JPH05341569A - 着色トナー中の顔料分散方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー中の優れた顔料分散性を有し、高彩度
を少量の顔料で得ることができ、しかも製造時に環境上
の問題のない着色トナーの製造法を提供することにあ
る。 【構成】 トナー樹脂及び顔料湿潤ケークを溶融ブレン
ドすることにより顔料湿潤ケークを押出機中でトナー樹
脂中に直接混合し、そして前記の押出機から水を除去す
ることを特徴とする着色トナーの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトナー樹脂中の着色剤の
分散方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】写真複写機、レーザープリンター、ファ
クシミリ機等の如き静電写真印刷機は、印刷される画像
に露光される画像形成材(imaging member)を使用する。
画像形成材の露光は、印刷される画像中に含まれる情報
領域に応じて静電潜像をその上に記録する。潜像は現像
剤をそれと接触させることにより現像される。現像され
た画像は紙の如き支持材に直接に、または中間の輸送材
を介して転写される。支持材上の現像された画像は一般
に熱及び／または圧力を受けて画像を支持材に永久に融
着する。

【０００３】乾燥現像剤組成物及び液体現像剤組成物の
両方を含む多種の現像剤組成物が、静電潜像の現像に使
用するのに提案されていた。液体現像剤組成物中では、
種々の種類の着色剤及び染料が絶縁液体キャリヤー中に
分散された樹脂に付着される。所謂乾式現像法では、着
色剤が微粉末中に分散される。

【０００４】通常、静電帯電された画像を現像するため
のトナーは、軟質ポリマー及び顔料を溶融混合し、それ
により顔料をポリマー中に分散させることにより製造し
得る。次いで、その中に分散された着色剤を有するポリ
マーが微粉砕される。通常、顔料は水相中で化学反応で
生成される。顔料粒子は濾過され、洗浄される。顔料製
造法では、湿潤ケークと称される水性スラリーが製造で
き、これは約40重量％〜約85重量％の水であり、約50重
量％の水が典型的である。

【０００５】着色ゼログラフィートナー中の最適の着色
に必要な顔料の量は、トナー中のその分散に決定的に依
存する。分散が良好である程、少量の顔料に関する彩度
が高い。ポリマーマトリックス中の着色顔料の非常に良
好な分散物は、フラッシングと称される方法を使用する
ことにより得ることができる。現在、最良の分散物の幾
つかは、顔料をトナーの製造に使用される樹脂中にフラ
ッシすることにより得られる。

【０００６】フラッシングは下記の方法を伴うと考えら
れる。湿潤ケークがミキサーに入れられ、このミキサー
にはプリオトン(Pliotone 、商標) 、グッドイヤーによ
り製造されるスチレン−ブタジエン化合物の如きポリマ
ー及びトルエンの如き溶剤の溶液が添加される。その溶
液が穏やかに混合され、溶液の有機相が顔料により吸着
される。水相からの水が追い出され、注いで除去され
る。溶液中に残っている溶剤は、その溶液が混合され続
ける際に減圧により除去される。生じる溶融物質は約50
％の顔料及び約50％のポリマーを含む。その物質が冷却
され、粉砕される。付加的な樹脂が添加されてもよく、
成分の全てが押出機中で溶融混合されてもよい。

【０００７】この方法は有効に作用すると考えられる。
何となれば、湿潤ケーク形態では顔料粒子が、それらを
包囲する水の層により互いに分離されて保たれるからで
ある。ポリマー溶液が水を追い出す。何となれば、その
溶液が顔料粒子を優先的に湿潤するからである。水が分
離される時に、それは簡単に注いで除かれ、そして溶剤
が真空蒸発され、その結果、夫々の粒子が今やポリマー
のフィルムにより包囲される。それ故、高品質の分散が
可能である。

