JP5866212B2 - エマルジョン凝集トナー組成物 - Google Patents

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Description

本願に開示されるのはエマルジョン凝集プロセスによって調製され、望ましい荷電特性を示すトナーである。より詳細には、本願に開示されるのはシェル中に導電性成分を有するコア−シェル構造を有するエマルジョン凝集トナーである。
既知の組成物およびプロセスはその意図される目的に適しているが、改善された摩擦帯電性能を備えるトナーの必要性が依然としてある。さらに、誘電損失の少ないトナーが依然として必要とされる。さらに、改善された像品質を可能とするトナーが依然として必要とされる。また、まだらの少ない像を現像するトナーが依然として必要とされる。さらに、像形成部材から中間転写部材へ、および中間転写部材から紙または透明材料などの最終記録媒体への転写効率を含んで、良好な転写効率を発揮するトナーが依然として必要とされる。さらに、前述の特徴を発揮し、かつ比較的高濃度の着色剤を含有するトナーが依然として必要とされる。さらに、低減されたコストで製造され、かつ前述の特徴を発揮するトナーが依然として必要とされる。
図1は実施例2および比較例Bのトナーについて摩擦帯電対トナー濃度のプロットである。
本願に開示されるトナーは、トナーの形成に用いるのに適した任意の所望の、または適切な樹脂から調製することができる。それらの樹脂は、任意の適切なモノマーまたは複数のモノマーから作ることができる。樹脂の形成に有用な適切なモノマーは、スチレン、アクリラート、メタクリラート、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、エステル、ジオール、二酸、ジアミン、ジエステル、ジイソシアナート、それらの混合物等を含むが、これらに限定されない。
適切なポリエステル樹脂の例は、スルホン化物、非スルホン化物、結晶質、非晶質、その組み合わせ等を含むが、これらに限定されない。ポリエステル樹脂は、線形、分岐、その組み合わせ等とすることができる。ポリエステル樹脂は米国特許第6,593,049号および第6,756,176号に開示された樹脂を含むことができる。また、適切な樹脂は、米国特許第6,830,860号に開示された非晶質ポリエステル樹脂と結晶質ポリエステル樹脂の混合物も含む。
適切な結晶質樹脂の例は、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−ビニルアセタートコポリマー、ポリプロピレン等、ならびにそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。具体的な結晶質樹脂は、ポリ(エチレン−アジピン酸)、ポリ(プロピレン−アジピン酸)、ポリ(ブチレン−アジピン酸)、ポリ(ペンチレン−アジピン酸)、ポリ(ヘキシレン−アジピン酸)、ポリ(オクチレン−アジピン酸)、ポリ(エチレン−スクシン酸)、ポリ(プロピレン−スクシン酸)、ポリ(ブチレン−スクシン酸)、ポリ(ペンチレン−スクシン酸)、ポリ(ヘキシレン−スクシン酸)、ポリ(オクチレン−スクシン酸)、ポリ(エチレン−セバシン酸)、ポリ(プロピレン−セバシン酸)、ポリ(ブチレン−セバシン酸)、ポリ(ペンチレン−セバシン酸)、ポリ(ヘキシレン−セバシン酸)、ポリ(オクチレン−セバシン酸)、アルカリコポリ(5−スルホイソフタロイル)−コポリ(エチレン−アジピン酸)、ポリ(デシレン−セバシン酸)、ポリ(デシレン−デカン酸)、ポリ(エチレン−デカン酸)、ポリ(エチレン−ドデカン酸)、ポリ(ノニレン−セバシン酸)、ポリ(ノニレン−デカン酸)、コポリ(エチレン−フマル酸)−コポリ(エチレン−セバシン酸)、コポリ(エチレン−フマル酸)−コポリ(エチレン−デカン酸)、コポリ(エチレン−フマル酸)−コポリ(エチレン−ドデカン酸)等、ならびにそれらの混合物などのポリエステル系とすることができる。結晶質樹脂は任意の所望のまたは効果的な量で存在することができ、一実施形態において少なくとも約5重量%のトナー成分、他の実施形態において少なくとも約10重量%のトナー成分の、一実施形態において約50重量%を超えないトナー成分、他の実施形態において約35重量%を超えないトナー成分の量で存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。結晶質樹脂は、一実施形態において少なくとも約30℃、他の実施形態において少なくとも約50℃、一実施形態において約120℃を超えず、他の実施形態において約90℃を超えない任意の所望のまたは効果的な融点を有することができるが、融点はこれらの範囲外とすることができる。結晶質樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定して、一実施形態において少なくとも約1,000、他の実施形態において少なくとも約2,000、一実施形態において約50,000を超えず、他の実施形態において約25,000を超えない任意の所望のまたは効果的な数平均分子量(Mn)を有することができるが、Mnはこれらの範囲外とすることができ、Mwはポリスチレン標準を用いるゲル浸透クロマトグラフィーで測定して一実施形態において少なくとも約2,000、他の実施形態において少なくとも約3,000、一実施形態において約100,000を超えず、他の実施形態において約80,000を超えない任意の所望のまたは効果的な重量平均分子量(Mw)を有することができるが、これらの範囲外とすることができる。結晶質樹脂の分子量分布(Mw/Mn)は、一実施形態において少なくとも約2、他の実施形態において少なくとも約3、一実施形態において約6を超えず、他の実施形態において約4を超えない任意の所望のまたは効果的な量とすることができるが、分子量分布はこれらの範囲外とすることができる。
