JP5367978B2

JP5367978B2 - トナー組成物

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Publication number: JP5367978B2
Application number: JP2007325791A
Authority: JP
Inventors: ライツェン; トンユフア; エムウルフクリストファー; チェンチー−ミン
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Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2013-12-11
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Description

本発明は、トナー組成物に関する。

トナーは、乳化凝集法により製造することができる。乳化凝集（ＥＡ）型トナーの調製方法は公知であり、トナーは乳化重合により形成されたラテックスポリマーとともに着色剤を凝集させることにより形成することができる。

トナーの系は通常２つのクラスに分類される。つまり、現像材料中に、摩擦電気によってそれに付着しているトナー粒子を有する磁性キャリア粒体を含む二成分系、および一般にトナーのみを用いる単成分系（ＳＤＣ）である。電場を介して画像の移動および現像を可能にするために粒子を帯電させることは、ほとんどの場合摩擦電気により達成される。摩擦電気の帯電は、二成分現像系においてトナーを大きなキャリアビーズと混合することによるか、または単成分系においてブレードとドナーロールとの間でトナーを擦り合わせることによって起こすことができる。

米国特許第５，８５３，９４３号明細書米国特許第５，２９０，６５４号明細書米国特許第５，２７８，０２０号明細書米国特許第５，３０８，７３４号明細書米国特許第５，３７０，９６３号明細書

粉末から作られる電子写真現像系を用いて「オフセット」印字品質を可能にするためには、小さなトナー粒子（直径約５μｍ）が望ましい。摩擦電気により帯電した小さなトナーの機能性は実証されているものの、そのような系の長期の安定性および信頼性に関して懸念が残っている。

トナーを帯電させるために摩擦電気を用いる現像系は、それが二成分系（トナーおよびキャリア）であろうと単成分（トナーのみ）であろうと、トナー粒子の表面に不均一な電荷分布を示す可能性がある。この不均一な電荷分布は、粒子上に局在した高い表面電荷密度による高い静電付着の結果であり得る。例えば、表面との接点またはその周辺の粒子上の帯電領域が多くを占める、摩擦帯電したトナーの静電付着力は、サイズが減少しても急速に低下しない。このいわゆる「電荷パッチ」効果により、摩擦電気により帯電したより小さな粒子を現像および制御することはさらに一層困難となる。また、摩擦電気はトナーの形成に用いられる材料の感受性のために予測できない可能性もある。

製造時間を減少させ、トナー粒子の帯電を見事に制御することを可能にする、トナーを製造するための改良された方法が依然として望ましい。

ラテックス、着色剤の水性分散物、および任意適用のワックス分散物を接触させてブレンドを形成する工程と、前記ブレンドをラテックスのガラス転移温度より低い温度で加熱して凝集したトナー粒子を形成する工程と、植物油脂肪酸のグリコールエステルを含む合一助剤を前記トナー粒子に添加し、それにより前記トナー粒子を合一させる工程と、合一したトナー粒子を回収する工程と、を含む、トナーを製造するための方法である。

本開示は、トナーを製造するための方法、およびそのような方法により製造されるトナーを提供する。実施形態では、本開示は、ラテックス、着色剤の水性分散物、および適用は任意のワックス分散物を接触させてブレンドを形成する工程、ブレンドをラテックスのガラス転移温度より低い温度で加熱して凝集したトナー粒子を形成する工程、反応性の合一助剤（coalescing agent）をトナー粒子に添加し、それによりトナー粒子を合一させる工程、および上記トナー粒子を回収する工程、を含むプロセスを提供する。実施形態では、適した反応性の合一助剤には、植物油脂肪酸のグリコールエステルが含まれる。

実施形態では、本開示には、着色剤およびラテックスポリマーコアを含むワックスを、場合によっては凝集剤および／または電荷添加剤とともにブレンドすること、および結果として生じる混合物をラテックスポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低い温度で加熱してトナーの大きさの凝集体を形成することによる、トナーの調製が含まれる。次に、第２のラテックスをシェルラテックスとして添加し、続いて塩基を添加し、冷却してよい。反応性の合一助剤はこの冷却工程の間に固体の約０．１重量パーセント〜固体の約５重量パーセントの量で添加してよい。その後、結果として生じる凝集体懸濁液をラテックスポリマーのＴｇ以上の温度で加熱するとコアおよびシェルの合一または融着がもたらされ、その後、トナー生成物を濾過などにより単離し、その後場合によっては洗浄し、また場合によってはオーブン、流動床乾燥機、凍結乾燥機、または噴霧乾燥機の中に入れるなどにより乾燥させる。

本開示のトナーは、ラテックスを色素と一緒に含んでよい。ラテックスは当業者の範囲内にある任意の方法により調製されてよいが、実施形態ではラテックスは乳化重合法により調製されてよく、トナーには乳化凝集トナーが含まれ得る。乳化凝集は、サブミクロンサイズのラテックスと色素粒子の両方がトナーの大きさの粒子へ凝集することを含み、その場合の粒子の大きさの成長は、例えば、実施形態では約３μｍから約１０μｍである。

ラテックスエマルジョンの調製に適した任意のモノマーを本プロセスに用いてよい。ラテックスエマルジョン、およびこのようにして得られるラテックスエマルジョン中のラテックス粒子の形成に有用な、適したモノマーとしては、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、その混合物などが挙げられる。

