JP6080621B2 - トナープロセス - Google Patents

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Description

本発明は、トナー粒子を製造する方法に関する。
黒色顔料は、色濃度(単位重量あたりの着色料)、黒度、光堅牢度を高くすることができる。しかし、含有する黒色顔料の量が多いトナーは、誘電損失が高く、低い帯電性を示し、これらの性質によって、転写効率が下がり、画質が悪くなる。黒色顔料は、トナー粒子を通る伝導路を形成することがある。
したがって、誘電損失を下げ、それによって、例えば、過剰に顔料を含むトナーの帯電性を上げることが依然として必要とされている。
本明細書は、トナー作成プロセスの融着温度(Tc)を下げることによって作られたトナー組成物を記述し、トナーは、誘電損失の低下、摩擦帯電の向上、転写効率の向上、斑点の改善、またはこれらの組み合わせを示すことができる。
第1のアモルファス樹脂と、任意要素の第2のアモルファス樹脂と、任意要素の結晶性樹脂と、任意要素の界面活性剤と、ワックスと、場合によりシェルと、任意要素の顔料と、場合により1種類以上の他の顔料とを混合物になるように合わせて粒子を作成することと、場合により、この粒子を凝集させることとを含むトナーを製造する方法が開示される。任意要素の結晶性樹脂およびワックスの融点より低い温度で粒子を融着させることができ、融着した粒子を急冷することができ、またはこの両方を行うことができる。得られたトナーは、結晶性樹脂およびワックスの融点より高い温度で同様に融着されたか、急冷されなかったか、またはその両方であったトナー(例えば、黒色顔料のような導電性着色剤を含むトナー)と比較して、低い誘電損失を示すことができる。このトナーは、含まれる表面および/またはバルクでのナトリウムイオンの含有量および濃度を低くすることができる。融着温度が低いこと、および/または急冷することによって、融着温度が高く、および/または急冷していないという以外は同様に製造されたトナーと比較して、誘電損失を50%より大きく低下させることができる。
いくつかの実施形態では、目的のトナーは、バルクおよび/または表面でのナトリウムイオンの含有量が低く、低い誘電損失を示し、保有する顔料の量を大きくすることができ、また、これらをあわせもつことができる。
少なくとも約25%(トナーの乾燥重量に基づく)の例えばアモルファスラテックスのシェルを含むコア−シェル粒子は、トナー粒子の表面を飛び出したコア材料を含んでいてもよく、これによってトナーの電荷を減らすことができる。しかし、顔料の保持量が増える、例えば、約6%の顔料を含む(例えば、トナーの乾燥重量に基づく)トナー、例えばNipex−35と比較して、約30%を超えると、このような過剰に顔料を含むトナーおよび/または導電性着色剤を含むトナーは、誘電損失が大きくなり、帯電性がかなり小さくなり、これらの性質によって、転写効率が下がり、画質が悪くなることがある。シェルの保持量は、トナー粒子の合計重量の約30%まで増やすことができるが、誘電損失を防ぐにはまだ十分ではないことがあり、そのため、トナーは帯電性が低いままである。
本発明の方法は、例えば、凝集/融着(AC)プロセス中の融着温度(Tc)を低くし、融着した後のエマルションの迅速な冷却または急冷を使用するか、またはこの両方を使用し、トナーの誘電損失を、結晶性樹脂およびワックスが存在する場合には、これらの融点よりも高い融着温度を用い、融着後の温度低下が迅速でもなく急でもないか、またはその両方で製造されたトナーと比較して、少なくとも約60%、少なくとも約50%、少なくとも約40%、少なくとも約30%下げることができ、他のベンチマーク評価(例えば、限定されないが、二次転写効率、斑点、画質など)に悪影響を与えずに摩擦帯電を向上させることができる。いくつかの実施形態では、目的のトナーは、誘電損失が、当該技術で知られているように、または本明細書で教示されるように計算される場合、約30〜約90、約40〜約80、約50〜約70などである。いくつかの実施形態では、誘電損失の低下は、約70未満、約65未満、約60未満である。ここでも再び、理論によって束縛されないが、Tcを下げるか、急冷するか、またはその両方によって、トナー中の樹脂およびワックスの流れが遅くなることがあり、それによって、例えば粒子表面あまたは表面付近で顔料の移動および対流が妨げられることによって、導電性の領域が作られ、この導電性領域が、なぜ誘電損失が高くなるかを説明しているだろう。目的のプロセスによって、顔料保持量が高く(例えば、過剰に顔料を含むトナー)、シェルの保持量が高く、顔料を過剰に含まないトナーと近い状態まで誘電損失が低いトナーを製造することができる。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示されている方法によって製造されるこのようなトナーは、そのように製造されなかったトナーと比較して、1つ以上のベンチマークとなる評価マトリックス(例えば、限定されないが、誘電損失の低下、二次転写効率の向上、斑点の改善、元々の粒子のBゾーンでのq/mの向上、q/dの変動幅の減少、画質の向上、トナーの表面ナトリウムイオン濃度の減少など)によって区別されてもよい。いくつかの実施形態では、バルクナトリウムイオン含有量が、例えば、約1100ppm未満、約1000ppm未満、約900ppm未満などまで低下する。表面ナトリウムイオン含有量も、例えば、約0.25atom%未満、約0.225atom%未満、約0.2atom%未満まで低下する。