適切な非晶質樹脂の例は、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−ビニルアセタートコポリマー、ポリプロピレン等、ならびにその混合物を含む。用いることのできる非晶質樹脂の具体例は、ポリ(スチレン−アクリラート)樹脂、例えば、約10%〜約70%架橋したポリ(スチレン−アクリラート)樹脂、ポリ(スチレン−メタクリラート)樹脂、架橋したポリ(スチレン−メタクリラート)樹脂、ポリ(スチレン−ブタジエン)樹脂、架橋したポリ(スチレン−ブタジエン)樹脂、アルカリスルホン化−ポリエステル樹脂、分岐アルカリスルホン化−ポリエステル樹脂、アルカリスルホン化−ポリイミド樹脂、分岐アルカリスルホン化−ポリイミド樹脂、アルカリスルホン化−ポリ(スチレン−アクリラート)樹脂、架橋したアルカリスルホン化−ポリ(スチレン−アクリラート)樹脂、ポリ(スチレン−メタクリラート)樹脂、架橋したアルカリスルホン化−ポリ(スチレン−メタクリラート)樹脂、アルカリスルホン化−ポリ(スチレン−ブタジエン)樹脂、架橋したアルカリスルホン化−ポリ(スチレン−ブタジエン)樹脂等、ならびにその混合物を含むが、これらに限定されない。コポリ(エチレン−テレフタル酸)−コポリ(エチレン−5−スルホ−イソフタル酸)、コポリ(プロピレン−テレフタル酸)−コポリ(プロピレン−5−スルホ−イソフタル酸)、コポリ(ジエチレン−テレフタル酸)−コポリ(ジエチレン−5−スルホ−イソフタル酸)、コポリ(プロピレン−ジエチレン−テレフタル酸)−コポリ(プロピレン−ジエチレン−5−スルホ−イソフタル酸)、コポリ(プロピレン−ブチレン−テレフタル酸)−コポリ(プロピレン−ブチレン−5−スルホ−イソフタル酸)、コポリ(プロポキシル化ビスフェノール−A−フマル酸)−コポリ(プロポキシル化ビスフェノール−A−5スルホ−イソフタル酸)等、ならびにその混合物の金属またはアルカリ塩などのアルカリスルホン化ポリエステル樹脂は、実施形態に有用とすることができる。
また、不飽和ポリエステル樹脂も用いることができる。それらの樹脂の例は米国特許第6,063,827号に開示されたものを含む。例示的な不飽和ポリエステル樹脂は、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコフマル酸)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコフマル酸)、ポリ(ブチロキシル化ビスフェノールコフマル酸)、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フマル酸)、ポリ(1,2−プロピレンフマル酸)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコマレイン酸)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコマレイン酸)、ポリ(ブチロキシル化ビスフェノールコマレイン酸)、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マレイン酸)、ポリ(1,2−プロピレンマレイン酸)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノールコイタコン酸)、ポリ(エトキシル化ビスフェノールコイタコン酸)、ポリ(ブチロキシル化ビスフェノールコイタコン酸)、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イタコン酸)、ポリ(1,2−プロピレンイタコン酸)等、ならびにその混合物を含むが、これらに限定されない。
ひとつの特定の適切な非晶質ポリエステル樹脂は、以下の式を有するポリ(プロポキシル化ビスフェノールAコフマル酸)樹脂であり、
式中、mは約5〜約1000とすることができるが、mはこの範囲外とすることができる。それらの樹脂およびその製造プロセスの例は、米国特許第6,063,827号に記載されたものを含む。
また、米国特許第7,528,218号に開示されたポリエステル樹脂も適している。適切な樹脂の具体例は、(1)以下の二酸と以下のジオールの混合物の縮重合生成物であり、および、(2)以下の二酸と以下のジオールの混合物の縮重合生成物を含む。
ラテックス樹脂として用いることのできる線形プロポキシル化ビスフェノールAフマル酸樹脂の1例は、Resana S/A Industrias Quimicas、Sao Paulo Brazil製の商品名SPARIIとして入手可能である。用いることができ、市販されている他のプロポキシル化ビスフェノールAフマル酸樹脂は、Kao Corporation、Japan製のGTUFおよびFPESL、およびReichhold、Research Triangle Park、North Carolina製のEM181635等を含む。
また、適切な結晶質樹脂は米国特許第7,329,476号に開示されたものも含む。ひとつの特定の適切な結晶質樹脂はエチレングリコールおよびドデカン二酸と以下の式を有するフマル酸コモノマーの混合物を含み、式中、bは約5〜約2000であり、dは約5〜約2000であるが、bおよびdの値はこれらの範囲外とすることができる。
他の適切な結晶質樹脂は、以下の式のものであり、式中、nは繰り返しモノマーユニットの数を表す。
