(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの二酸を、少なくとも１つのジオール並びに随意の種樹脂及び随意の開始剤に接触させて重縮合反応を実施してポリエステル樹脂を形成することにより、少なくとも１つのポリエステル樹脂をもたらして、少なくとも１つの押出機内に少なくとも１つの酸基を有する少なくとも１つのポリエステル樹脂を準備し、ここで、前記重縮合反応は前記押出機内で２００℃から３６０℃の温度で実施され、
前記樹脂を、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、ジフェニルアミン、ポリ（エチレンアミン）、及びそれらの組合せからなる群から選択された塩基に接触させることによって、前記少なくとも１つの酸基を中和し、  溶媒が存在しない状態で、前記中和した樹脂を少なくとも１つの界面活性剤を含む水溶液に接触させることによって、前記中和した樹脂を乳化してラテックス粒子を含有するラテックス・エマルジョンをもたらし、
前記少なくとも１つの押出機から前記ラテックス粒子を連続的に回収する、
ステップを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
少なくとも１つの二酸と、少なくとも１つのジオール、随意の種樹脂及び随意の開始剤とを、５０ｒｐｍから１５００ｒｐｍまでの速度で回転する少なくとも１つの押出機内で接触させることによって、酸基を有する少なくとも１つのポリエステル樹脂を調製し、
前記少なくとも１つの二酸と、少なくとも１つのジオール、随意の種樹脂及び随意の開始剤とを、前記少なくとも１つの押出機内で重縮合反応させ、
前記少なくとも１つのポリエステル樹脂を中和反応において塩基に接触させて中和した樹脂を形成し、
溶媒が存在しない状態で、前記中和した樹脂を少なくとも１つの界面活性剤を含む水溶液と接触させて、前記中和した樹脂を乳化してラテックス粒子を含有するラテックス・エマルジョンをもたらし、
前記少なくとも１つの押出機から前記ラテックス粒子を連続的に回収する、
ステップを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３】
少なくとも１つの二酸と、少なくとも１つのジオール・モノマー、随意の種樹脂及び随意の開始剤とを押出機内で接触させることによって、酸基を有する少なくとも１つのポリエステル樹脂を調製し、前記少なくとも１つの二酸と、少なくとも１つのジオール、随意の種樹脂及び随意の開始剤とを重縮合反応させ、
前記少なくとも１つのポリエステル樹脂を塩基で中和して中和した樹脂を形成し、
溶媒が存在しない状態で、前記中和した樹脂を少なくとも１つの界面活性剤を含む水溶液に接触させて、前記中和した樹脂を乳化してラテックス粒子を含有するラテックス・エマルジョンをもたらし、
前記少なくとも１つの押出機から前記ラテックス粒子を連続的に回収し、
前記ラテックス粒子を、５秒から５分までの時間にわたって１５ｋＨｚから２５ｋＨｚまでの周波数の音波にさらして３０ｎｍから５００ｎｍまでのサイズのラテックス粒子を得、
前記ラテックス粒子を着色剤及び随意のワックスと接触させてトナー粒子を形成する、ステップを含むことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトナー用のラテックスの製造プロセスに関し、特にラテックス・エマルジョンの無溶媒連続形成法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電写真式、電子写真式、又は乾式電子写真方式の印刷又はコピー機に用いるためのトナー組成物を形成するプロセスは既に開示されている。例えば、エマルジョン凝集（ＥＡ）型トナーの調整法が知られており、トナーは、着色剤とバッチ又は半連続エマルジョン重合によって形成されたラテックス・ポリマーとの凝集によって形成することができる。
【０００３】
上記のように、ＥＡ型トナーの形成に用いられるラテックス・ポリマーは、バッチ又は半連続エマルジョン重合によって形成することができる。樹脂を製造するためのバッチ・プロセスでは、高温のバッチ反応器内でバルク重縮合重合を行うことができる。重縮合反応に要する時間は、バルク材料の熱伝導、高粘性、及び物質移動の制限のために長くなる。結果として得られた樹脂は、冷却し、砕き、粉砕した後で溶媒中に溶解させる。次に、溶解した樹脂は転相プロセスを受けて、そこでポリエステル樹脂が水相に分散されポリエステル・ラテックスが調製される。次に、蒸留法によって水相から溶媒が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８３０，８６０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２２７，４６０号明細書