【０００８】この方法は非常に費用がかかる。何となれ
ば、それは溶剤及び適切な彩度のための比較的多量の顔
料の使用を必要とするからである。また、それは幾つか
の製造工程及び監視装置を必要とする。しかしながら、
この方法が使用されず、そして顔料が樹脂との混合の前
に簡単に乾燥され、または強制乾燥される場合、粒子が
凝集し、しかも押出の如き高剪断溶融混合法またはミル
中でさえも非常に分離し難い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
マー中への湿潤ケーク顔料の直接押出を使用することに
より、フラッシされた顔料の品質と同等の品質の分散物
を製造することである。本発明の目的は、トナーのポリ
マーマトリックス中の着色剤の分散物を改良することで
ある。本発明の別の目的は、高彩度に使用される顔料の
量を減少することである。本発明の別の目的は、トナー
の製造に於ける環境上の危険及び廃棄コストを減少する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に於いて、顔料湿
潤ケークはトナーの製造に於いて樹脂及びその他の成分
と直接“ドライ”ブレンドされる。着色剤は湿潤ケーク
の形態の顔料である。顔料の更に精製された変型を得る
ことに代えて顔料の湿潤ケークを使用することにより、
トナーを製造するコストが大幅に低減される。更に、顔
料の精製は通常毒性または有害な溶剤を使用することを
含み、これは順に人間及び環境に有害な廃棄問題を生じ
る。この方法は毒性溶剤の使用に対する要求をなくす。

【００１１】本発明の方法により生じたトナーは、樹
脂、着色剤、及び好ましくは帯電調節添加剤並びにその
他の既知の添加剤を含む。多数の顔料がこの方法に使用
でき、これらは下記の顔料を含むがこれらに限定されな
い。

【００１２】 顔料 顔料商品名 製造業者 カラー・インデックス パーマネント・イエローDHG ヘキスト イエロー12 パーマネント・イエローGR ヘキスト イエロー13 パーマネント・イエローG ヘキスト イエロー14 パーマネント・イエローNCG-71 ヘキスト イエロー16 パーマネント・イエローGG ヘキスト イエロー17 ハンザ・イエローRA ヘキスト イエロー73 ハンザ・ブリリアント・イエロー ヘキスト イエロー74 5GX-02 ダラマー（商標）イエローTY-858-D ハイバッハ イエロー74 ハンザ・イエローX ヘキスト イエロー75 ノボパーム（商標）イエローHR ヘキスト イエロー75 クロモフタール（商標）イエロー3G チバ・ガイギー イエロー93 クロモフタール（商標）イエローGR チバ・ガイギー イエロー95 ノボパーム（商標）イエローFGL ヘキスト イエロー97 ハンザ・ブリリアント・イエロー ヘキスト イエロー98 10GX ルモゲン（商標）ライト・イエロー BASF イエロー110 パーマネント・イエローG3R-01 ヘキスト イエロー114 クロモフタール（商標）イエロー8G チバ・ガイギー イエロー128 イルガジン（商標）イエロー5GT チバ・ガイギー イエロー129 ホスタパーム（商標）イエローH4G ヘキスト イエロー151 ホスタパーム（商標）イエローH3G ヘキスト イエロー154 L74-1357イエロー サン・ケミカル L75-1331イエロー サン・ケミカル L75-2377イエロー サン・ケミカル ホスタパーム（商標）オレンジGR ヘキスト オレンジ43

【００１３】 顔料 顔料商品名 製造業者 カラー・インデックス パリオゲン（商標）オレンジ BASF オレンジ51 イルガライト（商標）4BL チバ・ガイギー レッド57:1 ファナル・ピンク BASF レッド81 クインド・マゼンタ モバイ レッド122 インドファスト（商標） モバイ レッド123 ブリリアント・スカーレット ホスタパーム（商標）スカーレットGOヘキスト レッド168 パーマネント・ルビンF6B ヘキスト レッド184 モナストラル（商標）マゼンタ チバ・ガイギー レッド202 モナストラル（商標）スカーレット チバ・ガイギー レッド207 ヘリオゲン（商標）ブルーL6901F BASF ブルー15:2 ヘリオゲン（商標）ブルーNBD7010 BASF ヘリオゲン（商標）ブルーK7090 BASF ブルー15:3 ヘリオゲン（商標）ブルーL7101F BASF ブルー15:4 パリオゲン（商標）ブルーL6470 BASF ブルー60 ヘリオゲン（商標）グリーンK8683 BASF グリーン7 ヘリオゲン（商標）グリーンL9140 BASF グリーン36 モナストラル（商標）バイオレットR チバ・ガイギー バイオレット19 モナストラル（商標）レッドB チバ・ガイギー バイオレット19 クインド（商標）レッドR6700 モバイ クインド（商標）レッドR6713 モバイ インドファスト（商標）バイオレット モバイ バイオレット23 モナストラル（商標）バイオレット・ チバ・ガイギー バイオレット42 マローンB スターリング（商標）NSブラック カボット ブラック7 スターリング（商標）NSX76 カボット