用いることのできる他の適切なラテックス樹脂またはポリマーの例は、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(メチルメタクリラート−ブタジエン)、ポリ(エチルメタクリラート−ブタジエン)、ポリ(プロピルメタクリラート−ブタジエン)、ポリ(ブチルメタクリラート−ブタジエン)、ポリ(メチルアクリラート−ブタジエン)、ポリ(エチルアクリラート−ブタジエン)、ポリ(プロピルアクリラート−ブタジエン)、ポリ(ブチルアクリラート−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(メチルメタクリラート−イソプレン)、ポリ(エチルメタクリラート−イソプレン)、ポリ(プロピルメタクリラート−イソプレン)、ポリ(ブチルメタクリラート−イソプレン)、ポリ(メチルアクリラート−イソプレン)、ポリ(エチルアクリラート−イソプレン)、ポリ(プロピルアクリラート−イソプレン)、ポリ(ブチルアクリラート−イソプレン)、ポリ(スチレン−プロピルアクリラート)、ポリ(スチレン−ブチルアクリラート)、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−ブチルアクリラート−アクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリラート−メタクリル酸)、ポリ(スチレン−ブチルアクリラート−アクリロニトリル)、およびポリ(スチレン−ブチルアクリラート−アクリロニトリル−アクリル酸)等ならびにその混合物を含むが、これらに限定されない。ポリマーはブロック、ランダム、または交互コポリマー、ならびにその組み合わせとすることができる。
エマルジョン凝集粒子を調製するエマルジョンは、例えば、米国特許公開第2007/0141494号、および第2009/0208864号に開示された無溶剤乳化法または相反転プロセスなど任意の所望のまたは効果的な方法によって調製することができる。
また、例えば、米国特許第7,029,817号に開示された溶剤蒸発法はエマルジョンの調製に適切である。
また、他の所望のまたは効果的な乳化プロセスも用いることができる。
トナー粒子は任意の所望のまたは効果的な方法によって調製することができる。トナー粒子製造に関する実施形態は、エマルジョン−凝集プロセスについて以下に説明されるが、米国特許第5,290,654号および第5,302,486号に開示された懸濁およびエンキャプシュレーションプロセスなどの化学プロセスを含んで、トナー粒子調製の任意の適切な方法を用いてもよい。トナー組成物およびトナー粒子は、凝集および合体プロセスによって調製することができ、小さなサイズの粒子は適切なトナー粒子サイズに凝集し、次いで合体して最終トナー粒子形状およびモルホロジーを達成する。
トナー組成物は、任意の着色剤、任意のワックス、任意の他の所望のまたは必要な添加剤、および上述の選択された樹脂および任意の界面活性剤を含むエマルジョンの混合物を凝集し、次いで凝集混合物の合体を含むエマルジョン−凝集プロセスによって調製することができる。混合物は樹脂を含有する2つ以上のエマルジョンの混合物とすることのできるエマルジョンに、任意の着色剤と任意のワックス、または任意に界面活性剤を含む分散物とすることのできる他の材料を加えることによって調製することができる。
また、場合によって、ワックスを樹脂および他のトナー成分を組み合わせてトナー粒子を形成することができる。含まれる場合、ワックスは、一実施形態において少なくとも約1重量%、他の実施形態において少なくとも約5重量%、一実施形態において約25重量%を超えず、他の実施形態において約20重量%を超えない任意の所望のまたは効果的な量存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。適切なワックスの例は(以下のものに限定されることなく)、例えば、一実施形態において少なくとも約500、および他の実施形態において少なくとも約1,000、および一実施形態において約20,000を超えず、他の実施形態において約10,000を超えない重量平均分子量を有するものを含むが、重量平均分子量はこれらの範囲外とすることができる。適切なワックスの例は、Allied ChemicalおよびPetrolite Corporationから市販されているものを含んで、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリブテンワックスなどのポリオレフィン、例えば、Baker Petrolite製のPOLYWAX(商標)ポリエチレンワックス、Michaelman,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 N−15(商標)、Sanyo Kasei K.K.から入手可能な低い重量平均分子量のポリプロピレンVISCOL 550−P(商標)等、カルナウバロウ、ライスワックス、キャンデリラワックス、スマックワックス、ホホバ油等、などの植物系ワックス、ミツバチワックス等などの動物系ワックス、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、微小結晶ワックス、Fischer−Tropschワックス等などの鉱物系および石油系ワックス、ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル等などの高級脂肪酸と高級アルコールから得られるエステルワックス、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、テトラベヘン酸ペンタエリスリトール等などの高級脂肪酸と一価または多価の低級アルコールから得られるエステルワックス、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等などの高級脂肪酸と多価アルコール多量体から得られるエステルワックス、モノステアリン酸ソルビタン等などのソルビタン高級脂肪酸エステルワックス、ステアリン酸コレステリル等などのコレステロール高級脂肪酸エステルワックス等、ならびにその混合物を含むが、これらに限定されない。