【特許文献３】米国特許第４，９３７，１６６号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９３５，３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のプロセスにおける溶媒の使用は、環境問題を引き起こす可能性がある。例えば、溶媒レベルが十分に低くない場合（＜５０ｐｐｍ）、大規模な廃水処理及び溶媒汚染除去が必要になる可能性がある。
【０００６】
さらに、バッチ・プロセスを用いる場合、個々のバッチ・プロセスが大量の材料の取り扱いを含むため、トナー形成における次のプロセス、即ち凝集及び／又は融合に移行する前に、各々のプロセスが完了するのに多くの時間がかかる。さらに、バッチ間の一貫性は、バッチ毎に生じ得る変動のために、達成することが難しい場合が多い。
【０００７】
トナー製品に用いるのに適したラテックス樹脂の調製のための、効率が良く、時間があまりかからず、一貫性のあるトナー製品をもたらし、そして環境に優しい、プロセスを提供することが有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、ラテックス粒子を製造するプロセスを提供する。実施形態において、本開示のプロセスは、反応容器内に少なくとも１つの酸基を有する少なくとも１つのポリエステル樹脂を準備し、この樹脂を、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、ピリジン誘導体、ジフェニルアミン、ジフェニルアミン誘導体、ポリ（エチレンアミン）、ポリ（エチレンアミン）誘導体、及びそれらの組合せを含む塩基と接触させて、少なくとも１つの酸基を中和し、この中和した樹脂をトナー溶媒が存在しない状態で少なくとも１つの界面活性剤と接触させることによって中和した樹脂を乳化して、ラテックス粒子を含有するラテックス・エマルジョンをもたらし、そしてラテックス粒子を連続的に回収するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態による連続エマルジョン重合プロセスに対して用いるのに適した装置を概略的に示す。
【図２】本開示に従って製造された樹脂の粒子径を示すグラフである。
【図３】本開示に従って製造された樹脂の粒子径を示すグラフである。
【図４】本開示に従って製造された樹脂の粒子径を示すグラフである。
【図５】本開示に従って製造された樹脂の粒子径を示すグラフである。
【図６】本開示に従って製造され、音波処理を施された樹脂の粒子径を示すグラフである。
【図７】本開示に従って製造された樹脂の粒子径を減少させるための音波処理に必要なエネルギーを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、トナー組成物の形成に用いるのに適した樹脂を製造するためのプロセスを提供する。このプロセスは連続的であり、無溶媒である。実施形態において、プロセス中に中和剤を用いて連続縮合重合から製造されるポリエステルの乳化を促進することができ、これをポリエステル・エマルジョンの形成に用いることができる。結果として得られた樹脂は、実施形態において、トナーを形成するのに適したものとすることができる。
【００１１】
本開示によるトナー組成物を製造するプロセスは、１つの連続プロセスでラテックス・エマルジョンをもたらす連続エマルジョン重合プロセス（図１に概略的に示される）を含み、そのラテックス・エマルジョンを次にトナーを製造するのに用いることができる。このプロセスは、溶媒を使用せずに行うことができる。
【００１２】
ラテックスを形成するために、少なくとも１つのスクリュー押出機を用いることができる。「少なくとも１つの」とは、実施形態において例えば約１から約１０まで、実施形態において約２から約１０まで、実施形態において約２から約６までのことをいう。或る実施形態においては、図１に示すように、２つのスクリュー押出機を用いてラテックスを製造することができる。
【００１３】
実施形態において、プロセスは、重縮合、中和及び乳化の３つの異なる段階を含むことができる。他の実施形態においては、事前作成ポリエステルを用い、重縮合ステップを省略することができ、プロセスは中和及び乳化ステップを含むことができる。
【００１４】