【００１４】 顔料 顔料商品名 製造業者 カラー・インデックス チピュアー（商標）R-101 デュポン モグルL カボット BK8200ブラックトナー ポウル・ウーリッヒ

【００１５】あらゆる好適なトナー樹脂が顔料と混合し
得る。使用し得る好適な樹脂の例は、ポリアミド樹脂、
エポキシ樹脂、ジオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、
ビニル樹脂及びジカルボン酸とジフェノールを含むジオ
ールの重合エステル化生成物を含むが、これらに限定さ
れない。あらゆる好適なビニル樹脂が本発明のトナー樹
脂に選択でき、これらはビニルモノマーのホモポリマー
または二種以上のビニルモノマーのコポリマーを含む。
典型的なビニルモノマー単位は、スチレン、p-クロロス
チレン、ビニルナフタレン、不飽和モノオレフィン、例
えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、及びイソブチ
レン；ビニルハライド、例えば、塩化ビニル、臭化ビニ
ル、フッ化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、
安息香酸ビニル、酪酸ビニル、等；ビニルエステル、例
えば、アクリル酸メチル、アクリル酸ドデシル、アクリ
ル酸ｎ−オクチル、アクリル酸２−クロロエチル、アク
リル酸フェニル、α−クロロアクリル酸メチル、メタク
リル酸メチル、メタクリル酸エチル、及びメタクリル酸
ブチルを含むモノカルボン酸のエステル；アクリロニト
リル、メタクリロニトリル、アクリルイミド；ビニルエ
ーテル、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブ
チルエーテル、ビニルエチルエーテル、等；ビニルケト
ン、例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケト
ン、メチルイソプロペニルケトン、等；ビニリデンハラ
イド、例えば、塩化ビニリデン、クロロフッ化ビニリデ
ン、等；及びＮ−ビニルインドール、Ｎ−ビニルピロリ
ドン等；スチレンブタジエンコポリマー、グッドイヤー
社から入手し得るプリオライト、並びにこれらの混合物
を含む。湿潤ケーク顔料と混合される好ましい樹脂はプ
リオトン（商標）、グッドイヤー社により製造されるス
チレン−ブタジエン樹脂である。

【００１６】ポリメタクリル酸ｎ−ブチル、89重量％の
スチレンと11重量％のブタジエンを含むスチレンとブタ
ジエンのコポリマー、及び58重量％のスチレンと42重量
％のメタクリル酸ｎ−ブチルを含むスチレンとメタクリ
ル酸ｎ−ブチルのコポリマーを含む樹脂が特に好まし
い。一種以上の樹脂が一般にトナー組成物の約50重量％
〜約99重量％、好ましくは約80重量％〜約99重量％の量
で樹脂−トナー混合物中に存在する。顔料は一般にこれ
らの混合物の残部を構成する。

【００１７】樹脂を顔料と混合する前に、トナーの付加
的な成分が樹脂に添加されてもよい。また、これらの成
分は、樹脂と顔料が混合された後で、押出の前に添加さ
れてもよい。帯電調節添加剤の如き付加的な成分の幾つ
かは、特に顔料トナーが液体現像剤中で使用される場合
には、押出後に添加されてもよい。これらの成分は、安
定剤、ワックス、及び帯電調節添加剤を含むが、これら
に限定されない。