他の意味であると示されていない限り、本明細書および特許請求の範囲で用いられる量および条件をあらわす全ての数字は、あらゆる場合に、用語「約」で修正されていると理解されるべきである。「約」は、記載されている値の20%を超えない変動を示すという意味である。また、本明細書で使用する場合、「等価」、「同様に」、「本質的に」、「実質的に」、「おおよそ」、「〜と適合する」またはこれらの文法的な変形語は、一般的に受け入れられる定義を有するか、または少なくとも、「約」と同じ意味を有すると理解される。
本明細書で使用する場合、「過剰の顔料を含む」は、単位面積あたりのトナー重量(TMA)が低い状態で顔料保持量が高いトナーを意味し、例えば、このようなトナーは、過剰の顔料を含まないトナー(例えば、カーボンブラック顔料保持量が6%以下のトナー)と比較して、顔料保持量が少なくとも約25%、少なくとも約35%、少なくとも約45%、少なくとも約55%、またはそれ以上増えていてもよい。いくつかの実施形態では、過剰の顔料を含むトナーは、本明細書で使用する場合、顔料の量が、コントロールトナーまたは既知のトナー中にみられる量の少なくとも約1.2倍、いくつかの実施形態では、少なくとも約1.3倍、少なくとも約1.4倍、少なくとも約1.5倍またはそれ以上である、任意の新しい配合物である。いくつかの実施形態では、過剰の顔料を含むとは、トナー粒子の乾燥合計重量の約7%より多く、約8%より多く、約9%より多い顔料を含む。
目的のトナー粒子は、例えば、ポリアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂などの樹脂を含む。組成物は、2つ以上の形態または種類のポリマー、例えば、2種類以上の異なるポリマー、例えば、異なるモノマーで構成される2種類以上の異なるポリエステルポリマーを含むことができる。
トナーまたはトナー粒子を作成するときに、1種類、2種類、またはそれより多いポリマーを使用してもよい。2種以上のポリマーを使用する実施形態では、ポリマーは任意の適切な比率(例えば、重量比)であってもよく、例えば、2種類の異なるポリマーが、約1%(第1のポリマー)/99%(第2のポリマー)〜約99%(第1のポリマー)/1%(第2のポリマー)であってもよく、両者の量が等しくてもよい。
トナーは、2種類以上のアモルファスポリエステル樹脂を含んでいてもよい。トナーは、結晶性ポリエステル樹脂を含んでいてもよい。トナーは、2種類以上のアモルファス樹脂と、1種類の結晶性樹脂戸を含む。
トナーが、例えば、2種類のアモルファス樹脂と1種類の結晶性樹脂とを含む場合、この3種類の樹脂の重量比は、第1のアモルファス樹脂約20%/第2のアモルファス樹脂約70%/結晶性樹脂約10%〜第1のアモルファス樹脂約60%/第2のアモルファス樹脂約20%/結晶性樹脂約20%であってもよい。
2種類のアモルファスポリエステル樹脂が利用される場合、片方のアモルファスポリエステル樹脂が高分子量(HMW)であってもよく、第2のアモルファスポリエステル樹脂が低分子量(LMW)であってもよい。HMWアモルファス樹脂は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって決定される場合、重量平均分子量(M)が約55,000より大きくてもよい。
HMWアモルファスポリエステル樹脂は、酸価が約8〜約20mg KOH/グラムであってもよい。HMWアモルファスポリエステル樹脂は、多くの商業的な供給源から入手可能であり、さまざまな融点、例えば、約30℃〜約140℃であってもよい。
LMWアモルファスポリエステル樹脂は、例えば、Mが50,000以下である。LMWアモルファスポリエステル樹脂は、多くの商業的な供給源から入手可能であり、酸価が約8〜約20mg KOH/グラムであってもよい。LMWアモルファス樹脂は、開始Tが、例えば、示差走査熱量測定(DSC)によって測定する場合、例えば、約40℃〜約80℃であってもよい。
ポリマーは、固形物基準でトナー粒子の約65〜約95重量%の量で存在していてもよい。
混合物が用いられる場合、例えば、アモルファス樹脂と結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂とアモルファスポリエステル樹脂の比率は、約1:99〜約30:70の範囲であってもよい。
アモルファスポリエステル樹脂を調製するために、ポリ酸またはポリエステルを使用してもよい。ポリ酸またはポリエステル試薬は、例えば、樹脂の約40〜約60モル%の量で存在していてもよい。
ポリオールの量は、さまざまであってもよく、例えば、樹脂の約40〜約60モル%の量で存在していてもよい。