実施形態では、ラテックスの樹脂には少なくとも１種類のポリマーが含まれ得る。実施形態では、少なくとも１種類とは、約１〜約２０種類であってよく、実施形態では約３〜約１０種類であってよい。例示的なポリマーとしては、スチレンアクリレート類、スチレンブタジエン類、およびスチレンメタクリレート類が挙げられる。

ポリマーはブロック共重合体、ランダム共重合体、または交互共重合体であってよい。さらに、ビスフェノールＡおよび酸化プロピレンまたはプロピレンカーボネートの反応から得た、および特に結果として生じる生成物とフマル酸との反応がその後に続くポリエステルを含む、ポリエステル樹脂、ならびに、ジメチルテレフタレートと１，３−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、およびペンタエリスリトールとの反応から得られる分枝ポリエステル樹脂を用いてもよい。

実施形態では本開示のトナーのコアを形成するために用いられ得る第１のラテックスのガラス転移温度は、約４５℃〜約６５℃、実施形態では約４８℃〜約６２℃であってよい。

実施形態では、ラテックスは界面活性剤または共剤（co-surfactant）を含有する水相中で調製され得る。ラテックス分散物中に用いられ得る界面活性剤は、固体の約０．０１〜約１５重量パーセントの量、実施形態では固体の約０．１〜約５重量パーセントの量でのイオン性界面活性剤または非イオン性界面活性剤であってよい。

特定の界面活性剤またはその組合せならびに各々の成分の使用量の選択は、当業者の範囲内にある。

実施形態では、ラテックスの形成のためのイニシエータを添加してよい。イニシエータの例としては、水溶性イニシエータ、および有機可溶性イニシエータ（有機過酸化物およびＶアゾ（Ｖａｚｏ）過酸化物を含むアゾ化合物を含む）が挙げられる。イニシエータは、例えばモノマーの約０．１〜約８重量パーセント、さらに、実施形態ではモノマーの約０．２〜約５重量パーセントなどの適した量で添加してよい。

実施形態では、乳化重合が本開示に従って行われる場合にポリマーの分子量特性を制御するために、ドデカンチオール、オクタンチオール、四臭化炭素、その混合物などをはじめとする連鎖移動剤を、モノマーの約０．１〜約１０重量パーセントの量、さらに、実施形態では、モノマーの約０．２〜約５重量パーセントの量で用いてもよい。

一部の実施形態では、ｐＨ滴定剤を添加して乳化凝集プロセスの速度を制御することができる。本開示のプロセスで用いられるｐＨ滴定剤は、製造される生成物に悪影響を与えない任意の酸または塩基であってよい。適した塩基には、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、および場合によってはその混合物が含まれ得る。適した酸には、硝酸、硫酸、塩酸、クエン酸、酢酸、および場合によってはその混合物が含まれる。

乳化凝集プロセスでは、反応物質を適した反応装置、例えば混合容器に添加してよい。適切な量の少なくとも２種類のモノマー（実施形態では、約２〜約１０種類のモノマー）、安定剤、界面活性剤、あればイニシエータ、あれば連鎖移動剤、およびあればワックス、ならびにその他同種類のものを反応装置中で合わせ、乳化凝集プロセスを開始させてよい。乳化重合をもたらすために選択される反応条件には、例えば、約４５℃〜約１２０℃、実施形態では約６０℃〜約９０℃の温度が含まれる。実施形態では、重合は、ワックスを軟化させ、それにより分散を促進し、エマルジョン内に組みこむことを可能にするため、存在するいずれかのワックスの融点の約１０パーセント以内の高温下、例えば約６０℃〜約８５℃、実施形態では約６５℃〜約８０℃で起こり得る。

ナノメートルサイズの粒子は、例えば、ブルックヘブン（Brookhaven）ナノサイズ粒子アナライザーで測定して、体積平均径約５０ｎｍ〜約８００ｎｍの大きさで、実施形態では体積平均径約１００ｎｍ〜約４００ｎｍの大きさで形成され得る。

ラテックス粒子の形成後、ラテックス粒子を用いてトナーを形成してよい。実施形態では、トナーは、本開示のラテックス粒子と着色剤、ならびに１種類以上の添加剤（界面活性剤、凝固剤、ワックス、表面添加剤、および場合によってはその混合物など）の凝集および融着により調製される、乳化凝集型トナーである。

ラテックス粒子は着色剤分散物に添加することができる。着色剤分散物には、例えば、例えば体積平均径約５０〜約５００ナノメートルの大きさ、さらに、実施形態では、体積平均径約１００〜約４００ナノメートルの大きさのサブミクロンサイズの着色剤粒子が含まれ得る。着色剤粒子は、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、またはその混合物を含有する水相に懸濁することができる。実施形態では、界面活性剤はイオン性であってよく、着色剤の約１〜約２５重量パーセント、さらに、実施形態では着色剤の約４〜約１５重量パーセントであってよい。

本開示に従ってトナーを形成する際に有用な着色剤としては、顔料、染料、顔料および染料の混合物、顔料の混合物、染料の混合物などが挙げられる。着色剤は、例えば、カーボンブラック、シアン、イエロー、マゼンタ、レッド、オレンジ、ブラウン、グリーン、ブルー、バイオレット、またはそれらの混合物であってよい。