適切な官能化ワックスの例は、アミン、アミド、例えばMicro Powder Inc.から入手可能なAQUA SUPERSLIP6550(商標)、SUPERSLIP6530(商標)、フッ素化ワックス、例えばMicro Powder Inc.から入手可能なPOLYFLUO190(商標)、POLYFLUO200(商標)、POLYSILK19(商標)、POLYSILK14(商標)、混合フッ素化アミドワックス、例えばMicro Powder Inc.から入手可能なMICROSPERSION19(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ポリマーエマルジョン、例えば、全てSC Johnson Waxから入手可能なJONCRYL74(商標)、89(商標)、130(商標)、537(商標)、および538(商標)、Allied Chemical、Petrolite Corporationおよび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等、ならびにその混合物を含むが、これらに限定されない。また、前述のワックスの混合物および組み合わせを用いることもできる。ワックスは、例えば溶融ロール剥離剤として含まれることができる。含まれる場合、ワックスは、一実施形態において少なくとも約1重量%、他の実施形態において少なくとも約5重量%、一実施形態において約25重量%を超えず、他の実施形態において約20重量%を超えない任意の所望のまたは効果的な量存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。
適切な着色剤の例は顔料、染料、その混合物等を含む。
着色剤は、トナー中に、一実施形態においてトナーの少なくとも約1重量%、他の実施形態においてトナーの少なくとも約2重量%、一実施形態においてトナーの約25重量%を超えず、他の実施形態においてトナーの約15重量%を超えない任意の所望のまたは効果的な量存在することができるが、量はこれらの範囲外とすることができる。
ひとつの特定の実施形態において、トナーは、ひとつの特定の実施形態においてトナーの少なくとも約2重量%、他の実施形態においてトナーの少なくとも約6重量、さらに他の実施形態量においてトナーの少なくとも約7重量%、一実施形態においてトナーの約25重量%を超えず、他の実施形態においてトナーの約20重量%を超えず、さらに他の実施形態においてトナーの約15重量%を超えない特に多量の導電性顔料を含むが、量はこれらの範囲外とすることができる。
トナー中の少なくとも1つの着色剤は導電性である。「導電性」は一実施形態において少なくとも約10−6オーム−1cm−1、他の実施形態において少なくとも約10−1オーム−1cm−1、一実施形態において約10オーム−1cm−1を超えず、他の実施形態において約10オーム−1cm−1を超えず、さらに他の実施形態において約10オーム−1cm−1を超えないことを意味するが、顔料の導電性はこれらの範囲外とすることができる。
適切な導電性顔料の例は、カーボンブラック、マグネタイト、NANOGAPナノ粒子銀 NGAP NP Ag−2103、NGAP NP Ag−2104―W、NGAP NP Ag−2106−W、NGAP NP Ag−2111などの銀および金のサブミクロンまたはナノ粒子を含む金属顔料、Atlanta、GaのnGimatTM Co.製CoAlOなどの導電性顔料、P.M.T. Cavalcantea、M.Dondib、G.Guarinib、M.Raimondob、G.BaldicによるDyes and Pigments、第80巻、第2版、2009年2月、226〜232頁に説明されたCoAl、Au、TiO、CrO、SbO、CoFeナノ顔料、およびPR81.2ローダミン顔料などの導電性染料成分を含有しまたは滲出することのできるローダミン染料または顔料などの導電性染料等、ならびにその混合物を含む。
得られる混合物のpHは酸で調節することができる。特定の実施形態において、混合物のpHは約2〜約4.5に調節することができるが、pHはこの範囲外とすることができる。さらに、望むならば、混合物は均質化することができる。
上の混合物の調製に続いて、凝集剤を混合物に加えることができる。任意の所望のまたは効果的な凝集剤を用いてトナーを形成することができる。適切な凝集剤は、二価カチオンまたは多価カチオンの水性溶液を含むが、これらに限定されない。凝集剤の具体例は、ポリ塩化アルミニウム(PAC)などのポリハロゲン化アルミニウム、または対応する臭化物、フッ化物、またはヨウ化物、ポリスルホケイ酸アルミニウム(PASS)などのポリケイ酸アルミニウム、および水溶性金属塩、ならびにその混合物を含む。特定の実施形態において、凝集剤は樹脂のガラス転位温度(Tg)以下の温度で混合物に加えることができる。
凝集剤の添加に続く粒子の成長および成形は任意の適切な条件下で行うことができる。例えば、成長および成形は凝集が合体と分離して起きる条件下で行うことができる。分離凝集および合体段階で、凝集プロセスは、例えば、約40℃〜約90℃の高温、実施形態において約45℃〜約80℃の剪断条件下で行うことができ、これは上で説明した樹脂のガラス転位温度以下とすることができる。