アモルファス(または結晶性)ポリエステル樹脂を作成する際に、重縮合触媒を使用してもよい。このような触媒を、例えば、ポリエステル樹脂を生成するときに用いられる出発物質のポリ酸試薬またはポリエステル試薬を基準として、約0.01モル%〜約5モル%の量で使用してもよい。
不飽和アモルファスポリエステル樹脂をラテックス樹脂として使用してもよい。
結晶性ポリエステル樹脂を作成する場合、適切な有機ポリオールとしては、炭素原子が約2〜約36個の脂肪族ポリオールが挙げられ、約40〜約60モル%の量で選択される。
ポリ酸は、例えば、約40〜約60モル%の量で選択されてもよい。
適切な結晶性樹脂としては、エチレングリコールと、ドデカン二酸およびフマル酸のコモノマー混合物から作られる樹脂を挙げることができる。結晶性樹脂は、例えば、トナー成分の約1〜約85重量%の量で存在していてもよい。結晶性樹脂は、さまざまな融点、例えば、約30℃〜約120℃の融点を有していてもよい。
結晶性樹脂は、数平均分子量(M)が、例えば、約1,000〜約50,000であってもよい。結晶性樹脂の分子量分布(M/MまたはPD)は、例えば、約2〜約6、いくつかの実施形態では、約3〜約4であってもよい。
トナーを作成するのに利用可能な他の適切な樹脂またはポリマーの例としては、限定されないが、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−ブタジエン−アクリロニトリル−アクリル酸)、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)など、およびこれらの混合物が挙げられる。
ポリエステル反応に縮合触媒を使用してもよい。
このような触媒は、例えば、反応混合物中の出発物質であるポリ酸、ポリオールまたはポリエステルといった試薬の量を基準として約0.01モル%〜約5モル%の量で使用されてもよい。
一般的に、当該分野で知られているように、ポリ酸/ポリエステル試薬とポリオール試薬とを、場合により触媒とともに混合し、高温、例えば、約180℃以上でインキュベートし(嫌気的に行ってもよい)、平衡状態に達するまでエステル化させることができ、一般的に、エステル化反応中にエステル結合が生成することから生じる水またはアルコール、例えばメタノールが得られる。この反応は、重合を促進するために減圧下で行うことができる。この生成物を既知の方法を行うことによって集め、これもまた既知の方法を行うことによって乾燥させ、粒状物を得ることができる。
分岐剤を樹脂の約0.01〜約10モル%の量で使用してもよい。
ポリマーを架橋させることが望ましいことがある。架橋させるのに適した樹脂は、反応性基(例えば、C=C結合)を有する樹脂、またはペンダント基または側鎖基(例えば、カルボン酸基)を有する樹脂である。樹脂は、例えば、開始剤を用いた遊離ラジカル重合によって架橋することができる。適切な開始剤としては、過酸化物、例えば、有機過酸化物またはアゾ化合物が挙げられる。使用される開始剤の量は、架橋度に比例し、したがって、ポリエステル材料のゲル含有量に比例する。使用される開始剤の量は、例えば、ポリエステルの約0.01〜約10重量%であってもよい。
適切な着色剤としては、カーボンブラックを含むもの、例えば、REGAL 330(登録商標)およびNipex 35、マグネタイト、例えば、Mobayマグネタイト、MO8029(商標)およびMO8060(商標)、Columbianマグネタイト、MAPICO(登録商標)BLACK、表面処理されたマグネタイト、Pfizerマグネタイト、CB4799(商標)、CB5300(商標)、CB5600(商標)、MCX6369(商標)、Bayerマグネタイト、BAYFERROX 8600(商標)および8610(商標)、Northern Pigmentマグネタイト、NP604(商標)およびNP−608(商標)、Magnoxマグネタイト、TMB−100(商標)またはTMB104(商標)などが挙げられる。
カラー顔料、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、オレンジ、グリーン、ブラウン、ブルー、またはこれらの混合物を使用してもよい。さらなる1種類以上の顔料を水系顔料分散物として用いてもよい。いくつかの着色剤、例えば、黒色着色剤は導電性であり、つまり、電荷を保持し、伝達し、移動させる。
着色剤を、固形分基準でトナー粒子の約2重量%〜約50重量%、約5重量%〜約40重量%、または約7重量%〜約30重量%の量で使用してもよい。
2種類以上の着色剤がトナー粒子中に存在していてもよい。
トナー組成物は、界面活性剤を含む分散物の状態であってもよい。
1種類、2種類またはそれ以上の界面活性剤を使用してもよい。界面活性剤は、イオン系界面活性剤および非イオン系界面活性剤、またはこれらの組み合わせから選択されてもよい。アニオン系界面活性剤およびカチオン系界面活性は、用語「イオン系界面活性剤」に包含される。
界面活性剤または界面活性剤の合計量は、トナーを形成する組成物の約0.01重量%〜約5重量%の量で使用されてもよい。
