(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質樹脂と結晶質樹脂と着色剤とを溶融・混練してトナーを形成する工程と、
前記トナーをペレット化する工程と、
前記ペレット化されたトナーを、トナーのガラス転移温度以上である６０℃〜８０℃の温度に１５分間〜４５分間にわたって加熱することによって連続的にアニールする工程と、
前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、
前記得られたトナー粒子を回収する工程と、
を含むトナー組成物製造プロセス。
【請求項２】
ポリエステル樹脂、分岐型ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、分岐型ポリイミド樹脂、およびこれらの混合物から成る群から選択される非晶質ポリマを結晶質ポリマに調合して結着剤樹脂を生成する工程と、
前記結着剤樹脂を、顔料と染料を含む着色剤とまたはこれらの混合物とに調合する工程と、
前記結着剤樹脂と着色剤とを溶融・混練してトナーを形成する工程と、
前記トナーをペレット化する工程と、
前記ペレット化されたトナーを、トナーのガラス転移温度以上である６０℃〜８０℃の温度に１５分間〜４５分間にわたってロータリーキルンを含む装置で加熱することによって連続的にアニールする工程と、
前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、
前記得られたトナー粒子を回収する工程と、
を含むトナー組成物製造プロセス。
【請求項３】
請求項２に記載のプロセスにおいて、前記結着剤樹脂を着色剤に調合する工程が、前記結着剤樹脂と着色剤とをワックスに調合する工程をさらに含むことを特徴とするトナー組成物製造プロセス。
【請求項４】
請求項２に記載のプロセスにおいて、前記結晶質ポリマがポリエステルを含むことを特徴とするトナー組成物製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル装置やイメージオンイメージ装置などの電子写真装置を含む電子静電写真装置に好適なトナーを提供するのに有用なプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多岐にわたるプロセスが、トナー調製用に既知である。例えば、従来プロセスでは、樹脂が顔料と共に溶融・混和または押出成形（extrude）され、微粒化・微粉砕されてトナー粒子が提供される。米国特許第５，３６４，７２９号と第５，４０３，６９３号には、ラテックスと顔料粒子とを一緒に混練することによってトナー粒子を調製する方法が記載されている。
【０００３】
トナー系は、通常、二つに分類される。一つは２成分系で、現像剤がトナー粒子と磁性キャリア粒子とを含み、トナー粒子がキャリア粒子に摩擦帯電で付着しているものである。もう一つは１成分系（ＳＤＣ）で、一般にトナーのみを使用するものである。粒子への電荷付加は、電界による画像の移動・現像を可能とするもので、通常、摩擦電気で行われる。摩擦電気の帯電は、２成分現像系ではトナーを大粒径キャリアビーズと混合することによって、または１成分系ではブレードとドナーロールの間でトナーを摩擦することによって生起し得る。トナーは、また、許容し得る摩擦電気特性を示さなければならないが、この特性はキャリアまたは現像剤組成物のタイプによって変化し得る。
【０００４】
電子写真に適用するのに有用なトナーは、貯蔵安定性と粒子サイズ完全性に関連するある種の特性を備えなければならない。すなわち、粒子は、劣化してはならず、紙に定着されるまでは凝集してはならない。電子写真定着器のような電子写真エンジンには、省エネルギー手段が設けられ、より厳格なエネルギー特性が課せられているので、紙の上にトナーを定着する温度を低下することによって、電力消費量を減らし、定着系の寿命を伸ばすことが望ましいといえる。
【０００５】
接触型定着器、すなわち、紙と画像とが接触する定着器では、トナーは定着器ローラに実質的に転着、すなわち、オフセットされてはならない。オフセットは、温度が紙の定着温度以下であるか（コールドオフセット）、またはトナーがトナーの定着温度より高い温度で定着器ローラにオフセットするか（ホットオフセット）に依存してコールドオフセットまたはホットオフセットと称される。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，３６４，７２９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４０３，６９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