着色剤は、本開示のトナー中にトナーの約１〜約２５重量パーセントの量、実施形態ではトナーの約２〜約１５重量パーセントの量で存在し得る。

ワックス分散物もまた、本開示のトナーに添加することができる。

実施形態では、ワックスは官能化され得る。実施形態では、官能化されたワックスはアクリルポリマーエマルジョンであり得る。

ワックスは、トナーの約１〜約３０重量パーセント、さらに、実施形態ではトナーの約２〜約２０重量パーセントの量で存在し得る。

実施形態では、ラテックス粒子を形成する場合、ならびに／またはラテックス粒子を着色剤分散物および任意に適用し得るワックス分散物と合わせる場合、安定剤を含めることが好都合であり得る。適した安定剤としては、カルボン酸官能基を有するモノマーが挙げられる。このような安定剤は次式（Ｉ）からなり得る：

式（Ｉ）中、Ｒ４は水素またはメチル基であってよく、Ｒ５およびＲ６は同一であるかまたは異なっていてよく、独立に、約１〜約１２個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニル基から選択され、ｎは約０〜約２０、実施形態では約１〜約１０である。

実施形態では、カルボン酸官能基を有する安定剤は、より良い乳化重合結果物を得るために少量の金属イオン、例えばナトリウム、カリウムおよび／またはカルシウムも含めてよい。金属イオンは、カルボン酸官能基を有する安定剤の約０．０５〜約５重量パーセント、実施形態ではカルボン酸官能基を有する安定剤の約０．８〜約２重量パーセントの量で存在してよい。

安定剤は、存在する場合には、トナーの約０．０１〜約５重量パーセント、実施形態ではトナーの約０．０５〜約２重量パーセントの量で添加されてよい。

実施形態では、凝固剤は、ラテックスと着色剤の水性分散物を凝集させている間または凝集する前に添加してよい。凝固剤は、処理条件に応じて約１〜約２０分、実施形態では約１．２５〜約８分の時間をかけて添加され得る。

実施形態では、適した凝固剤としては、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリ臭化アルミニウム（polyaluminum bromide）、またはポリアルミニウムスルホシリケート（polyaluminum sulfosilicate）などの多価金属塩が挙げられる。多価金属塩は、硝酸の溶液中、またはその他の希釈酸溶液（硫酸、塩酸、クエン酸もしくは酢酸など）中に存在してよい。凝固剤は、トナーの約０．０２〜約２重量パーセント、さらに、実施形態ではトナーの約０．１〜約１．５重量パーセントの量で添加してよい。

錯化（complexation）を引き起こすことのできる任意の凝集剤を本開示のトナーの成形に用いてよい。アルカリ土類金属または遷移金属塩のどちらも凝集剤として利用できる。実施形態では、ナトリウムスルホン化ポリエステルコロイドを着色剤とともに凝集してトナー組成物の形成を可能にするために、アルカリ（ＩＩ）塩が選択され得る。

分散物中に、結果として生じるラテックスのブレンド（場合によっては着色剤分散物、任意に適用し得るワックス、任意に適用し得る凝固剤、および任意に適用し得る凝集剤を含有する）を、次に、攪拌し、ラテックスのＴｇより低い温度まで、実施形態では約３０℃〜約６０℃、実施形態では約４５℃〜約５５℃で、約０．２時間〜約６時間、実施形態では約０．５時間〜約２．５時間加熱し、体積平均径約３マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの大きさ、実施形態では体積平均径約４マイクロメートル〜約８マイクロメートルの大きさのトナー凝集体をもたらしてよい。

実施形態では、次に、適用任意のシェルを、凝集した粒子上に形成し得る。コアラテックスを形成するために用いられる上記のいずれのラテックスも、シェルラテックスを形成するために用い得る。実施形態では、スチレン−ｎ−ブチルアクリレート共重合体を用いてシェルラテックスが形成され得る。実施形態では、シェルを形成するために用いられるラテックスのガラス転移温度は約４５℃〜約７０℃、実施形態では約５０℃〜約６５℃である。

シェルラテックスは、用いられる場合、浸漬法、噴霧法などを含む、当業者の範囲内の任意の方法を適用し得る。シェルラテックスは、トナー粒子の所望の最終サイズ、実施形態では約３マイクロメートル〜約１２マイクロメートル、他の実施形態では約４マイクロメートル〜約８マイクロメートルが実現されるまで塗工し得る。他の実施形態では、トナー粒子は、インサイチュでシードされたラテックスの半連続式乳化共重合により調製され得る。従って、実施形態では、トナー粒子は、インサイチュでシードされたスチレンおよびｎ−ブチルアクリレート（ＢＡ）の半連続式乳化共重合により調製され得る。

一旦トナー粒子の所望の最終サイズが得られれば、混合物のｐＨは、塩基を用いて約３〜約７、さらに、実施形態では約４〜約６．８の値に調整してよい。塩基には、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、その組合せなど）、水酸化アンモニウム、その組合せなどの任意の適した塩基が含まれ得る。実施形態では、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を添加してｐＨを上記の所望の値に調整してよい。塩基は、混合物の約６〜約２５重量パーセント、実施形態では混合物の約１０〜約２０重量パーセントの量で添加してよい。

次に、反応性の合一助剤を粒子に添加してよい。適した反応性の合一助剤としては、例えば、グリコールエステル、実施形態では植物油から得た脂肪酸のグリコールエステルが挙げられる。適したグリコールとしては、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、その組合せなどが挙げられる。