【００１８】米国特許第4,298,672 号明細書（その開示
が参考として本明細書に完全に含まれる）に開示される
ような四級アンモニウム化合物及びアルキルピリジニウ
ム化合物（セチルピリジニウムハライド及びセチルピリ
ジニウムテトラフルオロボレートを含む）、ジステアリ
ルジメチルアンモニウムメチルスルフェート、等の如き
種々の既知の有効な帯電調節添加剤が本発明のトナー組
成物中に混入し得る。セチルピリジニウムクロリドが帯
電調節添加剤として特に好ましい。帯電調節添加剤は通
常約１重量％〜約20重量％の量で最終トナー組成物中に
存在する。

【００１９】また、その他の添加剤が、本発明の方法に
より得られたトナー中に存在してもよい。例えば、外部
添加剤は、トナーの流れが補助されるべきである場合、
または潤滑がフォトレセプターの清浄の如き機能を補助
するのに必要とされる場合のような場合に適用されても
よい。外部添加剤の量はトナー組成物に対する重量％と
して測定されるが、トナーの組成（％）を計算する場合
にはそれ自体含まれない。例えば、樹脂、顔料、及び外
部添加剤を含むトナー組成物は80重量％の樹脂及び20重
量％の顔料を含んでもよい。存在する外部添加剤の量
は、樹脂と顔料の合計に対するその重量％に関して報告
される。

【００２０】外部添加剤は静電印刷トナーに使用するの
に適したあらゆる添加剤を含んでもよく、これらはヒュ
ームドシリカ、デグッサ社(Degussa,Inc.)から入手し得
るエーロシル(Aerosil、商標)R972 の如きケイ素誘導
体、酸化鉄(III) 、ユニリン(Unilin)の如きヒドロキシ
末端ポリエチレン、ポリオレフィンワックス（これは約
1,000 〜約20,000の分子量を有する低分子量材料を含む
低分子量材料（ポリエチレン及びポリプロピレンを含
む）であることが好ましい）、ポリメタクリル酸メチ
ル、ステアリン酸亜鉛、酸化クロム、酸化アルミニウ
ム、酸化チタン、ステアリン酸、キナール(Kynar) の如
きポリフッ化ビニリデン、及びその他の既知の、または
好適な添加剤を含む。外部添加剤は、本発明の目的が達
成されることを条件としてあらゆる量で存在してもよい
が、約0.1 〜約１重量％の量で存在することが好まし
い。本発明の方法に関して、これらの添加剤は顔料と混
合する前に樹脂に導入されることが好ましい。

【００２１】湿潤ケーク顔料、樹脂及びいずれか、また
は全ての添加剤が、好ましくはローダイジ(Loedige) ブ
レンダーの如き高エネルギー混合装置中で一緒に混合し
得る。顔料、樹脂及び添加剤は最初に低いプラウ速度、
通常約200rpm〜約600rpmでブレンダー中で混合される。
数分、例えば約２〜約６分後、ブレンダーまたはミキサ
ーの速度が増大され、チョッパーブレードが例えば約34
00rpm で１分間回転されて顔料、樹脂、及び添加剤を充
分に混合し、かつ湿潤ケークを細断する。顔料は未だ或
る程度乾燥していてもよいが、室温では凝集が最小であ
ると予想される。

【００２２】トナー成分が混合された後、それらは、好
ましくは押出機中で、更にブレンドされる。一般に、電
子写真トナーを調製するのに適した、一軸または二軸ス
クリュー押出機の如き、あらゆる押出機が使用し得る。
好ましい二軸スクリュー押出機中には、三つの特別の温
度帯域がある。供給帯域では、樹脂、添加剤及び顔料が
押出機中に計量して入れられる。その温度は樹脂の溶融
点より下に保たれる。樹脂が供給口で溶融し始める場
合、入口が詰まり、そして押出機がしばしば停止する。