所望の定着温度で使用し得るトナー、かつ優れた文書オフセット性および熱付着性を含む特性を備えるトナーが依然として望ましいトナーである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、非晶質樹脂と結晶質樹脂と任意選択のワックスと着色剤とを溶融・混練してトナーを形成する工程と、前記トナーをペレット化する工程と、前記ペレット化されたトナーを、トナーのガラス転移温度以上である５０℃〜９０℃の温度に２分間〜６０分間にわたって加熱することによって連続的にアニールする工程と、前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、前記得られたトナー粒子を回収する工程と、を含むトナー組成物製造プロセスである。
【０００９】
また、本発明は、ポリエステル樹脂、分岐型ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、分岐型ポリイミド樹脂、およびこれらの混合物から成る群から選択される非晶質ポリマを結晶質ポリマに調合して結着剤樹脂を生成する工程と、前記結着剤樹脂を、顔料と染料を含む着色剤と任意選択のワックスとまたはこれらの混合物とに調合する工程と、前記結着剤樹脂と着色剤と任意選択のワックスとを溶融・混練してトナーを形成する工程と、前記トナーをペレット化する工程と、前記ペレット化されたトナーを、トナーのガラス転移温度以上である５０℃〜９０℃の温度に２分間〜６０分間にわたってロータリーキルンを含む装置で加熱することによって連続的にアニールする工程と、前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、前記得られたトナー粒子を回収する工程と、を含むトナー組成物製造プロセスである。
【００１０】
また、前記プロセスにおいて、前記結着剤樹脂を着色剤に調合する工程が、前記結着剤樹脂と着色剤とをワックスに調合する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１１】
また、前記プロセスにおいて、前記結晶質ポリマがポリエステルを含むことが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本開示が提供するのは、連続アニールを行う工程を含むトナー調製プロセスである。アニールを行うことによって、得られるトナーのガラス転移温度が上昇する。実施の形態では、本開示のプロセスは、非晶質樹脂と結晶質樹脂と任意選択のワックスと着色剤とを溶融・混練してトナーを形成する工程と、前記トナーをペレット化する工程と、前記ペレット化されたトナーをトナーのガラス転移温度以上である約５０℃〜約９０℃の温度まで約２〜約６０分間加熱することによってアニールする工程と、前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、前記得られたトナー粒子を回収する工程とを含み得る。
【００１３】
他の実施の形態では、本開示のプロセスは、ポリエステル樹脂、分岐型ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、分岐型ポリイミド樹脂、およびこれらの混合物のような非晶質ポリマを結晶質ポリマに調合して結着剤樹脂を形成する工程と、前記結着剤樹脂を顔料と染料を含む着色剤と任意選択のワックスとまたはこれらの混合物とに調合する工程と、前記結着剤樹脂と着色剤と任意選択のワックスとを溶融・混練してトナーを形成する工程と、前記トナーをペレット化する工程と、前記ペレット化されたトナーをトナーのガラス転移温度以上である約５０℃〜約９０℃の温度まで約２〜約６０分間加熱することによって連続的にアニールする工程と、前記アニールされたトナーを処理してトナー粒子を成形する工程と、前記得られたトナー粒子を回収する工程とを含み得る。
【００１４】
これらのプロセスで製造されるトナー、これらのトナーを製造する装置、およびこれらの装置を使用する方法も提供される。
【００１５】
本開示は、トナーを形成するのに好適な連続プロセスを提供する。本明細書に記載の方法に従ってどのようなトナーも製造し得るが、実施の形態ではトナーは、非晶質ポリマ樹脂と結晶質ポリマ樹脂を含有する結着剤を好適な着色剤と組み合わせて含み得る。実施の形態では、ワックスのような離型剤も添加し得る。
【００１６】
実施の形態では、非晶質ポリマは、非晶質ポリエステルを含む。非晶質ポリエステルは、ホモポリマまたは２種以上のモノマのコーポリマとし得る。好適なポリエステルは、実施の形態では、ジカルボン酸とジフェノールとから誘導されるものを含む。