実施形態において、本開示のプロセスは、少なくとも１つのスクリュー押出機を用いてラテックス・エマルジョンを１つの連続プロセスで製造することができる。ラテックス・エマルジョンを形成するためにスクリュー押出機を用いるシステムの略図を図１に示す。このようなシステムは、均質ラテックス又は構造化ポリマー粒子を有するラテックスを含む任意のポリマー・ラテックスの製造のために用いることができる。
【００１５】
図１を参照すると、予め加熱された液体試薬又は試薬混合物を、１つ又は複数の供給ポート１２を通してスクリュー押出機１０に供給して、反応試薬及び基材が混合できるようにすることができる。供給ポート１２を通して導入された試薬は、所望のラテックスを形成するのに有用ないずれかのモノマー、酸、ジオール、界面活性剤、開始剤、種樹脂、連鎖移動剤、架橋剤などを含む。実施形態において、反応は窒素のような不活性ガスの下で行うことができ、この不活性ガスはアクセス・ポート１４を通してスクリュー押出機１０に導入することができ、出口ポート１６を通してスクリュー押出機１０から出すことができる。また凝縮器１８をスクリュー押出機１０に取り付けて、水蒸気と、反応物に対して反対方向に流れる窒素とを除去することができる。図１に見られるように、スクリュー押出機１０はまた、押出機バレル２０、スクリュー３０、スクリュー押出機チャネル３２、ポリエステル出口ポート３５、及び、加熱／冷却システム、熱電対、及び他の材料供給ポートを含む随意の構成部分（図示せず）を含むことができる。スクリュー３０はシャフト３１によって駆動され、このシャフトは約５０回転毎分（「ｒｐｍ」）から約１５００ｒｐｍまで、実施形態においては約２５０ｒｐｍから約１０００ｒｐｍまでの速度でのスクリュー３０の回転を可能にする従来の方式で駆動モータ（図示せず）に接続される。
【００１６】
約８０℃乃至約１４０℃、実施形態においては約９０℃乃至約１２０℃の温度に随意に予熱された液体試薬は、ラテックスを形成するのに用いることができ、１つ又は複数の供給流を通じて押出機１０に供給して押出機内で混合することができる。スクリュー３０の回転は、重縮合段階のための反応物の混合と、スクリュー押出機１０を通しての材料の移動との両方を促進すする。反応は、約２００℃を上回る、実施形態においては約２００℃から約３６０℃まで、実施形態においては約２１０℃から約３２５℃まで、他の実施形態においては約２２５℃から約２７５℃までの適切な温度で行う必要がある。反応物の望ましい滞留時間は、液体供給速度及びスクリュー速度を含む押出機の設計及び操作により達成することができる。実施形態において、反応物は、重縮合反応中に、約１分から約１００分まで、実施形態においては約５分から約３０分までの時間、スクリュー押出機１０内に滞留させることができる。
【００１７】
液体試薬は、事前形成されたポリエステルを含むことができ、又は、実施形態においてはポリエステル自体を形成するのに用いる試薬、例えば、所望のポリエステルを形成するのに有用な任意の酸、アルコール、二価酸、ジオールなどを含むことができる。このように、エステル自体がスクリュー押出機１０内で形成される場合、重縮合反応段階は、エステル化と重縮合の２つのサブ・ステップに分割することができる。そのような場合、エステル化ステップにおいて、試薬をスクリュー押出機１０に導入することができ、そこで試薬は供給ポート１２に近いスクリュー押出機１０の部分でエステル化を受け、重縮合は樹脂出口ポート３５に近いスクリュー押出機１０の端部付近で起こる。
【００１８】
重縮合速度は、溶融物からの水蒸気の除去速度を制御することによって部分的に制御することができるが、この水蒸気の除去は重縮合速度を増加させることができる。必要であれば、系を僅かに真空排気することができ、これにより実施形態において重縮合反応速度を増加させることができる。
前述のように、幾つかの実施形態においては、窒素ガスを反応システムに流して酸化及び他の副反応を防止することができる。
【００１９】
重縮合反応の終点は、材料の融解粘度又は酸価と相関する所望の分子量によって決定することができる。分子量及び分子量分布（ＭＷＤ）は、ゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定することができる。分子量は、約３，０００ｇ／モルから約１５０，０００ｇ／モルまで、実施形態においては約８，０００ｇ／モルから約１００，０００ｇ／モルまで、実施形態においては約１０，０００ｇ／モルから約９０，０００ｇ／モルまでとすることができる。
前述のように、これらのパラメータは、プロセス中の温度及び水除去を制御することで重縮合速度を調節することによって一致して得ることができる。
【００２０】
樹脂
