温度から約５０℃又はそれより下まで、約４０℃又はそれより下まで、或いはさらに約３０℃からそれより下までといった更なる範囲まで、スラリーの温度を下げることができる。
必要であれば、何らかの適切な手段によって、スラリーを室温又は周囲温度までさらに冷却するといった、何らかの次の温度調整を行うことができる。例えば、反応器の周りの従来の冷却ジャケットによって、残りの冷却を行うことができる。

合体温度からトナー粒子内に含まれる何らかのワックスの融点より下までの、このスラリーの迅速な冷却すなわちほとんど瞬間的な冷却により、改善されたプロセス動作が可能になる。例えば、所望の冷却温度をより迅速に達成することによって、温度がゆっくりと下がるにつれて長い期間にわたって減速するのではなく、粒子の合体がより均一に停止される。このことにより、より正確で均一な粒径の制御を有する迅速な方法が提供される。さらに、迅速な冷却は、トナー粒子の表面上へのワックス突起物の形成を防止又は最小にする。例えば、この実施形態において、合体温度からトナー粒子内に含まれる何れかワックスの融点より下までの冷却を、従来の方法に必要とされるように約１時間にわたるのではなく、数分又は瞬時に行うことができる。
本開示の方法及びシステムのさらなる利点は、粗い粒子の生成が回避されるか又は実質的に防止されることである。したがって、実施形態において、粗い粒子を除去するために、湿式ふるい分け動作のような、次に続く何らかの分類ステップを行う必要がなくなる。

本開示は、図の実施形態に制限されないことが明らかであろう。例えば、異なる数の別個の反応器を含む修正が含まれる。同様に、ポンプ、弁、吸気ポート及び排気ポート、温度制御及び監視装置、混合装置等のような付加的な部品を使用することができ、かつ、これらが容易に使用される。
さらに、明らかになり、理解されるように、反応器の部品の適切な混合を維持するために、上述の反応器ユニットの何れか又は全てが、適切な混合手段を含むことができる。

さらに、従来の乳濁液／凝集方法に基づいて、上の方法への他の修正が明らかになり、理解される。したがって、例えば、凝集及び合体ステップの制御のためにｐＨを制御するといった周知の目的のために周知の量で用いられるｐＨ調整剤の添加が可能になるように、上の方法を容易に修正することができる。同様に、例えば、凝集ステップと合体ステップとの間のラテックス乳濁液の形態のモノマー材料の第２の量の添加を可能にし、これにより、付加的なモノマーが凝集粒子の外側の周りに殻を設けられるように、プロセスを容易に修正することができる。

ＢＥＴ法によって測定されるトナー粒子は、約１．３ｍ²／ｇから約６．５ｍ²／ｇまでの表面積を有することが好ましい。シアン、イエロー、及びブラックのトナー粒子については、ＢＥＴ表面積は、２ｍ²／ｇより小さいことがより好ましく、好ましくは約１．４ｍ²／ｇから約１．８ｍ²／ｇまでであり、マゼンタトナーについては、約１．４ｍ²／ｇから約６．３ｍ²／ｇまでである。
トナー粒径を制御し、トナー中の微細な粒子及び粗い粒子の両方の量を制限することも望ましい。好ましい実施形態において、トナー粒子は、約１．１５から約１．３０まで、より好ましくは約１．２５より低い、小さい数の比の幾何標準偏差（ＧＳＤ）を有する非常に狭い粒径分布を有する。トナー粒子は、容積で、上の幾何標準偏差（ＧＳＤ）が、約１．１５から約１．３０まで、好ましくは約１．１８から約１．２２まで、より好ましく１．２５より下の範囲にあるようなサイズを有することも好ましい。また、好ましい実施形態において、トナー粒子は、１２．００ミクロンから５０．００ミクロンまでの間の容積％が１０％より小さく、好ましくは５％より小さい、粗い内容物を有する。

形状係数もまた、最適な機械性能を達成することができるトナーと関連した重要な制御プロセス・パラメータである。実施形態のトナー粒子は、約１０５から約１７０まで、より好ましくは約１１０から約１６０までの形状係数ＳＦ１^*ａを有することが好ましい。
実施形態のトナー粒子は、約０．９３０から約０．９９０まで、より好ましくは約０．９５０から約０．９８０までの円形度を有することが好ましい。

実施形態のトナー粒子はまた、約１２ｇ／１０分から約５０ｇ／１０分まで、より好ましくは約１５ｇ／１０分から約３５ｇ／１０分までのメルト・フロー・インデックスを有することが好ましい。
前記のものに加えて、実施形態のトナー粒子はまた、次のレオロジー特性及び流動性も有する。トナー粒子のバインダは、約１５，０００ダルトンから約９０，０００ダルトンまでの重量平均分子量Ｍｗを有することが望ましい。