本明細書のトナーは、ワックスを含有していてもよく、ワックスは、1種類のワックスであってもよく、2種類以上の異なるワックスの混合物であってもよい(以下、「ワックス」と特定する)。
トナー粒子を作成するために、ワックスと、樹脂を形成する組成物とを組み合わせてもよい。ワックスが含まれる場合、ワックスは、例えば、トナー粒子の約1重量%〜約25重量%の量で存在していてもよい。
使用される1種類または複数のワックスは、任意の融点を有していてもよい。複数のワックスを使用する場合、その融点が同じであってもよい。本明細書に教示されるように、融点を使用して融着温度を決定する。
凝集因子は、無機カチオン性凝固剤であってもよい。
凝集因子は、エマルション中に、例えば、トナーの合計重量に基づいて約0〜約10重量%の量で存在していてもよい。
トナー粒子を、例えば、酸化ケイ素またはシリカ(SiO)、チタニアまたは二酸化チタン(TiO)および/または酸化セリウムのうち、1つ以上と混合してもよい。
トナー粒子を、当業者の常識の範囲内にある任意の方法、例えば、任意の乳化/凝集方法を用いてもよい。しかし、トナー粒子を調製する任意の適切な方法、例えば、懸濁およびカプセル化のプロセスのような化学プロセス、従来の顆粒化方法(例えば、ジェット粉砕)、材料の厚板をペレット化すること、他の機械的プロセス、ナノ粒子またはマイクロ粒子を製造する任意のプロセスなどを用いてもよい。
乳化/凝集プロセスでは、樹脂を溶媒に溶解してもよく、乳化媒体(例えば、水、例えば、場合により安定化剤を含み、場合により界面活性剤を含む、脱イオン水)に混合してもよい。適切な安定化剤の例としては、水溶性アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、またはこれらの混合物が挙げられる。安定化剤を用いる場合、安定化剤は、約0.1%〜約5%の量で存在してもよい。
乳化の後、樹脂、顔料、任意要素のワックス、任意の他の望ましい添加剤の混合物をエマルションの状態で、場合により上述の界面活性剤とともに凝集させ、次いで、場合により、凝集した混合物を融着させることによって、トナー組成物を調製してもよい。任意要素のワックスまたは他の材料(これも場合により、界面活性剤を含む分散物の状態であってもよい)を、樹脂形成材料および顔料を含むエマルション(必要な試薬を含む2種類以上のエマルションの混合物であってもよい)に加えることによって、混合物を調製してもよい。得られた混合物のpHを、酸(例えば、酢酸、硝酸など)で調節してもよい。いくつかの実施形態では、混合物のpHを、約2〜約4.5に調節してもよい。
結晶性樹脂またはワックスが存在する場合、その融点より低い温度または両者の融点のどちらかより低い温度で、凝集因子を混合物に加えてもよい。
凝集因子を、トナーを作成するための混合物の成分に、例えば、約0.1パーツパーハンドレッド(pph)〜約1pphの量で加えてもよい。
粒子の凝集を制御するために、凝集因子を混合物に時間をかけて計量しつつ加えてもよい。例えば、凝集因子を約5〜約240分かけて混合物に徐々に量を増やしつつ加えてもよい。
混合物を撹拌状態に維持しつつ、いくつかの実施形態では、約50rpm〜約1,000rpmで、結晶性樹脂の融点より低い温度またはワックスの融点より低い温度か、どちらでも低い方の温度で、例えば、いくつかの実施形態では、約30℃〜約60℃の温度で凝集因子を入れてもよい。凝集因子を加えた後の粒子の成長および成形は、任意の他の適切な条件下で行われてもよい。
所定の望ましい粒径が得られるまで、粒子を凝集させてもよい。成長プロセス中に、粒径を監視してもよい。例えば、成長プロセス中にサンプルを採取し、例えば、平均粒径の場合、Coulter Counterで分析してもよい。したがって、所望の凝集した粒子を得るために、撹拌を維持しつつ、例えば、混合物を高温に維持することによって、または、例えば、約45℃〜約60℃の温度までゆっくりと上げ、混合物をこの温度に約0.5時間〜約6時間維持することによって、凝集を進めてもよい。所定の望ましい粒径に到達したら、成長プロセスを止める。
トナー粒子の特徴を、任意の適切な技術および装置によって決定してもよい。体積平均粒径および幾何標準偏差を、Beckman Coulter Multisizer 3のような装置を用い、製造業者の指示にしたがって操作して測定してもよい。
凝集粒子は、粒径が約3μm未満、いくつかの実施形態では、約2μm〜約3μm、約2.5μm〜約2.9μmであってもよい。
凝集した後で融着する前に、樹脂コーティングを凝集粒子に塗布し、粒子の上にシェルを作成してもよい。本明細書に記載の任意の樹脂または当該技術分野で既知の任意の樹脂をシェルとして利用してもよい。
当業者の範囲内の任意の方法によって、凝集した粒子にシェル樹脂を塗布してもよい。
凝集粒子表面でのシェルの形成は、結晶性樹脂またはワックスのうちいずれかが存在するときはいつでも、加熱温度が結晶性樹脂またはワックスの融点のうち、どちらでも低い温度であれば、約30℃〜約80℃、約35℃〜約70℃の温度に加熱しつつ行ってもよい。シェルの形成は、約5分〜約10分の時間行われてもよい。