実施形態において、ラテックス樹脂は、少なくとも１つのポリマーを含むことができる。実施形態において、少なくとも１つとは、約１から約２０までであり、実施形態においては約３から約１０までである。実施形態において、ラテックスを形成するのに用いるポリマーは、ポリエステル樹脂とすることができる。トナーはまた、特許文献１に記載されるように、アモルファス・ポリエステル樹脂と結晶ポリエステル樹脂の混合物を含むことができる。
実施形態において、上記のように、樹脂は、随意の触媒の存在下でジオールと二価酸を反応させる重縮合プロセスによって形成されたポリエステル樹脂とすることができる。
【００２１】
結晶樹脂は、例えば、トナー構成成分の約５乃至約３０重量パーセント、実施形態においてはトナー構成成分の約１５乃至約２５重量パーセントの量で存在することができる。結晶樹脂は、例えば、約３０℃から約１２０℃まで、実施形態においては約５０℃から約９０℃までの種々の融点を有することができる。結晶樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定したとき、例えば約１，０００乃至約５０，０００、実施形態においては約２，０００乃至約２５，０００の数平均分子量（Ｍn）を有することができ、ポリスチレン標準を用いるゲル浸透クロマトグラフィによって測定したとき、例えば、約２，０００乃至約１００，０００、実施形態においては約３，０００乃至約８０，０００の重量平均分子量（Ｍw）を有することができる。結晶樹脂の分子量分布（Ｍw／Ｍn）は、例えば、約２乃至約６、実施形態においては約２乃至約４とすることができる。
【００２２】
さらに、ビスフェノールＡとプロピレンオキシド又はプロピレン・カーボネートとの反応から得られるポリエステル樹脂、特に、結果として得られた生成物とフマル酸（特許文献２に開示されるように）との反応後のポリエステル、並びに、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、及びペンタエリスリトールとの反応から得られる分岐ポリエステル樹脂を含む、ポリエステル樹脂を用いることもできる。
【００２３】
さらに、前述の重縮合ステップが必要でない場合、任意の事前作成ポリエステルに、残りのステップ、即ち本開示の連続無溶媒乳化プロセスを用いて樹脂を製造するための、中和及び乳化を施すことができる。このようなポリエステルは、例えば、前述のポリ（プロポキシル化ビスフェノールＡコ・フマレート）のようなアモルファス及び／又は半結晶ポリエステルと、Ａ３Ｃ結晶ポリエステル（花王株式会社（日本）から入手可能な１，４−ブタンジオール、フマル酸、及びアジピン酸の特許配合物）のような結晶ポリエステルとを含む、前述の任意のポリエステル又は他の樹脂を含む。
【００２４】
重縮合後に、結果として得られたポリエステルは、樹脂の末端に酸基を有することができる。存在可能な酸基には、カルボン酸、無水カルボン酸、カルボン酸塩、それらの組合せなどが含まれる。カルボン酸基の数を開始材料と反応条件を調節することによって制御して、優れたエマルジョン特性を有する樹脂、及び結果として環境耐久性であるトナーを得ることができる。
【００２５】
上記の重縮合プロセスが完了した後、材料を、約９０℃から約１０５℃までの温度、実施形態においては約９４℃から約１００℃までの温度、実施形態においては約９６℃の温度に冷却して、次の段階に移ることができる。
【００２６】
中和及び乳化
重縮合が完了した後、プロセス材料は引き続き、中和及び乳化用のスクリュー押出機を通る。図１は、重縮合反応からのポリエステルが中和及び乳化用のスクリュー押出機に移されるように示すが、実施形態においては、事前作成ポリエステルを取得して、中和及び乳化用のスクリュー押出機に導入することができる。このように、事前作成ポリエステルを用いる場合、本開示のプロセスの上記の重縮合部分は省略することができる。
【００２７】
水相中のポリエステルのような任意の事前作成樹脂に、本開示の残りのプロセスを施すことができる。実施形態において、本開示の残りのプロセスは、溶媒の使用を必要としない転相プロセスを含むことができる。
【００２８】