ラテックス、着色剤、反応性の合一助剤、および任意に適用し得るワックスを含む混合物は、続いて合一される。合一工程には、約９０℃〜約９９℃、実施形態では約９０．５℃〜約９５℃の温度で、約０．５時間〜約４時間、さらに実施形態では約０．７５時間〜約３時間攪拌および加熱することが含まれ得る。合一工程は、任意の一般的なミキサー、ブレンダー、ホモジナイザーなどを用いて約６５ｒｐｍ〜約２００ｒｐｍ、実施形態では約９０ｒｐｍ〜約１３５ｒｐｍの速度でさらに攪拌することにより促進させてもよい。

次に、混合物のｐＨを、例えば酸で約３．５〜約６、さらに、実施形態では、約３．７〜約５．５に下げてトナー凝集体の合一を補助してよい。適した酸としては、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、クエン酸または酢酸が挙げられる。添加する酸の量は、混合物の約４〜約３０重量パーセント、さらに実施形態では混合物の約５〜約１５重量パーセントであってよい。

混合物は冷却または凍結工程で冷却される。冷却工程は、約２０℃〜約４０℃、実施形態では約２２℃〜約３０℃の温度で、約０．５時間〜約８時間、さらに実施形態では約１時間〜約５時間の間であってよい。

実施形態では、合一したトナースラリーを冷却する工程には、冷却媒体、例えば、氷、ドライアイスなどを添加してクエンチし、約２０℃〜約４０℃、さらに実施形態では約２２℃〜約３０℃の温度までの急速な冷却をもたらすことが含まれる。クエンチ工程（quenching）は少量のトナー、例えば、約２リットル未満、実施形態では約０．１リットル〜約１．５リットルなどについて実現可能であり得る。より大きな規模の処理、例えば約１０リットルを超える規模などには、トナー混合物の急速な冷却は、トナー混合物への冷却媒体の導入によるとしても、ジャケット付きの冷却反応装置（reactor cooling）の使用によるとしても実現可能でないか実用的でない。

コア／シェル型トナー粒子を形成するためにシェルラテックスが添加されている実施形態では、上記の冷却後、次に、凝集体懸濁液を、コアを形成するために用いられる第１のラテックスのＴｇおよびシェルを形成するために用いられる第２のラテックスのＴｇ以上の温度で加熱して、コアラテックスとシェルラテックスを融着させてよい。実施形態では、コアラテックスとシェルラテックスを融着させるために、凝集体懸濁液を約８０℃〜約１２０℃、実施形態では約８５℃〜約９８℃の温度で、約１時間〜約６時間、実施形態では約２時間〜約４時間、加熱し得る。

次に、トナースラリーが洗浄され得る。洗浄工程は約７〜約１２のｐＨで、さらに実施形態では約９〜約１１のｐＨで行ってよい。この洗浄工程は約３０℃〜約７０℃、さらに実施形態では約４０℃〜約６０℃の温度であってよい。洗浄工程には、濾過し、脱イオン水中のトナー粒子を含む濾過ケーキを再スラリー化することが含まれ得る。濾過ケーキは、脱イオン水により１回以上洗浄されるか、またはｐＨ約４の単一の脱イオン水洗液により洗浄され（このとき、スラリーのｐＨは酸で調整される）、場合によっては続いて脱イオン水で１回以上洗浄され得る。

乾燥工程は、約３５℃〜約７５℃、さらに実施形態では約４５℃〜約６０℃の温度で行われ得る。乾燥工程は、粒子の水分レベルが約１重量％、実施形態では約０．７重量％未満の規定目標よりも低くなるまで継続され得る。

結果として生じるトナー粒子は、反応性の合一助剤をトナー粒子の約０．１〜約１０重量パーセント、実施形態ではトナー粒子の約０．５〜約５重量パーセントの量で有してよい。

トナーはまた、電荷添加剤を例えば、トナーの約０．１〜約１０重量パーセント、実施形態ではトナーの約０．５〜約７重量パーセントの有効量で含んでよい。

トナーと組み合わせて良い、任意に適用し得るさらなる添加剤には、トナー組成物の特性を向上させる任意の添加剤が含まれる。含まれるものは、表面添加剤、増色剤などである。

本開示に従うトナーは、プリンタ、コピー機などを含む多様な画像形成装置で使用できる。本開示に従って生成されたトナーは画像形成プロセス、特に電子写真プロセスに優れ、優れた画像解像度、許容される信号対雑音比（signal-to-noise ratio）、および画像の均一性をもつ高品質のカラー画像を提供することが可能である。さらに、本開示のトナーは、デジタル画像形成システムおよびプロセスなどの電子写真の画像形成プロセスおよび印刷プロセスに選択され得る。

本開示のラテックスを用いて製造されたトナー粒子の大きさは約１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、実施形態では約２マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、実施形態では約３マイクロメートル〜約７マイクロメートルであり得る。本開示のトナー粒子の円形度は約０．９〜約０．９９、実施形態では約０．９２〜約０．９８であり得る。