シェルは、トナー成分の約1重量%〜約80重量%の量で存在していてもよい。
例えば、形状および粒径の不規則さを修正するために、望ましい粒径になるまで凝集させ、場合によりシェルを塗布した後、粒子を望ましい最終形状(例えば、球状)になるまで融着させ、融着は、例えば、混合物を、トナー粒子を作成するために使用される任意の結晶性樹脂または任意のワックスの融点のうち、低い方または最も低い融点より低い温度であれば、約60℃〜約85℃、約65℃〜約80℃、約50℃〜約75℃、約55℃〜約73℃の温度まで加熱することによって行われる。この温度は、約80℃未満、約77℃未満、約75℃未満、約73℃未満であってもよい。混合物を撹拌し、撹拌速度を、例えば、約1000rpmから約100rpmまで、約800rpmから約200rpmまで下げてもよい。融着を約0.01〜約9時間、約0.1〜約4時間行ってもよい。
実施するときは、凝集および/または融着の後、凝集融着で使用する温度よりも低い温度まで混合物を急冷してもよい。急冷温度は、樹脂のTより低く、例えば、約50℃から約40℃まで、室温(例えば、20℃〜約25℃)から室温より低い温度まで(例えば、約10〜約0℃)であってもよい。適切な冷却方法は、反応器の周りにあるジャケットに冷水を導入することまたは熱交換器を用いることであってもよい。「急冷する」とは、反応混合物を融着温度から望ましい低温まで、いくつかの実施形態では、樹脂のTより低い温度、ワックスの融点より低い温度、またはこの両方の温度より低い温度まで、どういう意味であっても、約1℃/分、約2℃/分、約3℃/分、またはそれより速い速度ですばやく冷却することを意味する。したがって、当該技術分野で知られているように、熱交換器を使用してもよく、低温で粒子を媒体に懸濁させるなどしてもよい。本明細書の目的のために、約1℃/分より遅い冷却中の任意の温度低下速度、例えば、約0.9℃/分未満、約0.8℃/分未満、約0.7℃/分未満の温度低下速度は、遅い冷却であり、急冷または迅速な冷却ではないと考える。
冷却した後、トナー粒子を場合により水で洗浄し、次いで乾燥させてもよい。
場合により、融着剤を使用してもよい。適切な融着剤の例としては、限定されないが、安息香酸アルキルエステル、エステルアルコール、グリコール/エーテル型の溶媒、長鎖脂肪族アルコール、芳香族アルコール、これらの混合物などが挙げられる。
いくつかの実施形態では、融着剤(または融着させる薬剤または融着助剤)は、乳化/凝集プロセスの後の段階、例えば、第2の加熱工程中に、すなわち、一般的に、樹脂またはポリマーのTより高い温度で蒸発する。したがって、最終的なトナー粒子は、残留する融着剤を含まないか、本質的に含まないか、または実質的に含まない。任意の残留する融着剤が最終的なトナー粒子に存在していてもよい程度まで、残留する融着剤の量は、その存在がトナーまたは現像剤の特性または性能に影響を与えないような量である。
融着工程または融合工程の前に、任意の望ましい量または適切な量で融着剤を加えてもよい。例えば、融着剤を、反応媒体中の固形分含有量を基準として、約0.01重量%〜約10重量%の量、または、約0.05重量%から、または約0.1重量%から約0.5重量%まで、または約3.0重量%までの量を加えてもよい。もちろん、所望な場合、これらの範囲から外れる量を使用してもよい。
いくつかの実施形態では、融着剤を、凝集と融着の間の任意の時間点で加えてもよいが、ある実施形態では、例えば、塩基を加えることによって、例えばpHを調整することによって、凝集を「凍結」させた後、すなわち終了させた後に融着剤を加えることが望ましい場合がある。
融着を約0.1〜約9時間、いくつかの実施形態では、約0.5〜約4時間かけて進め、達成してもよい。
トナー粒子が望ましい最終粒径に達するか、または凝集が達成されたら、塩基を用い、混合物のpHを約6〜約10に調整してもよい。トナー粒子の成長を凍結させる(すなわち、停止させる)ために、pHの調整を使用してもよい。トナー粒子の成長を止めるために使用される塩基は、例えば、アルカリ金属水酸化物であってもよい。いくつかの実施形態では、pHを望ましい値まで調節しやすくするために、EDTAを加えてもよい。
塩基を混合物の約2〜約25重量%の量で加えてもよい。所望の粒径になるまで凝集させ、場合により上述のようにシェルを作成した後、粒子が所望の最終形状になるまで融着させてもよく、融着は、例えば、結晶性樹脂またはワックスのいずれかが存在する場合、任意の結晶性樹脂または任意のワックスの融点より低い温度であれば、約55℃〜約80℃、いくつかの実施形態では、約65℃〜約75℃の温度まで混合物を加熱することによって行われる。
トナーは、任意の既知の帯電添加剤をトナーの約0.1〜約10重量%の量で含んでいてもよい。
本明細書のトナー組成物に、例えば、洗浄または乾燥の後に表面添加剤を加えてもよい。このような表面添加剤の例としては、例えば、金属塩、脂肪酸の金属塩、コロイド状シリカ、金属酸化物(例えばTiO)、酸化アルミニウム、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、SiO、これらの混合物のうち、1つ以上が挙げられる。