実施形態において、前述の重縮合プロセスによって製造されたポリエステル、又は、前述の事前作成ポリエステルには、次のような中和及び乳化を施すことができる。図１に示すように、実施形態において、中和及び乳化に適したシステムは、１つ又は複数の供給ポート１１２を有するスクリュー押出機１１０を含み、本開示に従ってトナー粒子を形成するように処理することができる十分に小さな粒子を得ることができるが、ここで供給ポート１１２はスクリュー押出機１０からの重縮合生成物、又は、前述のような、実施形態において溶融混合、中和、乳化及び安定化、それらの組合せなどによって加工処理された任意の事前作成ポリエステルを受け入れる。実施形態において、中和段階中の中和のために、塩基を、ポンプ１１３により供給ポート１１５を通してスクリュー押出機１１０の中に導入することができる。安定剤、実施形態においては水性安定剤を、乳化段階中にポンプ１１９により供給ポート１１７を通してスクリュー押出機１１０の中に導入することができる。また凝縮機（図示せず）をスクリュー押出機１０に取り付けて重縮合重合中に水蒸気を除去することができる。図１に見られるように、スクリュー押出機１１０はまた、押出機バレル１２０、スクリュー１３０、スクリュー押出機チャネル１３２、乳化ポリエステル出口ポート１３５、並びに、加熱／冷却システム、熱電対及び他の材料供給ポートを含む随意の構成部分（図示せず）を含むことができる。スクリュー１３０はシャフト１３１によって駆動され、このシャフトは約５０ｒｐｍから約１５００ｒｐｍまで、実施形態においては約１００ｒｐｍから約１０００ｒｐｍまでの速度でのスクリュー１３０の回転を可能にする従来の方式で駆動モータ（図示せず）に接続される。
【００２９】
中和剤
前述のように、実施形態において、重縮合段階において製造された樹脂又はアモルファス及び結晶ポリエステル樹脂のような任意の事前作成ポリエステル樹脂には、カルボン酸基が存在してもよい。そうしたカルボン酸基は、中和段階中に、中和剤、実施形態においては塩基溶液を導入して部分的に中和することができる。
【００３０】
中和後に、そうした中和プロセスを受けなかった樹脂と比べて、樹脂の親水性、従って乳化性を改善することができる。中和度は、実施形態において、添加する塩基溶液の濃度と塩基溶液の供給速度によって制御することができる。実施形態において、約１重量％から約２０重量％まで、実施形態においては約２重量％から約１０重量％までの濃度の塩基溶液を、約１０グラム毎分から約５０グラム毎分まで、実施形態においては約１１．２５グラム毎分から約２２．５グラム毎分までの添加速度で、押出機に供給することができる。結果として得られる部分的に中和された溶融樹脂のｐＨは、約８から約１３まで、実施形態においては約１１から約１２までとすることができる。
【００３１】
次に、結果として得られる部分的に中和された溶融樹脂は、スクリュー押出機１１０を通して乳化区域に進み、そこで、予め加熱された乳化剤、実施形態においては水性安定剤を制御された速度で添加することができる。前述のように、本開示のプロセスは、中和された樹脂が本明細書で説明する安定剤内で優れた乳化性を有するので、溶媒の使用を必要としない。実施形態において、予め加熱された水性安定剤を窒素ガスの圧力下で添加して、プロセスのサイクル時間を減少させ、あらゆるポリエステルの結晶化を最小にすることができる。乳化が進む温度は、押出機を通る樹脂の適正な流れを可能にし、粒子の十分な乳化を可能にするように、ポリエステルの融点よりも少なくとも約２０℃高くする必要がある。乳化に適した温度は、使用するポリエステル樹脂に依存することになるが、約８０℃から約１８０℃まで、実施形態においては約９０℃から約１１０℃までとすることができる。
【００３２】
乳化剤
この乳化段階で乳化剤として添加することができる適切な安定剤は、ラテックス樹脂の形成に用いるのに適した任意の界面活性剤を含む。本開示のプロセスによりラテックスを調製する際に、乳化段階中に用いることができる界面活性剤には、陰イオン、陽イオン、及び／又は非イオン界面活性剤が含まれる。
【００３３】
乳化に望ましい時間は、押出機の設計、前述のスクリュー１３０が回転する速度、前述のバレルの温度、及びスクリュー押出機１１０への樹脂の供給速度を含む、本開示のシステムのそのような態様を修正することによって得ることができる。スクリュー押出機１１０への樹脂の供給速度は、約１ポンド毎時（ｌｂ／ｈｒ）から約７０ｌｂ／ｈｒまで、実施形態においては約５ｌｂ／ｈｒから約１０ｌｂ／ｈｒまでとすることができる。実施形態におい、樹脂は、中和の間及び乳化段階の間、約３０秒から約９０秒まで、実施形態においては約４０秒から約６０秒までの時間、スクリュー押出機１１０内に滞留することができる。
【００３４】
このようにして製造された最終的なポリエステル粒子のサイズ及びそれらのサイズ分布は、カルボキシル基の中和度、添加した安定剤の量、並びに、中和及び乳化段階における樹脂の滞留時間を調整することによって制御することができる。実際には、本開示に従って製造された樹脂は、約３０ｎｍから約５００ｎｍまで、実施形態においては約４０ｎｍから約３００ｎｍまでの粒子径を有することができる。