全体的に見て、トナー粒子の実施形態は、約１７，０００ダルトンから約６０，０００ダルトンまでの範囲の重量平均分子量（Ｍｗ）、約９，０００ダルトンから約１８，０００ダルトンまでの数平均分子量（Ｍｎ）、約２．１から約１０までのＭＷＤを有することが好ましい。シアン及びイエローのトナーについては、トナー粒子は、約２２，０００ダルトンから約３８，０００ダルトンまでの重量平均分子量（Ｍｗ）、約９，０００ダルトンから約１３，０００ダルトンまでの数平均分子量（Ｍｎ）、約２．２から約３．３までのＭＷＤを示すことが好ましい。ブラック及びマゼンタについては、トナー粒子は、約２２，０００ダルトンから約３８，０００ダルトンまでの重量平均分子量（Ｍｗ）、約９，０００ダルトンから約１３，０００ダルトンまでの数平均分子量（Ｍｎ）、約２から約１０までのＭＷＤを示すことが好ましい。

さらに、実施形態のトナーが、ラテックス・バインダの分子量と乳濁液凝集手順に続いて得られたトナー粒子の分子量との間に特定の関係を有することが好ましい。分子ピークは、重量平均分子量の最高ピークを表す値である。実施形態において、バインダは、約２３，０００ダルトンから約２８，０００ダルトンまで、好ましくは約２３，５００ダルトンから約２７，５００ダルトンまでの範囲の分子ピーク（Ｍｐ）を有することが好ましい。このようなバインダから調製されたトナー粒子は、例えば、約２５，０００ダルトンから約３０，０００ダルトンまで、好ましくは約２６，０００ダルトンから約２７，８００ダルトンまでの高分子ピークを示し、分子ピークが、着色剤のような別の成分ではなく、バインダの特性によって推進されることを示す。

実施形態のトナーの別の特性は、何らかの外部添加剤を含む前の粒子の粘着性である。何らかの外部添加剤を含む前のトナー粒子の粘着性は、例えば、全ての色のトナーについて、約５５％から約９８％までとすることができる。
最終的に、トナー粒子は、約０．２２ｇ／ｃｃから約０．３４ｇ／ｃｃまでのかさ密度及び約３３から約５１までの圧縮率を有することが好ましい。

形成後に、実施形態のトナー粒子を外部添加剤と随意的にブレンドすることができる。いずれかの適切な表面添加剤を用いることもできる。外部表面添加剤として最も好ましいものは、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂及び酸化アルミニウムのような金属酸化物、並びに脂肪酸の金属塩（例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム）のような潤滑剤、或いはＵＮＩＬＩＮ（登録商標）７００のような長鎖アルコールの１つ又はそれ以上である。コーティングの有無にかかわらず、外部表面添加剤を用いることができる。
トナーは、例えば、約０．１重量パーセントから約５重量パーセントまでのチタニア、約０．１重量パーセントから約８重量パーセントまでのシリカ、及び約０．１重量パーセントから約４重量パーセントまでのステアリン酸亜鉛を含むことが最も好ましい。

トナー粒子をキャリア粒子と混合することによって、トナー粒子を随意的に現像剤組成物内にトナー粒子を随意的に配合することができる。本開示に従って調製されたトナー組成物と混合するために選択することのできるキャリア粒子の説明例は、摩擦電気によりトナー粒子のものと反対の極性の電荷を得ることができる粒子を含む。したがって、一実施形態においては、正に帯電したトナー粒子がキャリア粒子に付着し、該キャリア粒子を囲むために、キャリア粒子を、負の極性をもつように選択することができる。
コーティングの有無にかかわらず、選択されたキャリア粒子を用いることができる。

種々の好適な組み合わせにおいて、キャリア粒子をトナー粒子と混合することができる。トナー濃度は、通常、約２重量％から約１０重量％までのトナー、及び約９０重量％から約９８重量％までのキャリアである。しかしながら、異なるトナー百分率及びキャリア百分率を用いて、所望の特性を有する現像剤組成物を達成することもできる。
周知の静電画像形成方法において、実施形態のトナーを用いることができる。

スチレン／ｎ−ブチル・アクリレート（７９：２１の重量比）、水、界面活性剤を含むラテックス乳濁液が準備される。水中にＰＯＬＹＷＡＸ（登録商標）７２５を含むワックス乳濁液が準備される。また、Ｓｕｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社から得られるＢＬＵＥ１５．３顔料の水性分散液の顔料分散液も別個に準備される。顔料分散液は、アニオン性界面活性剤を含む。顔料分散液の内容物は、２６．５パーセントの顔料、２パーセントの界面活性剤、及び７１．５パーセントの水である。