【００２３】混合帯域では、バレルの温度が樹脂の融点
のわずかに上に保たれて、輸送物質を高粘度の溶融状態
にする。反転方向のスクリュー部材が、進行するブレン
ドを前方に移動するブレンドに逆方向に渦巻かせて、圧
力を上昇させる。この高エネルギー状態では、残留顔料
粒子が圧潰され、溶融樹脂にブレンドされる。顔料及び
任意の添加剤が液化樹脂中に均一に混合する。この段階
中に、温度が一時的に低下される場合、樹脂粘度が増大
する。

【００２４】排出口で、温度は約170 ℃または押出物を
流動化し、それを出口から自由に流出する温度に上昇さ
れる。先の混合帯域中の圧力は、押出量を犠牲にして出
口孔部のサイズを制限することにより増大し得る。スク
リューは、溶融樹脂を所望の温度に到達させる最高速度
で回転されることが好ましい。速いスクリュー速度は高
エネルギー混合及び大きな押出量を与えるが、或る速度
より上では、樹脂は速く移動し過ぎてバレル温度と平衡
することができず、分散品質が低下する。

【００２５】例えば、15馬力のモーターを取り付けたウ
ェルナー・フレイデラー(Werner Pfleiderer)WP-28が樹
脂、顔料湿潤ケーク、及び添加剤を溶融ブレンドするの
に適する。この押出機は28mmのバレル直径を有し、そし
て約1.4 〜5.4kg(３〜12ポンド）／時間のピーク押出量
で運転するパイロット規模と考えられる。押出される場
合、顔料の残留水は、高温及び押出機の剪断力、並びに
表面張力のために、樹脂が水よりも顔料に対して大きな
親和性を有するという事実のために“追い払われる”。
減圧が使用されて押出機から気化した水を除去すること
が好ましい。

【００２６】“マスターバッチ”法が使用される場合
に、分散品質が改良される。樹脂が最初に非常に多い配
合量、例えば、シアン、マゼンタ、及びイエローの場合
50％、ブラックの場合30％の顔料と混合される。顔料は
自己粉砕性媒体として作用する。次いで仕上げ押出物が
粗大粉末に混練され、純粋な樹脂と混合、または“レッ
トダウン(let down)" されて顔料配合量を所望の値に低
下する。その混合物が押出機に通されて最終製品を製造
する。

【００２７】このマスターバッチ法は二つの別個の押出
中に行われる。改良法は通常のバッチとして開始し、こ
の場合、顔料に富む樹脂混合物が供給口で導入される。
これが溶融され、混合され、混合帯域の最後に、付加的
な溶融樹脂が押出機に注入され、そして押出機の次の加
熱帯域中で混合される。その製品は完全マスターバッチ
法の製品の分散品質を有しているが、適当な顔料配合量
で１回の通過で押出機から送出される。

【００２８】トナーの重要な性質は、衝撃される場合に
樹脂を破断させる脆性である。これは、乾燥トナー粒子
をつくるのに使用される磨砕機、その他の中速ミル、ま
たはジェットミル中でさえも迅速な粒子サイズの減少を
可能にする。樹脂と顔料が一緒に溶融ブレンドされた
後、樹脂−顔料混合物は当業者に知られている方法を含
むあらゆる適当な方法によりサイズが減少される。ま
た、微粉砕機がこの目的に使用し得る。微粉砕機は、例
えば、アルピン(Alpine 、商標) ハンマーミルの如きハ
ンマーミルであってもよい。そのハンマーはトナー粒子
を約100 μm 〜約300 μm のサイズに減少する。

【００２９】トナー粒子を微粉砕する前に、アルピン
（商標）カッターまたはフィッツ(Fitz 、商標）ミラー
の如きロータリー・カッターが樹脂粒子のサイズを減少
するのに使用し得る。ジェットミルの如きジェット型超
微粉砕機が超微粉砕に好ましい。ジェットミルは混練部
分を含み、これには水蒸気ジェットまたは空気ジェット
が高速で吹き出され、そして超微粉砕される固形物が噴
射剤によりインジェクターと交差するようにされる。圧
縮空気または水蒸気が通常この方法で噴射剤として使用
される。インジェクターへの固形物の導入は通常供給ホ
ッパーまたは入口シュートと交差して起こる。

