CN1344977A - 干调色剂,成像方法及操作盒 - Google Patents
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Abstract
一种由磁性调色剂颗粒组成的干磁性调色剂,所述磁性调色剂颗粒包括粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒。通过控制分离的含铁颗粒的存在和含有高百分比的球形颗粒,赋予所述磁性调色剂出色的显影性能和转印性能,相对于磁性调色剂的重均颗粒大小和磁性调色剂中3μm或更小的颗粒的含量,控制球形颗粒的数量。
Description
发明领域和相关技术
本发明涉及一种用于电照相的调色剂,一种使静电图像显像和调色剂喷射的成像方法,一种使用所述调色剂的成像方法,和一种包括所述调色剂的操作盒。
至今,在美国专利US2,297,691、US3,666,363、US4,071,361等中已经公开了各种电照相方法。在这些方法中,通过照射对应于原件的光图像,在光电导层上形成静电潜像,并且调色剂被附着在潜像上以显影静电图像。接下来,通过或不通过中间转印元件将得到的调色剂图像转移至转印(-接受)材料如纸上,然后定影,即通过加热,加压或加热和加压,从而得到复印件或打印件。通过各种方法清除残留在光敏元件上的调色剂,以及重复上述步骤用于后来的成像循环。
公开的日本专利申请(JP-A)55-18656已建议了一种跳动显影方法,其中磁性调色剂以相当薄的厚度施加到套筒上,摩擦起电并带来与静电图像靠近而产生显影。这种方法是有益的,其中通过在套筒上施加相当薄厚度层的磁性调色剂来增加套筒和调色剂之间的接触机会,从而使足够的摩擦起电成为可能。
然而,用绝缘磁性调色剂的显影方法包含与使用所述绝缘磁性调色剂有关的一个不稳定因素。更具体地说,绝缘磁性调色剂颗粒含有大量的细粉状磁性材料,和所述磁性材料的一部分与所述调色剂颗粒的表面脱离或曝光,这影响磁性调色剂的流动性和摩擦起电能力而因此改变或恶化各种性能,包括显影性能和连续成像性能。推测这些难点是由存在于磁性调色剂颗粒表面的细小颗粒的磁性材料引起的,该磁性材料的电阻率比树脂组成的调色剂的电阻率低。该调色剂的起电能力也大大影响显影性能和可转印性,这也深度影响得到的图像质量。出于此因,能够稳定地获得高电荷的磁性调色剂是非常需要的。
而且,近些年来,使用静电照相的装置已经不仅用作复制原件的复印机,也用作计算机的打印机和传真机。因此,需要静电照相的装置尺寸更小、重量更轻,并具有更高的速度和可靠性,因此要求它们由简单的部件组成。所以,要求调色剂表现出更高的性能,实现优秀的成像而不可能失败。
JP-A 7-230182和JP-A 8-286421建议了外部加入磁性材料粉来稳定起电能力。这使所提供的调色剂表现出稳定的起电能力和高的可清洁性,但所述调色剂易于附着在通常包含在具有简单结构的高速打印机中的接触充电元件上。
还有,在调色剂图像由光敏元件转移至转印(-接受)材料的转印步骤后,一部分调色剂(残留调色剂)遗留在光敏元件上没有被转移。为了在连续复印或打印中继续得到良好的调色剂图像,必须将残留调色剂从光敏元件中清除掉。回收的残留调色剂存于成像机的槽中或回收盒中,且然后作为废调色剂扔掉或回收。
为了避免废调色剂的产生,成像装置必须装有回收系统。这种置于所述装置中的回收系统必须是大型的以顺应市场上所需的复印机、打印机和传真机要求的多功能,高速和高图像质量,因此导致装置较大,而逆市场上对较小型装置的需求。在将废调色剂存于装置中的或包括和光敏元件合为一整体的废调色剂回收单元的系统中的槽中或回收盒中时,也遇到该问题。
为了减轻该问题,在调色剂图像由光敏元件转移至转印材料时,必须提高转印速率或效率。
JP-A 9-26672建议了一种含有平均颗粒大小为0.1-3μm的转移效率促进剂和BET比表面积为50-300m2/g的疏水二氧化硅细粉的调色剂,因此所提供的调色剂具有减少的体积电阻率,和在光敏元件上形成薄层转移效率促进剂,以提高转移效率。然而,通过粉碎得到的调色剂会具有一般宽度的颗粒大小分布,以至难以均匀地提高所有所述调色剂颗粒的转移效率,这为进一步提高留出了空间。
为了提高转移效率,已经知道一种形成调色剂的方法,其中,使调色剂的形状接近于球型。其中的例子可包括通过如在JP-A 3-84558、JP-A3-229268、JP-A 4-1766和JP-A 4-102862中公开的喷雾形成调色剂颗粒、用溶液溶解和聚合的制备方法。然而,这些调色剂的制备方法需要大的生产装置,并且得到的球型调色剂颗粒由于它们的球形形状而产生清除不足的问题。