表面添加剤をトナーの約0.1〜約10重量%の量で使用してもよい。
トナーの光沢は、粒子内に残っている金属イオン(例えば、Al3+)の量によって影響を受けることがある。残っている金属イオンの量を、キレート化剤(例えばEDTA)を加えることによってさらに調節してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書の乾燥したトナー粒子内に残っている触媒(例えば、Al3+)の量は、約0.1pph〜約1pphであってもよい。本明細書のトナーの光沢レベルは、グロスユニット(gu)で測定される場合、約20gu〜約100guであってもよい。光沢は、画像を製造するためのトナーを用い、例えば、従来のコピー機および市販されている事務用紙を用い、光沢測定機(例えば、BYK、Columbia、MD)を用いて評価し、紙の上に融合させたトナー画像の光沢度を決定することができる。
したがって、接触融合用途でのトナーの特徴は、融合の自由度、すなわち、最低固定温度(MFT)とホットオフセット温度との温度差が、約50℃〜約100℃なければならないということである。
トナー粒子を評価するために、標準的な担体、例えば、35μm Xerox DocuColor 2240担体を用い、トナーを特定のTC(トナー濃度、例えば、8%)でAゾーンおよびCゾーンに一晩おいて平衡状態にした後、Turbulaミキサーで混合して2分後または60分後に電荷を評価することによって、元々の電荷を測定することができる。湿度に対する感度は、EAトナーの重要な帯電特性である。電荷の量は、チャージスペクトログラフプロセス(CSG)の画像分析によって測定される値である。CゾーンおよびAゾーンにおけるトナーの電荷と直径との比率(q/d)は、典型的には、単位がフェムトクーロン/μmであり、既知の標準的なチャージスペクトログラフで測定することができる。さらに、摩擦によって吹き飛ばされるQ/m値(単位μC/g)も、Barbetta Boxを用いたブローオフ法によって測定されてもよい。所定量のトナーを担体にブレンドする。ブレンドは、例えば、ガラス瓶にペイントシェーカーを用いて行うことができ、または、Turbulaで実施してもよい。トナーおよび担体成分のブレンドによって相互作用が起こり、トナー粒子は負に帯電し、担体粒子は正に帯電する。得られた混合物のサンプルをRobot Cageに入れ、重さを測る。装置の空気および減圧源によって、トナーが担体からはずれ、一方、担体は、スクリーニングされているRobot Cageに保持される。担体の上に残った電荷を電位計によって単位クーロンで検出する(摩擦に関連する)。残った電荷および吹き飛ばされたトナーの重量を用い、摩擦を計算してもよい。吹き飛ばされたトナーの重量および保持されている担体の重量を用い、トナーの濃度を計算してもよい。
また、本明細書のトナーは、元のトナーの電荷質量比(Q/M)が約−5μC/g〜約−90μC/gであってもよく、表面添加剤をブレンドした後の最終的なトナーの電荷は、−15μC/g〜−80μC/gであってもよい。目的のトナーは、q/dの変動が小さい。
乾燥トナー粒子は、外部表面添加剤を除き、以下の特徴を有していてもよい。(1)体積平均径(「体積平均粒径」とも呼ばれる)が、約2.5〜約20μm、(2)数平均幾何粒度分布(GSD)および/または体積平均幾何粒度分布(GSD)が、約1.18〜約1.30、(3)真円度が約0.9〜約1.0(例えば、Sysmex FPIA 2100分析機で測定)。
このようにして作成したトナー粒子を、現像剤組成物に配合してもよい。例えば、トナー粒子を担体粒子と混合し、2成分現像剤組成物を得てもよい。現像剤中のトナーの濃度は、現像剤の合計重量の約1重量%〜約25重量%であってもよい。
トナー粒子と混合するための担体粒子の例としては、トナー粒子と反対の極性を有する電荷を摩擦電気から得ることが可能な粒子が挙げられる。
担体粒子は、コアと、その上にコーティングを備えていてもよく、コーティングは、帯電列に近い位置にはないポリマーまたはポリマー混合物(本明細書に教示されているもの、または当該技術分野で既知のもの)から作られてもよい。
担体粒子は、担体コアとポリマーとを、例えば、機械的な衝撃および/または電気的な引力によって担体コアに対して接着するまで、コーティングされた担体粒子の重量を基準として、いくつかの実施形態では、約0.05〜約10重量%の量で混合することによって調製されてもよい。
適切な担体は、例えば、アクリル酸メチルおよびカーボンブラックを含む約0.5重量%〜約10重量%のポリマー混合物でコーティングされた鋼鉄製のコア(例えば、粒径が約25〜約100μm)を含んでいてもよい。
貯蔵機能よりも長い間保存するデバイスに、トナーと現像剤を、包みまたは容器、例えば、バイアル、瓶、可とう性容器、例えば、袋またはパッケージなどの多くのデバイスとともに合わせてもよい。