オーバーヘッド式攪拌装置が装備された５ガロンの第１の反応器において、４２．６６パーセントの固形分を有する３７．６重量部のラテックス乳濁液、１８．２８パーセントの固形分を有する１３．７重量部のワックス乳濁液、２６．５パーセントの固形分を有する８．６重量部の顔料分散液、及び４０．１重量部の脱イオン水が混合される。この第１の反応器に添加された水は、このような乳濁液／凝集方法のために通常添加される脱イオン水の総量の半分に相当し、以下に説明されるように、残りは、第２の反応器に別個に添加される。成分は、オーバーヘッド式混合装置を用いて、高せん断攪拌により混合される。この混合物に対して、１０重量パーセントのポリ（塩化アルミニウム）及び９０ｗｔ．％ ０．０２Ｍ ＨＮＯ₃溶液からなる（反応器の内容物全体の）３．２重量部の凝固剤溶液が添加される。

反応器の内容物は、高せん断下のホモジナイザを通して、第１の反応器から第２の反応器内に即座に排出される。第２の反応器は、約４７℃に予熱され、同じく約４７℃に加熱された、上の第１の反応器から除かれた残りの量の脱イオン水を含む。第２の反応器の内容物は、オーバーヘッド式混合装置を用いて連続的に混合され、該反応器は、７５分間約４７℃で保持され、約５．０ミクロン及び容積＝１．２１のＧＳＤの粒子を生成し、実質的に粗い粒子は生成されない。
５．０ミクロンの平均粒径が達成されると、苛性材料を添加して粒子の成長を中止し、反応器の内容物が、熱交換器を通して第２の反応器から第３の反応器内に即座に排出される。第３の反応器は、約９７℃に予熱され、第３の反応器に導入する前に、熱交換器が、スラリー及び凝集粒子をほぼ瞬時に約９７℃に加熱する。第３の反応器の内容物は、オーバーヘッド式混合装置を用いて連続的に混合され、該反応器は、約９７℃で保持され、次に結果として生じる混合物が９７℃で５時間合体することが可能になる。粒子の形態は、滑らかな「ジャガイモ」形状である。

次に、第３の反応器内の合体粒子は、熱交換器を通して該第３の反応器から元の第１の反応器内に即座に排出される。第１の反応器は、おおよそ室温に維持され、該第１の反応器に導入する前に、熱交換器がスラリー及び凝集粒子をほぼ瞬時に約６１℃まで冷却する。次に、第１の反応器の内容物は、一体の冷却ジャケットによって室温まで冷却される。
冷却後であるが洗浄前の最終粒径は、１．２１のＧＳＤ_Vを有する５．９８ミクロンである。粒子は、室温で脱イオン水を用いて洗浄される。乾燥した粒子の最終平均粒径は、ＧＳＤ_V＝１．２０及びＧＳＤ_n＝１．２５の６．０６ミクロンである。
プロセスの際に実質的に粗い粒子は生成されないので、洗浄ステップの前に湿式ふるい分けステップを必要としない。

乳濁液／凝集方法のためのマルチ反応器の設定の実施形態を示す。

符号の説明

１、２、３：反応器
５：ホモジナイザ
６：加熱手段
７：冷却手段

Claims (2)

1. トナー粒子の製造方法であって、
   第１の反応器において、ラテックス乳濁液、及び着色剤乳濁液を混合して、スラリーを形成する工程、
   ホモジナイザを通して、前記スラリーを前記第１の反応器から第２の反応器に排出する工程、
   前記第２の反応器において前記スラリーを加熱し、前記スラリー内に凝集粒子を形成する工程、
   前記凝集粒子及びスラリーを、前記第２の反応器から第３の反応器に排出する工程、
   前記第３の反応器において前記凝集粒子及びスラリーを加熱し、該凝集粒子を合体してトナー粒子にする工程、
   前記トナー粒子及びスラリーを、前記第３の反応器から第４の反応器に排出する工程、 前記トナー粒子を冷却する工程、
   前記トナー粒子を洗浄し、乾燥する工程、
   を含み、
   前記第１の反応器、第２の反応器、第３の反応器、及び第４の反応器は、少なくとも２つの異なる反応器を備えることを特徴とする方法。
2. トナー粒子の製造方法であって、
   第１の反応器内で、ラテックス乳濁液、着色剤乳濁液、及びワックス乳濁液を含むスラリーを準備する工程、
   前記スラリーを均質化する工程、
   前記スラリーを、前記第１の反応器から凝集温度に予熱された第２の反応器に排出する工程、
   前記第２の反応器において前記スラリー内の粒子を凝集し、前記スラリー内に凝集粒子を形成する工程、
   前記凝集粒子及びスラリーを、該凝集粒子及びスラリーを合体温度まで加熱する加熱手段を通して第２の反応器から第３の反応器に排出する工程、
   前記第３の反応器において前記スラリー内の前記凝集粒子を合体してトナー粒子を形成する工程、
   前記トナー粒子及びスラリーをワックスの融点より低い温度に冷却する冷却手段を通して、該トナー粒子及びスラリーを前記第３の反応器から第４の反応器に排出する工程、
   前記トナー粒子を洗浄し、乾燥する工程、
   を含むことを特徴とする方法。

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