本開示のトナー粒子はまた、体積平均粒径分布（ＧＳＤｖ）が約１．１５〜約１．４５、実施形態では約１．１７５〜約１．２７５の狭い粒径分布を有し得る。

本開示の粒子は、低いＢＥＴを含む最適な表面積を有する。粒子のＢＥＴとは、ＢＥＴ（ブルナウアー、エメット、テラー（Brunauer,Emmett,Teller））法を用いて測定される粒子の比表面積である。ＢＥＴ法は窒素を吸着質（adsorbate）として用いてトナー粒子の表面積を測定する。つまり、ＢＥＴ法には、適した量のトナー粒子（実施形態では約０．５グラム〜約１．５グラム）をＢＥＴ管に導入する工程、およびその後、分析の前に流動する窒素を用いて約２５℃〜約３５℃の温度で約１２時間〜約１８時間、サンプルを脱気する工程が含まれる。多点表面積は、窒素を吸着ガスとして用いて、約７０ケルビン〜約８４ケルビン（液体窒素（ＬＮ_２）を使用）で、約０．１〜約０．４、実施形態では約０．１５〜約０．３の相対圧レンジで測定され得る。約０．１５平方ナノメートル〜約０．１７平方ナノメートル（約１５平方オングストローム〜約１７平方オングストローム）、実施形態では約０．１６２平方ナノメートル（約１６．２平方オングストローム）の、窒素吸着質の断面積を用いて表面積が計算され得る。実施形態では、ＢＥＴデータはまた、約０．２〜約０．４、実施形態では約０．３の相対圧で測定および計算され得る。この解析を実行し、粒子のＢＥＴを測定するための様々な装置が商業的に入手可能である。そのような装置の一例は、マイクロメリティクス社（Micromeritics Instrument Corporation）（ジョージア州ノークロス）製のトライスター３０００（TriStar 3000）ガス吸着分析器（Gas Adsorption Analyzer）である。

本開示のラテックスで調製されたトナーは、ラテックスの疎水性が増加したことと、結果として生じる色素を含む樹脂の適合性が改善されたことに起因して、粒子ＢＥＴが約１ｍ^２／ｇ〜約５ｍ^２／ｇ、実施形態では約１．２ｍ^２／ｇ〜約２ｍ^２／ｇと有意に低く、ならびに、バッチ間の変動が約０．１〜約１ｍ^２／ｇ、実施形態ではバッチ間の変動が約０．２ｍ^２／ｇ程度の低さで、ＢＥＴ値の分布が狭いことが見出された。

従って、本開示のラテックスで調製されたトナーは、摩擦電気の変動性および乳化凝集トナーを用いる装置（engines）の洗浄の問題を含む、高い粒子ＢＥＴおよびＢＥＴ変動性に見られる問題を回避する。

安定な摩擦電荷は良好なトナー性能を可能にするために非常に重要である。本マゼンタ処方を含む、本トナーでの最大の課題の一つが親粒子（parent particle）ＢＥＴの制御である。高いＢＥＴは、不安定な（低い）摩擦電荷、および上色付け、ならびに洗浄ブレードのフィルミングの問題をもたらし得る。本開示のプロセスを用いると、優れたＢＥＴを有するトナーの製造時間を短縮することができ、それが次には、結果として生じるトナーの帯電特性の良好な制御を可能にする。

本開示のトナーは正の摩擦電荷を有し得る。実施形態では、本開示のトナーは、約２０〜約１００マイクロクーロン／グラム、実施形態では約３０〜約６０マイクロクーロン／グラムの摩擦電荷を有し得る。

本開示に従って製造されたトナーのメルトフローインデックス（ＭＦＩ）は、可塑度計の使用を含む、当業者の範囲内の方法により測定することができる。メルトフローインデックスは、印刷を現像するために用いられるトナーの、レオロジー、または粘弾性の正確な反映である。例えば、トナーのＭＦＩは、ティニアスオルセン（Tinius Olsen）押出式可塑度計で約１２５℃〜約１３５℃にて約５キログラム〜約２０キログラムの荷重を加えて測定することができる。次に、サンプルを、適切な時間、実施形態では約５分〜約７分間平衡させたメルトインデクサ（melt indexer）の加熱したバレルに分配し、次に約５ｋｇの荷重をメルトインデクサのピストンに加えることができる。ピストンに加えた荷重は溶融したサンプルを所定のオリフィス開口部に押し出す。ピストンが１インチ（２．５４ｃｍ）移動した時に試験の時間が測定され得る。メルトフローは、試験手順の間に得た時間、移動距離、および重量により計算され得る。

従って本明細書において用いられるＭＦＩには、実施形態では、例えば、指定された適用荷重で１０分間に長さＬおよび直径Ｄのオリフィスを通過するトナーの重量（グラム）が包含される。本開示に従って、トナーのＭＦＩを測定する条件は、温度約１３０℃および適用荷重約１６．６キログラムであり得る。従って、１のＭＦＩ単位は、指定された条件下で１０分間にオリフィスを通過したトナーがちょうど１グラムであることを示す。従って、本明細書において用いられる「ＭＦＩ単位」とは、１０分間あたりのグラム数の単位をさす。

本開示のラテックスで製造されたトナーのメルトフローインデックス（ＭＦＩ）は約５グラム／１０分（5 gm/10 min）〜約５０グラム／１０分、さらに実施形態では約８グラム／１０分〜約３５グラム／１０分である。