目的のトナー組成物および現像剤を、例えば、ある目的、例えば、画像を作成するためにこれらを運搬するために、専門のデバイスに組み込んでもよい。参照することで全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第4,295,990号に開示されているものを含め、静電印刷プロセスまたは電子写真プロセスでトナーまたは現像剤を利用することができる。いくつかの実施形態では、例えば、磁気ブラシによる現像、単成分のジャンピング現像、ハイブリッドスカベンジレスによる現像(HSD)などの任意の既知の種類の画像現像システムを画像現像デバイスに用いてもよい。これらの現像システムおよび類似の現像システムは、当業者の範囲内である。
部および割合は、他の意味であると示されていない限り、重量基準である。本明細書で使用する場合、「室温」(RT)は、約20℃〜約30℃の温度を指す。
(実施例1.ベンチスケールでのトナー粒子の調製)
2L反応器に、2種類のアモルファス樹脂(ポリエステルA(M=86,000、T開始=56℃、固形分35%)およびポリエステルB(M=19,400、T開始=60℃、固形分35%))の1:1混合物198g、結晶性ポリエステルC(M23,300、M=10,500、Tm=71℃、固形分35%)34g、2%界面活性剤(DOWFAX(登録商標)3A1、Dow Chemical Company)、ポリエチレンワックスエマルション(T=90℃、固形分30%、The International Group,Inc.(IGI))50g、黒色顔料(Nipex 35、Evonik Industries、Essen、DE)96kgおよびPigment PB 15:3分散物16gを、反応器の中で脱イオン水511gと混合した。0.3M硝酸を用い、トナースラリーのpHを4.2に調整した。その後、3000〜4000RPMで均質化しつつ、5分かけて硫酸アンモニウム溶液0.5pphを滴下した。反応器を500RPMに設定し、42℃に加熱してトナー粒子を凝集させた。目標粒径である4.8μmが達成されたら、この混合物に、DI水31g中のアモルファス樹脂167gのシェル混合物を加えた。次いで、反応物を46℃まで加熱した。トナー粒子の粒径5.3μmが得られたら、4% NaOH溶液を用いてスラリーのpHを4.5まで下げることによって融着を止めた。反応器の撹拌速度を200rpmまで下げ、次いで、pHが7.8に達するまでEDTAおよびさらなるNaOH溶液を加えた。反応器の温度を、表1に記載の望ましい融着温度まで上げた。望ましい温度になったら、pH5.7の酢酸ナトリウムバッファー溶液を用いてpHを7.0〜5.9に調整し、粒子を球形にした。約90分後、目標真円度に達したら(>0.965)、熱交換器を用いてスラリーを冷却した。遅い冷却は、温度を約0.75℃/分で下げつつ行った。急冷は、約1℃/分で温度を下げつつ行った。さまざまな融着条件を表1に詳細に記載している。

Figure 0006080621
(実施例2.帯電および誘電損失)
特注の器具でトナーペレットを作成することによって、誘電損失を決定した。バネ荷重による直径2インチの精密に磨いたプランジャを備えた型にトナーサンプルを入れ、約2000psiで2分間プレス処理した。プランジャ(1つの電極として作用する)と接触したままに維持しつつ、バネ荷重による支持体によってペレットを型に押し付け、ペレットに圧がかかった状態に維持し、これが対電極としても作用する。覆いをつけた1メートルのBNCケーブルを介してHP4263B LCR Meterを用い、周波数100KHzおよび1VACでキャパシタンス(Cp)および損失因子(D)を測定することによって誘電率および誘電損失を決定した。誘電定数は、以下のように計算した。E’=[Cp(pF)×厚み(mm)]/[8.854×Aeffective(m)]。この値は8.854であり、真空誘電率エプシロン(ε)であるが、単位において、Cpがピコファラドであり、ファラドではない場合、厚みはmmであり、メートルではないことに注意されたい。Aeffectiveは、サンプルの有効面積である。誘電損失は、E*散逸率に等しく、サンプル中でどれだけ多くの電気の散逸が起こったか、つまり、コンデンサがどれだけ漏れているかである。値を単純化するために、これに1000を掛け算する。したがって、報告された誘電損失が70ということは、測定された誘電損失が70×10−3、つまり0.070であることを示す。
標準的な手順を用いて帯電を行った(例えば、米国特許第7,574,128号を参照、全体的に本明細書に参考として組み込まれる)。0.5gのトナー、10gの35μm ポリマーコーティングされたフェライト担体を用い、現像剤サンプルを調製した。2つ組の現像剤サンプルの対を調製した。現像剤をAゾーン(28℃/85% RH)またはCゾーンの環境室(10°/15% RH)に一晩入れて平衡状態にしておいた。次の日に、現像剤サンプルを密閉し、TURBULAミキサーを用い、2分間撹拌し、次いで1時間撹拌した。2分と1時間混合した後、電荷スペクトログラフを用い、100V/cmの電場でトナーの摩擦電荷を測定した。トナーの電荷(q/d)を、トナー電荷分布の中点として視覚的に測定した。電荷は、ゼロ線からの移動をミリメートル単位で報告した。mm単位の移動での変化を、この値に0.092を掛け算することによって、フェムトクーロン/μm(fC/μm)に変換することができる。混合して1時間後、すでに帯電している現像剤にさらに0.5gのトナーサンプルを加え、さらに15秒間混合し、このときにq/dの移動を再び測定し、次いで、さらに45秒間混合し(合計混合時間は1分間)、再び、q/dの移動を測定した。