【００３５】
連続的なポリエステル乳化のために、上記のプロセスの種々の段階の間の滞留時間は、確実にポリマーが乳化され懸濁液が安定となるように十分に長くする必要がある。
【００３６】
結果として得られたエマルジョンは、ポリエステル出口ポート１３５を通ってスクリュー押出機１１０を出ることができる。エマルジョンは、別のスクリュー押出機又は当業者の認識範囲内の任意の適切な混合又は混和装置内で、約−１０℃から約１００℃まで、実施形態においては約８０℃から約９５℃までの温度での均質化のために、随意の均質化ステップを施すことができる。この随意の均質化ステップ中に、付加的な安定剤水溶液をエマルジョンに添加してポリエステル粒子を安定化させることができる。安定剤の量は、最終エマルジョン組成物の約０．１乃至約１０重量パーセント、実施形態においては最終エマルジョン組成物の約２乃至約８重量パーセントとすることができる。
【００３７】
上記の記述は、図１に示した２つのスクリュー押出機を有する複数スクリュー押出機を説明するが、エステル化区域、重縮合区域、中和区域及び乳化区域を含む複数の区域を有する単一スクリュー押出機を用いることができる。或いは、複数スクリュー押出機は、１つの押出機内で重縮合と随意のエステル化が起こり、別の押出機内で中和が起こり、別の押出機内で乳化が起こるように構成することができる。均質化を含む前述の他の随意のステップを、同じ又は別のスクリュー押出機内で行うことができる。
【００３８】
前述の乳化中の中和剤及び界面活性剤の添加後に、本開示のプロセスの中和及び乳化部分を完了して前述のようにラテックス樹脂を得ることができる。
【００３９】
さらに、実施形態において、製造されたポリエステル粒子は、音波処理を施して所望のナノメートル・サイズの粒子の形成を促進することができる。そのような音波処理を行う方法は当業者の認識範囲内にあり、例えば、ポリエステル粒子をさらに粉砕して粒子径を減少させるための、超音波、押出し、それらの組合せ、及び、類似の音源の適用を含む。実施形態において、約１５ｋＨｚから約２５ｋＨｚまで、実施形態においては約１７ｋＨｚから約２２ｋＨｚまでの音波を、約５秒から約５分まで、実施形態においては約３０秒から約３．５分までの時間、樹脂粒子に適用して所望のサイズを有する粒子を製造することができる。
【００４０】
実際には、随意に前述の音波処理ステップと組み合わせて、本開示に従って製造された樹脂は、約３０ｎｍから約５００ｎｍまで、実施形態においては約５０ｎｍから約４００ｎｍまでの粒子径を有することができる。
【００４１】
得られた後で、本開示のラテックスは、当業者の認識範囲内のプロセスにより、着色剤及び他の随意の成分と組み合せてトナーを製造することができる。例えば、実施形態において、ラテックス樹脂は、着色剤及び随意のワックス及び他の成分と組み合せて、凝集／凝固／洗浄を実施してトナーを製造することができる。
【００４２】
着色剤
本開示のトナーに用いることができる着色剤には、顔料、染料、顔料と染料の混合物、顔料の混合物、染料の混合物などがある。
【００４３】
ワックス
本開示のトナーを得るために、ワックス懸濁液をラテックス及び着色剤に添加することもできる。適切なワックスには、例えば、水とイオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、又はそれらの混合物との水相中に懸濁された、体積平均直径が約５０乃至約５００ナノメートルの、実施形態においては約１００乃至約４００ナノメートルのサイズ範囲のサブミクロン・ワックス粒子が含まれる。イオン界面活性剤又は非イオン界面活性剤は、ワックスの約０．５乃至約１０重量パーセント、及び実施形態においては約１乃至約５重量パーセントの量で存在することができる。
【００４４】
トナー処理
続いて、ラテックス、着色剤、及び随意のワックスの混合物を融合させる。融合は、約９０℃から約９９℃の温度において、約０．５乃至約６時間、実施形態においては約２乃至約５時間にわたって、攪拌及び加熱するステップを含む。融合は、付加的な攪拌によって促進することができる。
【００４５】
次に、混合物のｐＨを、例えば、酸を用いて、約３．５乃至約６に、実施形態においては約３．７乃至約５．５に低下させてトナー凝集体を融合させる。適切な酸には、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、クエン酸又は酢酸が含まれる。酸の添加量は、混合物の約４乃至約３０重量パーセント、実施形態においては混合物の約５乃至約１５重量パーセントとすることができる。
【００４６】