【００１７】
実施の形態では、非晶質ポリエステルは、ビスフェノールＡとポリエチレンオキシドまたはプロピレンカーボネートとを反応させ、次いで得られた生成物をフマル酸と反応させて得ることができる（米国特許第５，２２７，４６０号を参照のこと。同特許明細書の全文を参考文献として引用する）。例えば、非晶質ポリエステルは、ポリプロピレン処理ビスフェノールＡフマレートポリエステルとし得る。この樹脂は、リニア状の形で使用し得るが、あるいは米国特許第６，３５９，１０５号に記載のように部分的に架橋した形（部分的に架橋されたポリエステル）でも使用し得る。実施の形態では、リニア型樹脂と部分的架橋型樹脂とのブレンドも、得られたトナーのレオロジー特性を調整するために使用し得る。
【００１８】
実施の形態では、使用される場合、分岐型非晶質ポリエステル樹脂は、有機ジオールと二塩基酸（diacid）またはジエステルと任意選択のスルホン化二官能性モノマと分岐剤としての多価のポリ酸またはポリオールとをポリ縮合触媒存在下にポリ縮合させることによって調製し得る。
【００１９】
有機二塩基酸またはジエステルは、例えば、樹脂の約４５〜約５２モル％の量で存在し得る。
【００２０】
二官能性モノマの有効量としては、例えば、樹脂の約０．１〜約２重量％の量で使用し得る。
【００２１】
非晶質ポリエステルは、約５０℃〜約６５℃、実施の形態では約５４℃〜約６２℃のガラス転移温度を有し得る。
【００２２】
非晶質樹脂は、結着剤の約１０〜約９０重量％、実施の形態では結着剤の約６５〜約８５重量％の量で存在し得る。
【００２３】
実施の形態では、結晶質ポリエステルは、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，１０−デカンジオール、およびこれらの混合物のようなアルコールと、フマル酸、コハク酸、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、およびこれらの混合物のようなジカルボン酸とを含むモノマ系から誘導し得る。例えば、実施の形態では、結晶質ポリエステルは、１，４−ブタンジオールとアジピン酸とフマル酸から誘導し得る。
【００２４】
結晶質ポリエステルは、約６５℃〜約１２５℃、実施の形態では約７０℃〜約１１５℃の融点を有し得る。
【００２５】
結晶質樹脂は、例えば、結着剤の約１０〜約５０重量％、実施の形態では結着剤の約１５〜約４０重量％の量で存在し得る。
【００２６】
結晶質樹脂は、有機ジオールと有機二塩基酸とをポリ縮合触媒の存在下で反応させるポリ縮合プロセスで調製し得る。実施の形態では、有機ジオールと有機二塩基酸の化学量論的等モル比を使用し得る。しかし、幾つかの例では、有機ジオールの沸点が約１８０℃〜約２３０℃である場合は、ジオールを過剰量で使用し、過剰分はポリ縮合プロセスの間に揮発させて除去し得る。
【００２７】
使用触媒の量は変えることができ、例えば、樹脂の約０．０１〜約１モル％の量で選択し得る。さらに、有機二塩基酸の代わりに、有機ジエステルも、プロセスの際に生成したアルコール副生物とともに選択し得る。
【００２８】
結晶質ポリエステルまたは非晶質ポリエステル双方の製造に好適なポリ縮合触媒としては、テトラアルキルチタネート、ジブチル錫オキシドのようなジアルキル錫オキシド、ジブチル錫ジラウレートのようなテトラアルキル錫、ブチル錫オキシドヒドロキシドのようなジアルキル錫オキシドヒドロキシド、アルミニウムアルコキシド、アルキル亜鉛、ジアルキル亜鉛、酸化亜鉛、酸化第一錫、またはこれらの混合物が挙げられる。触媒は、ポリエステル樹脂を生成するために使用される開始の二塩基酸またはジエステル基準で、例えば、約０．０１モル％〜約５モル％の量で、実施の形態では、ポリエステル樹脂を生成するために使用される開始の二塩基酸またはジエステル基準で約０．５モル％〜約４モル％の量で使用し得る。
【００２９】
本開示のトナーは、また、着色剤を含み得る。着色剤は、顔料、染料及びそれらの組み合わせなどである。
【００３０】
任意選択で、本開示のトナーはポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス及びそれらの組み合わせなどのワックスを含み得る。ワックスは、トナー粒子の約４〜約１２重量％、実施の形態でトナー粒子の約６〜約１０重量％の量で存在し得る。商業的に入手可能な選択されるポリエチレンは、通常、約１，０００〜約１，５００の分子量を有し、一方、本発明のトナー組成物に使用される商業的に入手可能なポリプロピレンは、約４，０００〜約５，０００の分子量を有すると考えられる。
【００３１】