【００３０】また、超微粉砕を支持するために、混練助
剤がしばしば固形物に添加される。例えば、約8.01kg/c
m²(114psi)の供給圧力及び約8.37kg/cm²(119psi)の粉砕
圧力を有するスチューテバント(Sturtevant)38cm(15 イ
ンチ) ジェットミルがトナー樹脂粒子の調製に使用し得
る。このジェットミルのノズルはリングの周辺に配置さ
れる。供給材料が空気送出装置により導入され、インジ
ェクターノズルに輸送される。粒子が互いに衝突して、
磨砕される。これらの粒子は、それらが運び去られ、そ
してサイクロン分離器により回収されるのに充分小さく
なるまで遠心力により粉砕帯域中に留まる。更なるサイ
ズ分級が空気分級機により行われる。

【００３１】トナーが液体現像剤を生成するのに使用さ
れる場合に適用し得る方法を含むその他の方法が、トナ
ーのサイズを減少するのに使用し得る。このような方法
は、例えば、磨砕機、垂直もしくは水平のミルによる後
処理、または液体ジェット相互作用チャンバー中のトナ
ー粒子サイズの更に一層の減少を含む。帯電調節剤の如
き添加剤が液体現像剤に添加されてもよい。

【００３２】

【実施例】実施例１ 一組の実験で、ファナル・ピンク(D4830) 顔料を三つの
異なる状態でBASFから入手する。 a)湿潤ケーク（27％の顔料、73％の水）； b)フラッシ品（40％の顔料、60％のプリオトン（商標）
樹脂）； c)乾燥品（100 ％の顔料）。 これらの顔料形態の夫々をプリオトン（商標）樹脂とブ
レンドして、顔料濃度が一定（約５％）であるようにプ
レブレンド45.4kg(100ポンド) をつくる。顔料と樹脂を
最初にローダイジブレンダー中で200 〜600rpmのプラウ
速度で混合する。１〜６分後、チョッパーブレードを、
顔料と樹脂が充分混合されるように、1,400 〜3,400rpm
の速度で回転させる。

【００３３】次いでその混合物をウェルナー−フレイデ
ラー28押出機中で押出す。透過電子顕微鏡から5000倍の
倍率で撮った押出試料の顕微鏡写真は、湿潤ケークが乾
燥顔料の顔料分散よりも優れた顔料分散を有し、そして
押出機が取り付けられた適当な真空抽出系を有する場合
のフラッシ顔料に近似または同等の分散を有することを
明らかにする。湿潤ケーク顔料の押出法により製造され
たトナーの着色測定は、乾燥顔料を使用するトナーより
も優れ、また同濃度の顔料でフラッシ顔料の着色と同等
の着色を示す。

【００３４】実施例２ BASF社からのヘリオゲン・ブルー15:3及びサン・ケミカ
ルからのサンファスト・ブルー15:3を、湿潤ケーク形態
及びフラッシ形態で入手する。二組の顔料を、上記の方
法を使用して処理するが、最終トナー濃度は2.5 重量％
の顔料である。両方の顔料を使用して、湿潤ケーク分散
法は、乾燥顔料法よりも優れている顔料分散物を製造
し、これらはフラッシ顔料法により製造された顔料分散
物に非常に近似するか、または同等である。これらの顔
料分散物を、透過電子顕微鏡を使用して試験する。得ら
れるトナーの着色分析は、湿潤ケーク法を使用するトナ
ーが乾燥粉末法により製造されたトナーよりも彩度が高
く、しかもフラッシ顔料トナーと彩度が同等であること
を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドン ビー ジャグル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14609 ロチェスター ウェストチェスター ア ベニュー 243

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナー樹脂及び顔料湿潤ケークを溶融ブ
   レンドすることにより顔料湿潤ケークを押出機中でトナ
   ー樹脂中に直接混合し、そして前記の押出機から水を除
   去することを特徴とする着色トナーの製造法。