混合物は、冷却し、洗浄し、そして乾燥させる。冷却は、約２０℃から約４０℃まで、実施形態においては約２２℃から約３０℃までの温度において、約１時間から約８時間まで、実施形態においては約１．５時間から約５時間までの時間にわたって行うことができる。
【００４７】
実施形態において、融合トナー・スラリーの冷却は、例えば、氷、ドライアイスなどのような冷媒を添加して、約２０℃から約４０℃まで、実施形態においては約２２℃から約３０℃までの温度まで急速に冷却することによって急冷することを含む。急冷は、例えば、約２リットル未満の、実施形態においては約０．１リットルから約１．５リットルまでのような少量のトナーに対して実行可能である。例えば量が約１０リットルよりも多い大規模処理に対しては、トナー混合物の急速冷却は、トナー混合物への冷媒の導入によっても、ジャケット付き反応器冷却を用いても、実行可能ではなく実用的でもない。
【００４８】
次に、融合トナーを洗浄することができる。洗浄は、約７乃至約１２のｐＨ、実施形態においては約９乃至約１１のｐＨにおいて実行することができる。洗浄は、約４５℃から約７０℃まで、実施形態においては約５０℃から約６７℃までの温度でなされる。洗浄は、脱イオン水中において、トナー粒子を含むろ過ケークを濾過し、再スラリー化するステップを含むことができる。ろ過ケークは、脱イオン水で１回又はそれ以上の回数洗浄することができ、又は、スラリーのｐＨを酸で調節して約４のｐＨにおいて１回の脱イオン水洗浄、続いて随意の１回又はそれ以上の回数の脱イオン水洗浄により洗浄することができる。
【００４９】
次に、洗浄されたスラリーを乾燥させることができる。乾燥は、約３５℃から約７５℃まで、実施形態においては約４５℃から約６０℃までの温度で行うことができる。乾燥は、粒子の水分レベルが、約１重量％、実施形態においては約０．７重量％未満の設定目標を下回るまで続けることができる。
【００５０】
凝集剤
実施形態において、凝集剤を、本開示のトナー粒子を形成する際に含ませることができる。錯化を引き起こすことができる任意の凝集剤を、本開示のトナーを形成するのに用いることができる。アルカリ土類金属塩又は遷移金属塩のどちらも凝集剤として用いることができる。
【００５１】
凝固剤
トナー組成物の処理を促進するために、ラテックス中のいずれかのイオン界面活性剤と反対の極性を有するイオン凝固剤（即ち、対イオン凝固剤）を、随意にトナー組成物内に用いることができる。例えば、最終スラリー中の細粒の発生を防止／最小化するような量の凝固剤が存在する。細粒とは、実施形態においては、例えば、平均体積直径が約６ミクロン未満の、実施形態においては平均体積直径が約２ミクロンから約５ミクロンまでの小サイズの粒子のことをいい、このような細粒はトナーの歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。対イオン凝固剤は、有機又は無機物とすることができる。トナーに含めることができる例示的な凝固剤には、ポリメタルハライド、ポリメタルスルホシリケート、随意に陽イオン界面活性剤と組み合せた一価、二価又は多価塩、それらの混合物などがある。無機陽イオン凝固剤には、例えば、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリアルミニウムスルホシリケート（ＰＡＳＳ）、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、又は硫酸マグネシウムがある。例えば、実施形態において、樹脂ラテックス分散液のイオン界面活性剤は、陰イオン界面活性剤とすることができ、対イオン凝固剤は、ポリメタルハライド又はポリメタルスルホシリケートとすることができる。存在するときに、凝固剤は、全トナー組成物の約０．０２乃至約２重量パーセント、実施形態においては全トナー組成物の約０．１乃至約１．５重量パーセントの量で用いられる。
【００５２】
添加剤
トナーはまた、トナーの約０．１乃至約１０重量パーセント、実施形態においては約０．５乃至約７重量パーセントの量の任意の公知の電荷添加剤を含むことができる。
【００５３】
洗浄又は乾燥後に、トナーに表面添加剤を添加することができる。
【００５４】
用途
本開示のラテックスを用いて製造されたトナー粒子は、約１ミクロンから約２０ミクロンまで、実施形態においては約２ミクロンから約１５ミクロンまで、実施形態においては約３ミクロンから約７ミクロンまでのサイズを有することができる。
【００５５】