本開示の方法に付随する、本開示の方法に従って製造されたトナー粒子は、低いＢＥＴ、摩擦電荷を保持する優れた能力、および狭い粒径分布を有する。従来の乳化凝集ラテックスで調製されたトナーと比較して、本開示のトナー粒子はいくつかの利点を提供する。つまり、（１）同じ処理条件下で粒子の固有のＢＥＴが低い、（２）良好な粒子ＢＥＴ制御により粒子の摩擦帯電の強固性を向上させ、そのことがトナーの欠陥を低減し機械性能を向上させる、（３）既存の凝集／合一プロセスへの大きな変更がなく、実行が容易、（４）製造時間を削減し、再加工の必要性を減らす（品質が改善される）ことにより、生産性を向上させ、単位製造原価（ＵＭＣ）を低減する、という点である。

現像剤組成物は、本明細書に開示されるプロセスを用いて得たトナーと、コーティングされたキャリア（鋼、フェライトなど）を含む既知のキャリア粒子を混合することにより調製できる。キャリアはトナーの約２重量パーセント〜約８重量パーセント、実施形態ではトナーの約４重量パーセント〜約６重量パーセントであってよい。また、キャリア粒子には、その上にポリマー被覆（その中に導電性のカーボンブラックのような導電成分を分散させた、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）されたコアが含まれ得る。キャリア被覆剤としては、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ッ素重合体、帯電列において近接していない樹脂の混合物（ポリフッ化ビニリデンとアクリル樹脂など）、アクリル樹脂などの熱硬化性樹脂、それらの混合物およびその他の既知成分が挙げられる。

現像は、放電領域の現像によって生じ得る。放電領域の現像では、感光体が荷電され、次に現像されるべき領域が放電される。現像電界およびトナー帯電は、トナーが感光体上で帯電領域にはね返されて放電領域に引き付けられるようになっている。この現像プロセスはレーザースキャナに用いられている。

現像は、米国特許第２，８７４，０６３号に開示される磁気ブラシ現像法により達成してもよい。本方法は、本開示のトナーおよび磁性キャリア粒子を含有する現像材料を磁石により引き付けることを伴う。磁石の磁場は、ブラシ様の形状を有する磁性キャリアの配列を引き起こし、この「磁気ブラシ」は静電像を有する感光体の表面と接触する。トナー粒子は、感光体の放電領域に対する静電引力によりブラシから静電像へと引き出され、画像の現像が結果として生じる。実施形態では、現像剤に導電性のキャリア粒子が含まれ、キャリア粒子から感光体までのバイアス磁石間に電流を導くことのできる導電性磁気ブラシプロセスが使用される。

画像形成方法も本明細書に開示されるトナーに関して想定される。画像形成プロセスには、電子印刷磁気画像文字認識装置で画像を生成し、その後本開示のトナー組成物で画像を現像する工程が含まれる。静電手段による光導電性材料の表面への画像の形成および現像は周知である。基本的な電子写真法には、光導電性の絶縁層に均一な静電荷をかける工程、層に光および影像を当てて露光した層の領域の電荷を消散させる工程、および、結果として生じる静電潜像を、画像の上に微粉化した検電性物質、例えば、トナーを付着させることによって現像する工程が含まれる。トナーは通常、層の電荷を保持する領域に引き付けられ、それにより静電潜像に対応するトナー画像が形成される。次に、この粉末画像は紙などの支持体表面へ転写され得る。その後、転写された画像を支持体表面に熱で永久に貼り付ける。光導電層を均一に帯電させることによる潜像形成、およびその後層を光および影像に当てることの代わりに、層を画像構成の形に直接帯電させることによって潜像を形成することができる。その後、粉末画像を光導電層に固定して粉末画像の移動をなくす。その他の適した固定化手段（溶媒処理または上塗り処理など）を、前述の熱定着工程に置き換えてよい。

［実施例１］
固体含量約４１％、マイクロトラック社（MicroTrac,Inc.,）製マイクロトラック・ウルトラ・ファイン・パーティクル・アナライザ（Microtrac Ultra Fine Particle Analyzer）型番１５０で測定した粒径（Ｄ５０）約２００ｎｍ、およびウォーターズ・コーポレーション（Waters Corporation）製ウォーターズ・４１０示差屈折計（Waters 410 Differential Refractometer）を備えたウォーターズ２６９０分離モジュール（Waters 2690 Separation Module）を用いるゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定した重量平均分子量Ｍｗが約３８，０００（38k）の、約２５８グラムのポリスチレン−コ−ｎ−ブチルアクリレート−β−カルボキシエチルアクリレートラテックスを、約８０．３グラムの色素分散物ＰＲ１２２（マゼンタ色素）、約２０．１グラムのＰＲ１８５色素分散物（ＰＲ１８５はマゼンタ色素）、ベーカー・ペトロライト（Baker-Petrolite）からＰＯＬＹＷＡＸ７２５（登録商標）として市販されている約６０グラムの結晶性ポリエチレンワックス分散物、および約６７０グラムの脱イオン水と、２Ｌステンレス鋼反応装置へ添加することにより合わせ、卓上ホモジナイザー（bench homogenizer）（イカ社（IKA（登録商標）-Works）（ノースカロライナ州ウィルミントン）製ウルトラタラックスＴ５０・ベーシック（Model ULTRA-TURRAX（登録商標）T50 Basic）で約２０℃にて約１５分間混合した。