次いで形成された凝集トナー粒子にシェルを加えることができる。上で説明したコア樹脂に適切な任意の樹脂をシェル樹脂として用いることができる。シェル樹脂は任意の所望のまたは効果的な方法によって凝集粒子に加えることができる。例えば、シェル樹脂は界面活性剤を含むエマルジョン中とすることができる。上で説明した凝集粒子は、シェル樹脂が形成された凝集物の上にシェルを形成するように、前記シェル樹脂エマルジョンと結合することができる。ひとつの特定の実施形態において、非晶質ポリエステルを用いて凝集物の上にシェルを形成し、コア−シェル形態を有するトナー粒子を形成することができる。
1つの特定の実施形態において、シェルはコアに見出される同じ非晶質樹脂または複数の樹脂を含む。例えば、コアが1つ、2つ、またはそれ以上の非晶質樹脂と、1つ、2つ、またはそれ以上の結晶質樹脂を含む場合、この実施形態においてシェルは同じ非晶質樹脂またはコアに見出される複数の非晶質樹脂の混合物を含む。いくつかの実施形態において、非晶質樹脂の割合はコアにおいてシェルとは異なることができる。
シェルおよびコアは両方とも着色剤を含む。着色剤は、シェル中に、一実施形態において、シェルの少なくとも約0.5重量%、他の実施形態においてシェルの少なくとも約1重量%、さらに他の実施形態においてシェルの少なくとも約2重量%、一実施形態においてシェルの約15重量%を超えず、他の実施形態においてシェルの約10重量%を超えず、さらに他の実施形態においてシェルの約5重量%を超えない任意の所望のまたは効果的な量存在するが、量はこれらの範囲外とすることができる。
ひとつの特定の実施形態において、シェル中の着色剤の量は、コア中の着色剤の量の少なくとも約10重量%、他の実施形態においてコア中の着色剤の量の少なくとも約20重量%、さらに他の実施形態においてコア中の着色剤の量の少なくとも約50重量%、一実施形態においてシェル中の着色剤の量は、コア中の着色剤の量の約100重量%を超えず、他の一実施形態においてコア中の着色剤の量の約70重量%を超えず、さらに他の実施形態においてコア中の着色剤の量の約60重量%を超えないが、量はこれらの範囲外とすることができる。
ひとつの特定の実施形態において、シェルおよびコアは同じ着色剤を含む。他の特定の実施形態において、シェルは第1の着色剤を含み、コアは第1着色剤とは異なる第2の着色剤を含む。
ひとつの特定の実施形態において、着色剤は顔料である。他の特定の実施形態において、着色剤は染料である。さらに他の特定の実施形態において、着色剤は染料と顔料の混合物である。第1着色剤と第2着色剤が互いに異なるとき、一方または両方の着色剤はこれらの3つの実施形態のいずれかとすることができる。
トナー粒子の所望の最終サイズが達成されると、混合物のpHは一実施形態において約6〜約10、他の実施形態において約6.2〜約7の値に塩基で調節することができるが、これらの範囲外のpHを用いることができる。pHの調節はトナーの成長を凍結、すなわち停止するのに用いることができる。
上に述べたシェルの形成に伴う所望の粒子サイズへの凝集に続いて、次に粒子は所望の最終形状に合体することができ、合体は、例えば、混合物を任意の所望のまたは効果的な温度に加熱することによって達成され、温度は結合剤のために用いられる樹脂の関数であると理解される。
また、トナー粒子は所望により他の任意の添加剤を含むことができる。例えば、トナーは正または負の電荷制御剤を含むことができる。それらの電荷制御剤は上述のシェル樹脂と同時に、またはシェル樹脂の添加後に加えることができる。
また、流れ助剤を含んで、外部添加粒子をトナー粒子に混合することができる。この場合も、これらの添加剤は上述のシェル樹脂と同時に、またはシェル樹脂の添加後に加えることができる。
トナー粒子は現像組成物に処方することができる。トナー粒子は2成分現像組成物を得るために担体粒子と混合することができる。現像剤中のトナーの濃度は、現像剤の総重量に対して、一実施形態において少なくとも約1重量%、他の実施形態において少なくとも約重量2%、一実施形態において約25重量%を超えず、他の実施形態において約15重量%を超えない任意の所望のまたは効果的な濃度とすることができるが、これらの範囲外の量を用いることができる。
トナー粒子は、一実施形態において少なくとも約0.920、他の実施形態において少なくとも約0.940、また他の実施形態において少なくとも約0.962、さらに他の実施形態において少なくとも約0.965、一実施形態において約0.999を超えず、他の実施形態において約0.990を超えず、さらに他の実施形態において約0.980を超えない円形度を有するが、値はこれらの範囲外とすることができる。1.000の円形度は完全に円形の球を示す。円形度は、例えば、Sysmex FPIA2100アナライザーで測定することができる。
エマルジョン凝集プロセスはトナー粒子サイズの分布を大きく制御し、トナー中の微細および粗大トナー粒子の両方の量を制限することができる。トナー粒子は、一実施形態において少なくとも約1.15、他の実施形態において少なくとも約1.18、さらに他の実施形態において少なくとも約1.20、および一実施形態において約1.40を超えず、他の実施形態において約1.35を超えず、さらに他の実施形態において約1.30を超えず、さらに他の実施形態において約1.25を超えない幾何標準偏差(GSDn)の小さな数値比の比較的狭い粒子サイズ分布を有することができるが、値はこれらの範囲外とすることができる。
トナー粒子は、一実施形態において、少なくとも約3μm、他の実施形態において少なくとも約4μm、およびさらに他の実施形態において少なくとも約5μm、および一実施形態において約25μmを超えず、他の実施形態において約15μmを超えず、およびさらに他の実施形態において約12μmを超えない体積平均径(「体積平均粒子径」または「D50v」とも呼ばれる)を有するが、値はこれらの範囲外とすることができる。D50v、GSDv、およびGSDnは製造者の手順書に従って運転されるBeckman Coulter Multisizer 3などの測定機器を用いて求めることができる。代表的なサンプリングは以下のように行うことができる。少量のトナーサンプル約1グラムを得て25マイクロメートルのスクリーンを通して濾過することができ、次いで等張液に入れて約10%の濃度を得て、次いでサンプルをBeckman Coulter Multisizer 3中に投入する。