传统的调色剂制备方法包括粉碎步骤,将包括以保证调色剂在转移材料上定影的粘合剂树脂、颜料或提供调色剂的磁性材料和赋予调色剂颗粒可充电性的电荷控制剂的调色剂成份干混合,和通过捏合装置如辊式磨碎机或挤压机进行熔融捏合,和在冷却固化后,通过粉碎装置如喷流式粉碎机或机械碰撞式粉碎机将经捏合的产物粉碎,接着用气动分级机进行分级以得到调色剂颗粒,所述颗粒可选择地进一步与流动性改进剂和从外面加入其中的润滑剂混合。为了提供双组份显影剂,所述调色剂可与磁性载体混合。
制备调色剂颗粒的此方法的一个例子用图7所示的流程图来说明。
粗粉碎后的材料不断地或连续地喂入第一分级装置,从中出来的主要包含颗粒大小超出所述颗粒大小范围的颗粒的粗粉部分送入粉碎装置进行粉碎,然后回到所述第一分级装置。
主要包含颗粒大小在所述的颗粒大小范围内和低于所述颗粒大小范围的其它细粉部分送入第二分级装置并因此分成主要包含颗粒大小在所述的颗粒大小范围内的颗粒的中等粉、主要包含颗粒大小低于所述颗粒大小范围的颗粒的细粉和主要包含颗粒大小超出所述颗粒大小范围的颗粒的粗粉。
对于所述粉碎装置,能够是各种粉碎装置,对于粉碎主要包含粘合剂树脂的粗粉碎调色剂产品,通常使用如图9所示的使用喷射气流的碰撞式气动粉碎机。
在这种以高压气体作为喷射气流的碰撞式气动粉碎机中,粉状材料用喷射空气流运送并从加速管道的出口射出以碰撞碰撞元件的碰撞表面,该碰撞元件置于加速管道的出口孔的对面位置,由此,通过由所述碰撞产生的冲击力将所述粉状材料粉碎。
例如,在如图9所示的碰撞式气动粉碎机中,碰撞元件164置于加速管道162的出口端口163的对面,加速管道162与高压气体喂入嘴161相联,在向加速管道供给的高压气体的作用下,粉状材料通过加速管道162中间形成的粉状材料喂入端口165吸入加速管道162,以及所述粉状材料与高压气体一起从出口163射出撞在碰撞元件164的碰撞表面166上,在冲击下被粉碎。经粉碎的材料由卸料端口167排出。
然而,因为粉状材料是通过由与高压气体一起射出的所述粉末碰撞碰撞元件而产生的冲击力来粉碎的,因此使得到的调色剂颗粒形状不定并有棱角,脱模剂和磁性材料粉末易于从所述调色剂颗粒中分离出来。
JP-A 2-87157公开了一种方法,其中通过粉碎工艺制备的调色剂颗粒经过机械撞击(采用混合机(hybridizer))以改善所述颗粒的形状和表面状况,从而提高转移效率。根据此方法,尽管在粉碎后加入了处理步骤,但调色剂颗粒的产率低。并使调色剂颗粒的表面较平坦而在显影性能上需要一些改进。
还有,为了通过使用上述碰撞式气动粉碎机制备小颗粒调色剂,需要大量的空气,因此增加了电能消耗而导致生产能源成本的增加。近些年来,从生态学角度来看,也需要节约调色剂生产能源。
关于分级装置,已经建议了各种气动分级机和分级方法,包括使用旋转叶片的分级机和没有转动单元的分级机。后者包括固定间壁式离心分级机,和利用惯性的分级机。后者惯性型分级机的使用已经在日本专利公开(JP-B)54-24745,JP-B 55-6433和JP-A 63-101858中建议。
根据这种如图10所示的气动分级机,与高压气体一起射出的粉末材料通过一供给喷嘴口进入分级室的分级区,在由沿Coanda滑块145流动的弯气体流产生的离心力的作用下,粉末材料被分成粗粉、中等粉和细粉,所述粗粉、中等粉和细粉通过窄端缘146和147分开。
更具体地说,在分级装置127中,经粉碎的粉末材料通过包括锥形颗粒吸入管道148和149的供给嘴引入,在所述管道中,粉末材料倾向于直线并平行于管壁流动。然而,在所述供给嘴中,所述粉末供给流易于分成富含轻的细粉的上层流和富含重的粗粉的下层流。各部分粉末流易于分开流动并根据引入分级室的位置而射入不同的路线。进一步所述粗粉流易于干扰细粉的飞动路线,这造成分级精确度的提高受到限制。
而且,调色剂需要大量不同的性能,它们中的许多不仅由起始材料也由制备方法决定。要求调色剂分级步骤在低成本和稳定的方法下提供经分级的颗粒具有陡的颗粒大小分布。
进而近些年来,为了提高复印机和打印机中的图像质量,调色剂颗粒的尺寸渐渐变小。通常地,当颗粒尺寸变小时,颗粒物质受较大的粒子间的力支配。主要包含树脂的调色剂颗粒也是这样,并且当它们的尺寸较小时,它们的聚结力变大。