本開示のトナーは、当業者の技術範囲内のどのような方法を使用しても形成し得る。好適な方法としては溶融・混練法があるが、これに限定されない。実施の形態では、本開示のトナーは、溶融・混練法と当業者の技術範囲内の装置を使用して形成し得る。例えば、トナー成分の溶融・混練は、粒子を物理的に混合または混和し、次いで，例えば、押出成形機（extruder）またはバンバリー（Banbury）／２軸ロールミル装置で溶融・混練することによって達成し得る。好適な温度、例えば、約６５℃〜約２００℃、実施の形態では約８０℃〜約１２０℃を、押出成形機または同様な装置に適用し得る。
【００３２】
非晶質樹脂と結晶質樹脂とワックス（あれば）と着色剤と他の添加剤を含むトナーの諸成分を混合することによって、所望の組成の着色剤と添加剤を有するトナー押出成形物（extrudate）が得られる。実施の形態では、次いでこのトナー押出成形物を粉砕し、ペレット、すなわち、粗破砕細片にし得る。この工程は、本明細書では時に「ペレット化（pelletizing）」と称され、当業者の技術範囲内の方法を使用し、例えば、ペレタイザ、フィッツミル、ピンミル、グラインダ、分級器、添加剤混合器、篩分器、これらの組み合わせ装置などで行なわれる。本明細書で使用されるとき、「ペレット化」は、トナー押出成形物をペレット、粗破砕形細片、または粗粒子に成形するのに使用し得る当業者の技術範囲内のどのような工程を含み得るし、「ペレット」は、トナー押出成形物がペレット、粗破砕細片、粗粒子、または他の同様な形に粉砕されたものを含む。
【００３３】
結着剤樹脂を形成する際に結晶質ポリエステルを非晶質ポリエステルに添加すると、トナーのガラス転移温度（Ｔｇ）が結果として抑制され得る。この現象は本明細書では、実施の形態では、時に可塑化（plasticization）と称される。可塑化は、望ましくないことがある。Ｔｇがトナーとしては低すぎる場合、貯蔵時と高温でのトナーの使用時に問題、例えば、ブロッキングが起こり得るからである。従って、実施の形態では、Ｔｇを高くするようにトナーを処理することが望ましいこともある。トナーをこの目的のために処理するのに好適な方法としては、限定的ではないが、アニール、徐冷（slow cooling）、およびこれらの方法の組み合わせなどがある。
【００３４】
例えば、実施の形態では、トナーは、アニール処理工程にかけ得る。本開示に基づけば、このアニール処理工程は、トナーを以下のように連続的に処理して行い得る。すなわち、溶融・混練した後に得られたトナーペレットを加熱装置、実施の形態では、ロータリーキルン（rotary kiln）、流動床ドライヤ、これらの組み合わせ装置などに導入する。トナーはここでＴｇより高い温度に加熱される。トナーをアニールするのに好適な装置は、容易に製作し得るが、あるいは、例えば、ハーパー社（Harper Corporation）販売のロータリーキルンを含む商業装置として入手可能である。実施の形態では、利用できるハーパー社のロータリーキルンは、約５インチの直径、約６フィートの長さを有し、約１回転／分（ｒｐｍ）〜約１５ｒｐｍで運転可能であり、約３０°の最大キルン傾斜度（kiln angle）を有する。
【００３５】
実施の形態では、Ｔｇ以上の温度にトナーを加熱する工程は、本明細書では時に、実施の形態で、アニール処理と称され、結着剤樹脂のポリマ系をいわばリラックス状態にして、結着剤の結晶質ポリエステル成分の結晶質領域が再結晶化し得るようにするものである。この再結晶化によってトナーのＴｇは高くなるので、トナーが低いＴｇを有する場合に起こり得る貯蔵時と使用時に際して生じる問題が回避されるであろう。
【００３６】
本明細書に記載のようにトナーを加熱することによって、結着剤樹脂は結晶度を高め、非晶質状態は最小限に抑えられる。本明細書に記載のトナーは、アニール処理前に４５℃以下、実施の形態では約２５℃〜約４５℃、別の実施の形態では約３９℃〜約４３℃のＴｇを有し得る。従って、実施の形態では、アニール処理に好適な温度としては、約５０℃〜約９０℃、他の実施の形態では約６０℃〜約８０℃とし得る。温度がＴｇ以上に高くなるにつれて、トナーはますます粘稠性を帯びる。温度がＴｇより約６０℃高くなると、非晶質樹脂は、完全に溶融状態になるといわれる。目標は、トナーのＴｇ以上の温度範囲であって、かつトナーがソフトだが安定状態にある温度範囲を見出すことである。温度がＴｇより高くなればなるほど、アニール速度は大きくなる。しかし、これは、トナーを処理する能力とバランスさせて決めなければならない。実施の形態では、トナーのアニール効果は、約２分〜約６０分で、他の実施の形態では約１５分〜約４５分で生じ得る。アニール後、トナーは、可塑化される程度が小さくなるので、Ｔｇは高くなる傾向にある。実施の形態では、アニール後、得られたトナー粒子は、約４３℃〜約６５℃、他の実施の形態では約４６℃〜約５１℃のガラス転移温度を有し得る。