トナー粒子は、一実施形態において少なくとも約105、および他の実施形態において少なくとも約110、および一実施形態において約170を超えず、他の実施形態において約160を超えない形状ファクターSF1*aを有することができるが、値はこれらの範囲外とすることができる。走査電子顕微鏡(SEM)を用いて、SEMおよび像解析(IA)によるトナーの形状ファクター解析を決定することができる。平均粒子形状は、次の形状ファクター(SF1*a)式:SF1*a=00πd2/(4A)を用いることによって定量化され、式中、Aは粒子の面積であり、dはその長軸である。完全に円形の、または球状の粒子は正確に100の形状ファクターを有する。形状ファクターSF1*aは、形状がより大きな表面積で、より不規則な、または引き延ばされた形状になると増加する。
トナー粒子の特性は任意の適切な技術および機器で決定することができ、および上で示した機器および技術に制限されない。
トナー粒子は、一実施形態において約70を超えず、他の実施形態において約50を超えず、およびさらに他の実施形態において約40を超えないトナー粒子の導電性の測定値である誘電損失値を有するが、値はこれらの範囲外とすることができる。
比較例A
黒いエマルジョン凝集トナーが2Lのベンチスケールで(乾燥理論的トナー175g)調製された。2つの非晶質ポリエステルエマルジョン(エマルジョン(ポリエステルエマルジョンA)中、約19,400のMw、約5,000のMn、および約60℃で始まるTg、約35%の固体を有する非晶質ポリエステル樹脂97gと、エマルジョン(ポリエステルエマルジョンB)中、約86,000の重量平均分子量(Mw)、約5,600の数平均分子量(Mn)、約56℃のガラス転位開始温度(Tg開始)、約35%の固体を有する非晶質ポリエステル樹脂101g)と、結晶質ポリエステルエマルジョン34g(約23,300のMw、約10,500のMn、約71℃の溶融温度(Tm)、および約35.4%の固体を有する)と、5.06gの界面活性剤(DOWFAX2A1)と、約90℃のTm、約30%の固体を有する、エマルジョン中51gのポリエチレンワックスと、96gの黒顔料分散物(NIPEX−35、Evonik Degussa、Parsippany、New Jerseyから得られる)と、16gのシアン顔料分散物(Pigment Blue 15:3、約17%の固体、Sun Chemical Corporationから得られる)が混合された。両方の非晶質樹脂は、以下の式のものであり、式中、mは約5〜約1000である。
結晶質樹脂は、以下の式のものであり、式中bは約5〜約2000であり、dは約5〜約2000である。
その後、pHは0.3Mの硝酸で4.2に調節された。次いで、凝固剤(3.14gのAl(SOを36.1gの脱イオン水に混合)中に加えながら、スラリーは3000〜4000rpmで計5分間均質化された。次いで、スラリーは2LのBuchi反応器に移し、460rpmで混合するよう設定した。その後、スラリーを42℃のバッチ温度で凝集した。凝集の間、コア中と同じ非晶質エマルジョンを含むシェルは硝酸で3.3にpH調節され、バッチに加えられた。次いで、バッチを継続して目標の粒子サイズを達成した。目標粒子サイズでNaOHおよびEDTAを用いてpH7.8に調節されると、凝集ステップは停止された。プロセスは反応器温度を85℃に上昇させて継続し、所望の温度でpH5.7の酢酸ナトリウム/酢酸緩衝液を用いてpH6.5に調節され、粒子は合体を始めた。約2時間後に、粒子は>0.965の円形度を達成し、氷で急冷された。トナーは室温で3回の脱イオン水洗浄で洗浄され、冷凍乾燥ユニットを用いて乾燥された。最終トナー粒子サイズ、GSDvおよびGSDnは、それぞれ5.48μm、1.19、1.21であった。微細(1.3〜4μm)、粗大(>16μm)、および円形度は14.03%、0.87%、および0.977であった。
実施例1
トナーコアの調製中、黒顔料96gの替りに85gを用いたことを除いて、およびシェルも2つの非晶質ポリエステルに加えて11gの黒顔料を含んだことを除いて、比較例Aのプロセスが繰り返された。最終トナー粒子サイズ、GSDvおよびGSDnは、それぞれ5.71μm、1.20、1.26であった。微細(1.3〜4μm)、粗大(>16μm)、および円形度は17.47%、0.6%、および0.976であった。
比較例B
黒いエマルジョン凝集トナーが20ガロンのパイロット規模(11gの乾燥理論的トナー)で調製された。2%の界面活性剤(DOWFAX 2A1)を含む2つの非晶質エマルジョン(7kgの非晶質ポリエステルAと7kgの非晶質ポリエステルB)、2%の界面活性剤(DOWFAX 2A1)を含む2kgの結晶質エマルジョン、3kgのワックス(IGI)、6kgの黒顔料(NIPEX−35)、および917gのシアン顔料(Pigment Blue 15:3分散物)を反応器中で混合し、続いて0.3Mの硝酸を用いてpH4.2に調節した。次いで、スラリーは、キャビトロンホモジェナイザによって循環ループを用いて計60分間均質化され、最初の8分間に36.5gの脱イオン水と混合された2.96gのAl(SOからなる凝固剤をインラインに加えた。全ての凝固剤が加えられた後、反応器のrpmは100rpmから300rpmで混合するように増加された。次いでスラリーは42℃のバッチ温度で凝集させた。凝集の間、コアと同じ非晶質エマルジョンを含むシェルが硝酸でpH3.3に調節され、バッチに加えられた。その後、バッチは目標粒子サイズを得るためにさらに加熱された。目標粒子サイズでNaOHおよびEDTAを用いてpH7.8に調節されると、凝集は停止された。プロセスは反応器温度を85℃に上昇させて継続した。所望の温度で、pH5.7の酢酸ナトリウム/酢酸緩衝剤を用いて、粒子が合体を開始するpH6.8に調節された。約2時間後、粒子は>0.965を達成し、熱交換機を用いて急冷された。トナーは室温で3回脱イオン水洗浄で洗われ、Aljet「Thermajet」乾燥機モデル4を用いて乾燥された。最終トナー粒子サイズ、GSDvおよびGSDnは、それぞれ5.31μm、1.22、1.23であった。微細(1.3〜4μm)、粗大(>16μm)、および円形度は22.92%、0.05%、および0.969であった。