約２０グラムの約０．０２Ｎ硝酸中約２．２グラムのポリ（塩化アルミニウム）を約８分間にわたり滴下した。結果として生じる粘性のある混合物をホモジナイザーでさらに約２０分間連続して混合した。次に、混合物を機械攪拌機で約５５０ｒｐｍにて攪拌し、混合物の温度を約３５分間の間に約５０℃まで上昇させた。粒子が直径約６．２マイクロメートルの大きさに達した後で（レイソン・セル／マルチサイザ（Layson cell/Multisizer）測定システムにより測定）、約１４０グラムのシェルラテックス（上記のポリスチレン−コ−ｎ−ブチルアクリレート−β−カルボキシエチルアクリレートラテックスと同一物）を約１０分間にわたり滴下した。粒径が約７．２マイクロメートルに達した後で、約４重量％の水酸化ナトリウム溶液を添加することにより溶液のｐＨを約４．５に調節した。約１０分後、アーチャ−ダニエルズ−ミッドランド・カンパニ（Archer-Daniels-Midland Company（イリノイ州ディケータ）からＡＲＣＨＥＲＲＣ（商標）として市販されている反応性合一助剤、プロピレングリコールモノエステル約２グラムを添加した。約２０分後、混合物の温度を約３５分の間に約９４℃まで上昇させ、０．３Ｎ硝酸を添加することにより混合物のｐＨを約４に調整した。約９４℃の温度にて約１３０ｒｐｍで約６０分間攪拌した後、混合物を次に約５３℃まで冷却し、約４重量％の水酸化ナトリウム溶液を添加してｐＨを約１０に調整し、混合物の温度は約２０℃まで低下した。脱イオン水、０．３Ｎ硝酸および２回目の脱イオン水で洗浄した後、粒子を約４５℃で乾燥させた。結果として生じるトナー生成物は、コールター・カウンタ・マルチサイザＩＩ（Coulter Counter Multisizer II）粒径測定器で測定した体積メジアン粒径が約７．０６マイクロメートル、円形度が約０．９７８、そして体積平均粒度分布（ＧＳＤｖ）が約１．１９３であった。

［（対照）実施例２］
合一助剤を添加せず、調製には高い合一温度（約９６℃）および長い合一時間（約４．５時間）を用いたこと以外は、上の実施例１に説明したものと同じ処方および処理条件を用いてマゼンタトナー粒子を調製した。結果として生じるトナー粒子の体積メジアン粒径、円形度および体積平均粒度分布（ＧＳＤｖ）を上記の実施例１のようにコールター・カウンタ・マルチサイザＩＩ粒径測定器で測定した。

窒素を吸着質として使用する多点ＢＥＴ法を用いて、この対照トナーと上記実施例１に従って調製した本開示のトナーの両方のトナー粒子の表面積を測定した。およそ１グラムのサンプルを正確に秤量してＢＥＴ管に入れた。分析の前に、ＶａｃＰｒｅｐ０６１（ジョージア州ノークロスのマイクロメリティクス社より入手可能）で約３０℃の流動窒素を用いて約１２時間〜約１８時間の間、サンプルを脱気した。約７７ケルビン（ＬＮ_２）の窒素を吸着ガスとして用いて、相対圧範囲約０．１５〜約０．３で多点表面積を測定した。計算に用いた窒素吸着質の断面積は約１６．２平方オングストロームであった。一点ＢＥＴデータも報告され、相対圧およそ０．３で計算された。マイクロメリティクス社（ジョージア州ノークロス）製のトライスター３０００ガス吸着分析器でサンプルを解析した。

メルトフローインデックスは、指定された適用荷重１６．６キログラムで１０分間に長さＬおよび直径Ｄのオリフィスを通過するトナーの重量（グラム）を測定することにより決定した。ティニアスオルセン・メルトインデクサ装置を使用した。装置の望ましいサンプル温度設定点を約１３０℃に設定し、適当な適用荷重力は約１６．６ｋｇであった。次に、サンプルを、約６分間平衡させたメルトインデクサの加熱したバレルに分配し、次に指定された荷重をメルトインデクサのピストンに加えた。加えられた荷重はピストンの下向きの運動をもたらし、溶融したサンプルを所定のオリフィス開口部に押し出す。ピストンによる移動が予め決められた１インチと測定された時間を決定した。メルトフローを、試験手順の間に得た時間、移動距離、および重量を用いて計算した。

摩擦電荷は、約２．４グラムのトナーをとり、それを鈴鹿富士ゼロックス（ＳＦＸ）から市販されているＦＣ２７６キャリア約３０グラムとブレンドすることにより測定した。ブレンディングは４オンスのガラス瓶中で行った。トナーとキャリア成分のブレンディングの結果、トナー粒子が負に帯電し、キャリア粒子が正に帯電する相互作用がもたらされた。結果として生じる混合物のサンプルをゼロックス・コーポレイション製のロボットケージ（Robot Cage）に添加し、秤量した。計器用空気および真空源によって、トナーをキャリアから取り除いたが、キャリアは選別されたロボットケージに保持されたままであった。キャリアの残留電荷をクーロン・ケースリー社（Colulombs Keithley Instrumentｓ Inc.）製の電位計（クーロン）で（摩擦電荷に関して）検出した。残留電荷および吹き飛ばされたトナーの重量を用いて摩擦電荷（Tribo）を計算した。吹き飛ばされたトナーおよび保持されたキャリアの重量、トナー濃度は以下の通り計算した。