【００３７】
結着剤樹脂は、上記の非晶質樹脂と結晶質樹脂とを含め、得られたトナー中にトナー組成物の約５０重量％〜約９９重量％、実施の形態ではトナー組成物の約７０重量％〜約９７重量％の量で存在し、着色剤は、トナー組成物の約１〜約５０重量％、実施の形態ではトナー組成物の約３〜約２０重量％の量で存在し得る。
【００３８】
アニール処理後、トナーペレットは、トナーのＴｇ以下の温度、実施の形態では約２０℃〜２４℃の温度に冷却し得る。その後、例えば、アルパイン（Alpine）ＡＦＧ流動床グラインダまたはシュツルテバント（Sturtevant）マイクロナイザを使用して破砕し得る。この破砕目的は、約２５μｍ以下、実施の形態では約５μｍ〜約１５μｍ、他の実施の形態では約５．５μｍ〜約１２μｍの容量平均粒径（volume median diameter）にすることである。これらの粒径は、ベックマンコールタ（Beckman Coulter）製マルチサイザ（Multisizer）ＩＩで測定し得る。その後、トナー組成物は、例えば、ドナルドソン（Donaldson）モデルＢ分級器を使用して分級し得る。その目的は、トナー微細粒分、すなわち、容量平均粒径約５μｍ以下のトナー粒子を除去することである。
【００３９】
得られた粒子は、約５μｍ〜約１５μｍ、実施の形態では約５．５μｍ〜約１２μｍの容積平均粒子径（average volume particle diameter）を有し得る。得られた粒子は、約４３℃〜約６５℃、実施の形態では約４６℃〜約５１℃のガラス転移温度を有し得る。当業者には明白だと思われるが、ガラス転移温度の最大値は、非晶質樹脂に依存し得る。例えば、非晶質樹脂が５５℃のガラス転移温度を有しているとすれば、アニール処理されたトナーが達し得る最大値は、５５℃である。従って、アニール処理によって可塑化度が低下し、可塑状態のトナーのガラス転移温度を、始めの非晶質樹脂のガラス転移温度までに高くすることが可能となる。
【００４０】
本明細書に記載の連続アニール処理を実施する好適な装置としては、上記の装置および当業者の技術範囲内のどのような他の部品をも使用し得る。実施の形態では、トナーを連続的に成形・アニールするのに好適な装置として、トナーを押出成形するための溶融・混練装置、押出成形されたトナーをペレット、粗破砕形細片、粗粒子などに成形するためのペレタイザ、ピンミル、フィッツミル、または他の装置、および所望のトナー粒子を形成するためのロータリーキルン、流動床ドライヤおよびこれらの組み合わせ装置のような連続アニール装置を挙げ得る。
【実施例】
【００４１】
＜実施例１＞
本開示のトナーを以下のように製造した。ＣＰＥＳ  Ａ３Ｃ結晶質ポリエステル（１，４−ブタンジオールとフマル酸とアジピン酸とを含む花王（株）（日本）特許ブレンド品）２０％、プロポキシ化ビスフェノールＡフマレート５１％、部分的に架橋結合したプロポキシ化ビスフェノールＡフマレート２４％、およびカーボンブラック５％を含むトナーを、ワーナー＆プフライデラー（Werner and Pfleiderer）ＺＳＫ−２５ＭＣ押出成形装置で溶融・混練した。押出成形装置条件は、処理量毎時６０ポンド、３８０回転／分（ｒｐｍ）で、１２胴の加熱ゾーンの胴温度は、８０℃（ゾーン１）、１１０℃（ゾーン２）、１２０℃（ゾーン３）で、その後の７連続ゾーン（ゾーン４〜１０）は９０℃で、それから最後の２ゾーン（ゾーン１１と１２）は１２０℃であった。
【００４２】
上記のトナーのサンプルを採取した。最初のサンプルは、アニール処理を行わなかったもので、対照標準と称した。続いて４つのサンプルを採取し、以下の表１に記載の条件に従ってアニール処理を行った。次いで、アニール処理を行った本開示のトナーと、対照標準のトナー、すなわち、アニール処理を行わなかったトナーとを、修正示差走査熱量計（modulated differential scanning calorimetry）にかけて各Ｔｇを測定した。得られた結果と、アニール時間とアニール温度の要約については、表１に総括して示す。
【００４３】
【表１】
0005449725.tif 000002
【００４４】
表１に見られるように、ロータリーキルンで処理されたトナーはすべて、アニール処理されなかった同じトナーに比較して、アニール処理工程に利用された時間と温度にはよらず、トナーのＴｇは高くなった。また、トナーの可塑化の程度は少なかったことが観察された。それらのＴｇ値が高くなったからである。