実施例2
トナーコアの調製中に、黒顔料6kgの替りに5.3kgを用いたことを除いて、およびシェルも2つの非晶質ポリエステルに加えて700gの黒顔料を含んだことを除いて、比較例Bのプロセスが繰り返された。最終トナー粒子サイズ、GSDvおよびGSDnは、それぞれ5.20μm、1.20、1.23であった。微細(1.3〜4μm)、粗大(>16μm)、および円形度は22.73%、0%、および0.972であった。
トナー荷電結果は、XEROX(登録商標)700担体を用いて総現像剤の重量に対して5%トナー濃度で現像剤を調製することで得られた。分離したサンプルを、約10℃/15%相対湿度の低湿度ゾーン(Cゾーン)中、および約28℃/85%相対湿度の高湿度ゾーン(Aゾーン)中に一夜調節した後、現像剤はTurbulaミキサー中で60分間荷電した。トナー電荷は直径に対する電荷比q/dの形で測定された。q/dは100V/cmの電場を備える電荷スペクトログラフを用いて測定され、トナー電荷分布の中間点として視覚的に測定された。電荷はゼロ線からの移動をミリメートルで記録された。(mm移動は0.092を乗ずることによってフェムトクーロン/ミクロン(fC/μm)に変換することができる。)
また、遮蔽された1メートルのBNCケーブルを経由してHP4263B LCRメーターに接続された特製の工具中で誘電損失が測定された。再現性と一貫性を確保するために、1グラムのトナー(Cゾーンで24時間調整された)を直径2インチの金型中に置き、精密粉砕プランジャーによって約2000psiで2分間プレスした。次いで、プランジャー(ひとつの電極として働く)との接触を保ちながら、ペレットは金型からバネ装填された支持体上に押し出され、これはペレットを圧力下に保ち、対抗電極としても働いた。装備された電流は追加の接点材料(スズ箔またはグリースなど)を用いる必要性を省き、ペレット厚さのインシトゥー測定を可能にした。誘電率および誘電損失は周波数100kHzおよび1VACでキャパシタンス(Cp)および損失ファクター(D)を測定することによって求めた。測定は環境条件下で行われた。
誘電率は、 E’=[Cp(pF)×厚さ(mm)]/[8.854×有効A(m)]で計算される。
式中、8.854は真空の誘電率イプシロン(o)であるが、Cpはファラッドではなくピコファラッドであり、厚さはmm(メートルではない)ことを考慮した単位であった。有効Aはサンプルの有効面積であった。誘電損失は、E*誘電正接(サンプル中にどれだけの電気的散逸があったか(キャパシタがどの程度漏れたか))であった。これを1000倍して値を単純化した。したがって、70に記録された誘電損失値は、70×10−3または0.070の誘電損失を示す。
比較例AとB、および実施例1と2で調製したトナーについてトナーの荷電結果および誘電損失値は以下の表に示される。低湿度ゾーン(Cゾーン)は約10℃/15%RHであるが、高湿度ゾーン(Aゾーン)は約28℃/85RHである。
データが示すように、シェル中に顔料を含むトナーは少なくとも25%低減した誘電損失を示し、摩擦帯電特性において変化は比較的小さかった。
比較例Bおよび実施例2のトナーは、まだらおよび第2転写効率を測定する試験をさらに実施した。NMFはまだら頻度におけるノイズを表し、これは1〜5mmの空間規模での2D輝度(L*)変化を測定する。NMFはIQAF(像品質解析設備)で測定され、これは米国特許第6,571,000号、第6,606,395号、および第7,382,507号に記載される装置化された像品質測定のための自動システムである。試験目標は約70×70mmのサイズを有する任意の色の平坦なフィールドであり、小さなサイズの面積は精度が良くない(妥当な精度のためには大きなサイズが必要である)。典型的な試験を行うために、最初に、100%、80%、60%、40%、20%、および10%のパッチを含む6つの異なる密度レベルを含む印刷パターンを用いて像品質印刷を生成させる。次いで、印刷はEpson GT30000スキャナを用いて走査される。次いで、走査された像はIQAFソフトウェアによって解析され、各6パッチについてエクセルファイルに記録が取られる。以下は固体(100%面積をカバーする)についてのNMF値の記録である。第2の転写効率は、紙の上の単位面積当たりのトナー質量(TMA)と転写ベルト上のトナー質量(TMA)との比として定義される。一連の0.5cm×10cmの固体パッチがプリンターに送られた。プリンターは印刷中に中間転写ベルト上および紙の上の未溶融像を得るために強固に停止させられた。ベルト上のTMAはテープ転写法を用いて測定された。透明テープの重量が最初に測定され、続いてテープを用いてベルト上のトナーの全パッチを得てテープの重量を再び測定した。したがって、重量差は1パッチのトナーの重量である。ベルト上のTMAは面積5cmに対するパッチの重量の比である。紙上のTMAは吹き払い法で測定された。紙はパッチをのせて切断され、質量は未溶融トナーが吹き払われる前後に得られた。紙上のパッチの重量は重量差であり、紙上のTMAはこの場合も、面積に対するパッチの重量比である。したがって、第2転写効率は、ベルト上のTMAに対する紙上のTMAの比を100倍してパーセントを得る。結果は以下の表に示される