Ｔｒｉｂｏ（Ｑ／ｍ）＝Ｑ／Ｗ_ｔ
式中、Ｑは電荷（単位：マイクロクーロン）であり、Ｗ_ｔはトナーの重量である。

実施例１由来の合計３つのサンプル（実施例１Ａ、１Ｂ、および１Ｃと称される）を試験して結果の一貫性を判定した。トナー粒子のＢＥＴ、ＭＦＩ、およびその他の特性を下の表１にまとめる。

実施例２の対照トナーに関して、約０．９７１の円形度は約４．５時間後、粒径約７．０４マイクロメートル、およびＧＳＤｖ約１．２５５で達成された。上の表１から分かるように、反応性の合一助剤を有する３つのサンプル間の変動は最小限であった。

実施例２の対照トナー（合一助剤を含まない）と比較して、実施例１に記載されている反応性の合一助剤とともに調製された本開示のトナーは、さらに低い合一温度で（対照の約９６℃の代わりに、実施例１では約９４℃）、有意に減少した合一時間を要した（約４〜約５時間の合一で０．９７１の粒子円形度と比較して、わずか約１時間の合一で約０．９７８のマゼンタ粒子円形度）。実施例１に従って製造された本開示のトナー粒子はまた、体積平均粒度分布（ＧＳＤｖ）がより狭く、ＢＥＴがより低いことを実証した。最後に、本開示のトナーのメルトフローインデックス（ＭＦＩ）は対照トナーと比較してほぼ同じであり、凝集／合一プロセス中に添加される少量の合一助剤がその他のトナー特性に最小限の影響しか与えなかったことを示した。

実施例１および（対照）実施例２のサンプル中の揮発性物質の同定を、ヒューレット・パッカード社製のＨＰ６８９０でのヘッドスペースガスクロマトグラフィー／質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）を用いて行った。２つのトナーサンプルはサンプル中に存在する揮発性物質に関して非常に類似しており、凝集／合一プロセス中に反応性の合一助剤を使用するとさらなる揮発性の化合物がトナーに導入されないことが示唆された。

［実施例３］
実施例１のトナーを、同じ実施例１の反応性の合一助剤を用いて２０ガロンのバッチ２回分の製造に拡大し、上の実施例２に記載されるものと同じ方法を用いて試験した。反応物質の量は次の通りであった。約１２．９キログラムのポリスチレン−コ−ｎ−ブチルアクリレート−β−カルボキシエチルアクリレートラテックス、約２．７キログラムの色素分散物ＰＲ１２２（マゼンタ色素）、約２．７キログラムのＰＲ１８５色素分散物（ＰＲ１８５はマゼンタ色素）、ベーカー・ペトロライトからＰＯＬＹＷＡＸ７２５（登録商標）として市販されている結晶性ポリエチレンワックス分散物約３．７キログラム、約３０キログラムの脱イオン水、約１６２０グラムの約０．０２Ｎ硝酸中、約１８０グラムのポリ（塩化アルミニウム）、約６．９キログラムのシェルラテックス（上記のポリスチレン−コ−ｎ−ブチルアクリレート−β−カルボキシエチルアクリレートラテックスと同一物）、アーチャ−ダニエルズ−ミッドランド・カンパニ（イリノイ州ディケータ）からＡＲＣＨＥＲＲＣ（商標）として市販されている反応性合一助剤、プロピレングリコールモノエステル約５００グラム。実施例１からの反応条件（温度、ｐＨ、などを含む）をこの実施例にも用いた。プロセス上の問題点は観察されなかった。

反応性の合一助剤を用いずに調製されたトナーを対照として用いた。本実施例のトナーのサンプルが２種類調製された。第１のサンプルはＤＮＳ製のＰＲ１２２色素を用いた（実施例３Ａおよび対照Ａ）、第２のサンプルはＰＲ１２２色素、Ｓｕｎ製のＳｕｎ６８３２ＰＲ１２２色素を用いた（実施例３Ｂおよび対照Ｂ）。

上記表２に記載されている結果は、工業規模での本開示の実践の実現可能性を実証する。

当然ながら、上に開示される種々の特徴および機能ならびにその他の特徴および機能、またはその代替物は、任意のその他の異なる系または適用に望ましく組み合わせることができる。また、現在予見できないまたは予期しない代替物、変更、変形またはその改良点も後に当業者により作り出される可能性があるが、それらも以下の請求項に包含されることが意図される。請求項に具体的に列挙されている場合を除いて、請求項の工程または要素は、何らかの特定の順序、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いずれかの請求項からの意味を含むものではない。

Claims

ラテックス、着色剤の水性分散物、および任意適用のワックス分散物を接触させてブレンドを形成する工程と、
前記ブレンドをラテックスのガラス転移温度より低い温度で加熱して凝集したトナー粒子を形成する工程と、
植物油脂肪酸のグリコールエステルを含む合一助剤を前記トナー粒子に添加し、それにより前記トナー粒子を合一させる工程と、
合一したトナー粒子を回収する工程と、
を含む、方法。
前記凝集したトナー粒子に第２のラテックスを添加して前記トナー粒子を覆うシェルを形成し、それによりコア−シェルトナーを形成する工程と、
前記合一助剤をトナー粒子に添加する前に前記コア−シェルトナーを前記ラテックスの前記ガラス転移温度よりも高い温度で加熱する工程と、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。