表2に提示した電荷および誘電損失のデータから、融着温度が下がると誘電損失が下がることがわかる。誘電損失は、さらにトナーを急冷するとさらに下がる。電荷も向上している。
Figure 0006080621
過剰の顔料を含む黒色トナーの誘電損失は、過剰の顔料を含まない黒色トナーの値(約34)に近づく。誘電損失の改善とともに、トナー電荷の改善も観察された。
(実施例3.20ガロントナーの調製)
ベンチスケールのトナーのために使用したのと同じ成分を用い、同じ比率または相対量で試薬を用い、黒色ポリエステルEAトナーを調製した。合計60分間の再循環ループを用いつつ、CAVITRONホモジナイザによってスラリーを均質化し、最初の8分間に、2.96gの硫酸アルミニウムと36.5gのDI水とを混合してなる凝固剤をインラインで加えた。すべての凝固剤を加えたら、反応器のrpmを、100rpmから300rpmでの混合に設定して上げていく。次いで、スラリーをバッチ温度42℃で凝集させた。凝集中、コアと同じアモルファス樹脂で構成されるシェル配合物のpHを、硝酸を用いて3.3に調整し、これをバッチに加えた。バッチをさらに加熱し、目標粒径を得てもよい。目標粒径になったら、水酸化ナトリウム(NaOH)およびEDTAを用いてpHを7.8に調整し、凝集を凍結させた。反応器の温度(Tr)を所望の温度(表3を参照)まで上げつつ、このプロセスを続け、pH5.7の酢酸ナトリウム/酢酸バッファーを用いてpHを6.8〜6.0に調整すると、粒子が融着し始めた。2時間後、粒子は、真円度>0.965に達しており、熱交換器を用い、約1℃/分で急冷した。室温でトナーをDI水で3回洗浄し、ALJET THERMAJET乾燥器Model 4を用いて乾燥させた。
Figure 0006080621
トナー調製物を20ガロン測り、この場合も、低い融着温度、急冷を利用して調製したトナー(8)は、誘電損失、二次転写効率、斑点の向上を示した。
表4にまとめたICPおよびXPSのデータから、低い融着温度、急冷を用いると、トナーバルク中およびトナー表面のナトリウムイオンはそれぞれ少ないことがわかり、トナー表面とナトリウムイオンとの接触が少ないことは、良好なトナーの帯電に寄与し得ることを示唆している。
Figure 0006080621

Claims (10)

  1. エマルション凝集トナー粒子を製造する方法であって、
    第1のアモルファス樹脂と、結晶性樹脂と、ワックスと、導電性着色剤とを混合物になるように合わせることと、
    前記混合物を凝集させて凝集粒子を作製することと、
    前記結晶性樹脂の融点および前記ワックスの融点のいずれよりも低い温度で粒子を融着させることと、
    前記トナー粒子を急冷して、70未満の誘電損失を有し、バルクナトリウムイオン濃度が1100ppm未満である、前記トナー粒子を得ることと、
    を含む、方法。
  2. 前記トナー粒子が、前記結晶性樹脂および前記ワックスの融点より高い融着温度で、または0.8℃/分未満の温度低下速度で冷却するか、またはその両方で製造されたトナーと比較して誘電損失が低い、請求項1に記載の方法。
  3. 前記融着の温度が、80℃未満である、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記トナー粒子のバルクナトリウムイオン濃度が1000ppm未満である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記凝集粒子の作製後、粒子の融着前に、樹脂エマルションを加えて、前記凝集粒子を覆うシェルを形成することを更に含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記シェルが、前記トナー粒子の重量の少なくとも25%の量で含まれる、請求項5に記載の方法。
  7. 前記トナー粒子の表面ナトリウムイオン濃度が、0.25atom%未満である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記導電性着色剤が、黒色顔料を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記トナー粒子が、乾燥重量に基づいて6重量%より多い前記導電性着色剤を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記トナー粒子が、乾燥トナーの重量の25%から30%の量で存在するシェルを含む、請求項9に記載の方法。
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