まだらは担体および100%全固体面積の試験パッチに対して8重量%のトナー濃度でAゾーンにおいて測定される

いかなる特定の理論にも制限されることを望まないが、コア中に高い濃度のカーボンブラックを有する対照トナーの高い導電性の結果、相対湿度の非常に高い(85%)Aゾーン条件において比較的低い転写効率を示したと考えられる。われわれは、トナーの導電性が、カーボンブラックの高い装填に加えて水の吸収によってさらに高められる理由で、効果はAゾーン中にのみ見られると考える。さらに、紙にはより多くの水があり、中間転写ベルトから紙への第2転写ステップにおいてトナーおよび紙の導電性を高めた。最終的に、Aゾーンの低い電荷も転写効率を低下させることができる。したがって、トナー導電性の効果について限界応力の例がAゾーンに見られた。低い転写の結果、像品質は劣化し、特にまだらを生じる。したがって、この機械試験は転写についての応力試験の例を示した。上の表に見られるように、機械試験は、低い誘電損失で改善された第2転写効果があったことを示し、対照値から15%増加し、まだらは28%減少した。さらに、図が示すように、摩擦帯電はAゾーンにおける印刷試験の間、比較例Bよりも実施例2のトナーで平均4摩擦単位だけ常に高く、摩擦帯電単位はトナー1グラム当たり1マイクロクーロンと定義され、これは背景およびラチチュード性能を改善するのに非常に望ましい。比較例Bのトナーについて、電荷は現像剤(トナー+担体)に対して12重量%のトナー濃度で20摩擦単位以下に低く降下し、これは最小限望ましい性能である。
実施例3
比較例Aおよび実施例1のプロセスは、黒顔料の替りにMapico(登録商標)黒酸化鉄が用いられることを除いて繰り返される。同様の結果が観察されるであろうと考えられる。
実施例4
比較例Aおよび実施例1のプロセスは、黒顔料の替りにNANOGAPナノ粒子銀が用いられることを除いて繰り返される。同様の結果が観察されるであろうと考えられる。
実施例5
実施例1のプロセスが、黒顔料の替りにMagnoxマグネタイトTMB−100(商標)が用いられることを除いて繰り返される。同様の結果が観察されるであろうと考えられる。
実施例6
実施例1のプロセスが、黒顔料の替りにnGimatTM Co.製のCoAlO4が用いられることを除いて繰り返される。同様の結果が観察されるであろうと考えられる。
実施例7
2Lのビーカー中に、475gの脱イオン水、47gのPolywax725(Baker Petroliteより市販されている)、米国特許第5,853,943号、第5,922,501号、第5,928,829号に記載されるように調製された50〜55℃のTgを有する(固体42%)235.8gの乳化重合スチレン−ブチルアクリラートラテックス、および80g(固体17.0%)の黒顔料NIPEX−35が加えられる。24gの脱イオン水に混合された2.6gのポリ塩化アルミニウムを含むフロック形成剤溶液が、3,000〜4,000rpmで均質化しながら混合物に加えられる。続いて、混合物は2LのBuchi反応器に移され、52℃に加熱され、850rpmで凝集する。粒子サイズはコア粒子がGSD1.21の体積平均粒子サイズ4.8μmに達するまで、Coulter Counterで監視される。その後、12gの黒顔料を含む114gの上記乳化重合スチレン−ブチルアクリラートラテックスがシェルとして加えられ、コア/シェル構造の粒子を得る。反応器は.GSD1.21の粒子サイズ5.8μmを得るまでさらに加熱される。続いて、反応スラリーのpHはNaOHを用いて5.6に増加させ、続いて4gのEDTAを加えてトナー粒子の成長を停止する。粒子の成長を停止した後、反応混合物は合体のために加熱され、望ましい合体温度になると、スラリーのpHは0.3Mの硝酸で4.8に調節される。次いで、トナースラリーは室温に冷却され、篩(25μm)で分離され、濾過、洗浄、および冷凍乾燥される。

Claims (7)

  1. 第1の導電性着色剤と第2の導電性着色剤を含むコア−シェルトナー粒子を含むトナーであって、
    前記第1の導電性着色剤と前記第2の導電性着色剤の総量は前記トナーの少なくとも7質量%であり、前記着色剤の総量のうち何割かは前記シェル内に存在し、
    前記トナー粒子は、(a)(1)第1樹脂と、(2)第1の導電性着色剤を含むコア、および(b)(1)第2樹脂と、(2)第2の導電性着色剤を含むシェルを含み、前記第2の導電性着色剤は前記シェルの5質量%を超えない量で存在し、
    前記第1樹脂がポリ(プロポキシル化ビスフェノールフマル酸)樹脂を含み、
    前記第2樹脂が前記第1樹脂と同じである、トナー。
  2. 前記第1着色剤および第2着色剤が両方ともカーボンブラックを含む請求項1に記載のトナー。
  3. 70を超えない誘電損失を示す請求項1に記載のトナー。
  4. 前記第1樹脂が以下の式:

    (式中、mは5〜1000である)
    を有するポリ(プロポキシル化ビスフェノールフマル酸)樹脂を含む、請求項1に記載のトナー。
  5. 前記第1樹脂が2つ以上の非晶質樹脂の混合物を含み、前記第2樹脂が同じ2つ以上の非晶質樹脂の混合物を含む請求項4に記載のトナー。
  6. 前記コアが結晶質樹脂である第3樹脂をさらに含む請求項5に記載のトナー。
  7. 記第3樹脂がポリエステルを含む請求項6に記載のトナー。
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