本開示によるトナーは、プリンタ、コピー機などを含む種々の画像形成装置内で用いることができる。本開示によって生成されたトナーは、画像形成プロセス、特に乾式電子写真プロセス用として優れており、優れた画像解像度を有する高品質のカラー画像、良好な信号対ノイズ比、及び画像均一性をもたらすことができる。さらに、本開示のトナーは、デジタル画像形成システム及びプロセスのような電子写真画像形成及び印刷プロセス用に選択することができる。
【００５６】
本明細書で開示されたプロセスにより得られるトナーと、スチール、フェライトなどのような被覆担体を含む公知の担体粒子とを混合することによって、現像剤組成物を調製することができる。そのような担体は、特許文献３及び特許文献４に開示されたものを含む。担体は、トナーの約２重量パーセントからトナーの約８重量パーセントまで、実施形態においてはトナーの約４重量パーセントから約６重量パーセントまでの量で存在することができる。担体粒子はまた、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなポリマー・コーティングを上に有するコアを含み、内部に分散された導電性カーボン・ブラックのような導電性成分を有することができる。担体コーティングには、メチルシルセスキオキサンのようなシリコン樹脂、ポリフッ化ビニリデンのようなフルオロポリマー、ポリフッ化ビニリデン及びアクリルのような帯電列内で接近していない樹脂の混合物、アクリルのような熱硬化樹脂、それらの混合物、及び他の公知の成分が含まれる。
【００５７】
本明細書で開示されたトナーを用いる画像形成方法もまた構想される。画像形成プロセスは、電子印刷磁気画像文字認識装置内に画像を形成し、その後、本開示のトナー組成物を用いて画像を現像することを含む。静電手段による光導電性材料の表面上の画像の形成及び現像は周知のことである。基本的な乾式電子写真プロセスは、光導電性絶縁層上に一様な静電荷を配置し、この層を光及び影の画像に露出して光に露出された層の領域上の電荷を消散させ、得られた静電潜像を、微細に分割された検電材料、例えばトナーを静電潜像上に堆積させることによって現像するステップを含む。トナーは通常、電荷を保持する層の領域に引き寄せられ、それにより静電潜像に対応するトナー画像を形成することになる。この粉体画像を、次に紙のような支持面に転写することができる。続いて、転写された画像を熱によって支持面に恒久的に付着させることができる。光導電性層を一様に帯電させ、次いでその層を光及び影の画像に露出することによる潜像形成の代りに、光導電層を直接に画像形状に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、粉体像を光導電性層に付着させて、粉体像の転写をなくすことができる。溶媒又は保護膜処理のような他の適切な定着方法で、上記の熱定着ステップを置き換えてもよい。
【００５８】
バッチ・プロセスと比較して優れた本開示の連続プロセスの利点には、（１）バッチ・プロセスに必要な大量の材料を必要としないこと、（２）プロセスの遥かに良好な制御（各々の成分材料の正確な供給制御、プロセス温度、剪断、滞留時間などの良好な制御）及び製品品質の優れた一致、（３）より高いエネルギー効率及び無溶媒であるための環境親和性、（４）製造時間を劇的に削減できること、（５）（バッチ処理とは異なり）溶媒及び材料を取り扱う必要性をなくすことによってプロセスの安全性を改善できること、（６）ジャスト・イン・タイム・プロセスであることによって在庫を減らすこと、（７）イン・サイチュー無溶媒のポリエステル乳化を可能にすること、（８）分散粒子サイズ及びサイズ分布の制御を可能にすること、及び、（９）生産性を増加させ、単位製造コスト（ＵＭＣ）を減少させること、が含まれる。
【００５９】
さらに、ポリエステル樹脂上のカルボキシル基を中和する前述の中和剤の使用は、前述の陰イオン界面活性剤と組み合せて用いて乳化を高めることができ、また非イオン界面活性剤の使用は、溶媒の必要性なしに優れた安定性を有するエマルジョンをもたらすことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１１０：スクリュー押出機
１２、１１２：供給ポート
１４：アクセス・ポート
１６：出口ポート
１８：凝縮機
２０、１２０：押出機バレル
３０、１３０：スクリュー
３１、１３１：シャフト
３２、１３２：スクリュー押出機チャネル
３５：ポリエステル出口ポート
１１３、１１９：ポンプ
１１５、１１７：供給ポート
１３５：乳化ポリエステル出口ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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