结果,在获得重均颗粒尺寸最大为10μm和陡的颗粒大小分布的调色剂时,使用传统的装置和方法的分级效率明显降低。尤其是在获得重均颗粒尺寸最大为10μm和陡的颗粒大小分布的调色剂时,使用传统的装置和方法不仅分级效率明显降低。而且经分级的调色剂颗粒易于含有大量超细粉末部分。
而且,根据传统系统,即使能得到具有精确颗粒大小分布的调色剂产品,其中的步骤易于复杂化而导致低的分级效率、低的出品率和较高的生产成本。如果所述尺寸变小时,这种趋势变得更加明显。
进而,当磁性调色剂的颗粒大小小于通常的颗粒大小时,为了抑制图像模糊,包含在调色剂颗粒中的磁性材料的量要增加,相应地从调色剂颗粒分离出来的磁性材料的量增加。结果,为了顺应较高的运行速度,降低磁性调色剂的低温定影性和限定磁性调色剂的显影性能变得比以前更为迫切。
发明概述
本发明的一般目的是提供一种解决了上述问题的干磁性调色剂。
本发明的更特别的目的是提供一种即使颗粒尺寸较小,也能够保留良好的显影性能的干磁性调色剂。
本发明的另一目的是提供一种产生较少废调色剂、表现出较高转移率的干磁性调色剂。
本发明的进一步的目的是提供一种操作盒和一种使用该磁性调色剂的成像方法。
按照本发明,提供了一种干磁性调色剂,包括:均含有至少一种粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒的磁性调色剂颗粒;其中,每10,000调色剂颗粒存在100-350个分离的含铁颗粒;该调色剂重均颗粒大小X为5-12μm;至于其中颗粒大小为3μm或更大的颗粒含有至少90%颗粒满足下式(1)的圆形度Ci0.900,
Ci=L0/L …(1),其中L表示单个颗粒的投影图像的周长,和L0表示给出相同面积作为投影图像的圆的周长;和该调色剂满足
(a)(i)至于重均颗粒大小为X,通过以下所示的公式(3)确定的截出百分数(cut percentage)Z满足下式(2),
Z≤5.3×X …(2),
Z=(1-B/A)×100 …(3),其中A表示总颗粒数和B表示颗粒大小为3μm或更大的颗粒数,和(ii)在3μm或更大颗粒中,调色剂含有的Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y(%)满足:
Y≥X-0.645×exp5.51 …(4),
或该调色剂满足
(b)(iii)关于重均颗粒大小为X的,由上式(3)确定的截出百分数Z满足下式(5):
Z>5.3×X …(5),和在3μm或更大的颗粒中,Ci≥0.950的颗粒的百分数Y(%)满足;
Y≥X-0.545×exp5.37 …(6)。
按照本发明的另一方面,提供了一种成像方法,包括以下步骤:
用上述干磁性调色剂显影形成于载像元件上的静电图像以在上面形成调色剂图像,
通过或不通过中间转印元件将调色剂图像转移至转印材料上,和
在施加热和压力下将调色剂图像定影在转印材料上。
按照本发明的更进一步的方面,提供了一种操作盒,包括:载像元件,和含有上述干磁性调色剂的显影装置,该调色剂用于显影形成于载像元件上的静电图像;载像元件和显影装置,该显影装置被整体支撑以形成操作盒,该操作盒可分离地装到成像装置的主件上。
结合附图阅读下面的本发明的优选实施方案,这些和其它目的、特征和优点将变得更加明显。
附图概述
图1为调色剂的一种制备方法的流程图。
图2为实施调色剂制备方法的一个装置系统。
图3为用于调色剂粉碎步骤的机械粉碎机的截面图。
图4为图3的D-D’部分截面图。
图5为包含在图3的粉碎机中的转子的透视图。
图6为用于调色剂分级步骤的多段气动分级机的截面图。
图7为调色剂的传统制备方法流程图。
图8为调色剂的传统制备系统图。
图9为传统的碰撞式气动粉碎机的截面图。
图10为传统地用作为第二分级装置的多段气动分级机的截面图。
图11-13分别为使用本发明的磁性调色剂、适合于成像的成像装置的实施例的示意图。
图14为转印装置的示意图。
图15为充电辊的示意图。
图16为本发明的操作盒的一实施方案。
图17为使用弹性刮板的本发明的操作盒的一实施方案。
图18为包括一注入充电系统的本发明的操作盒的一实施方案。
图19为用于测量调色剂可充电性的装置。
图20、21、25和26分别为调色剂的圆形度(Ci)和平均颗粒大小之间的关系图。
图22和23分别为重均颗粒大小Z和颗粒大小分布峰半值宽度Y间的关系图。
图24A-24D均包括用于与实施例中的外部添加剂混合的搅拌叶的正视图和侧视图。
发明详述
作为我们对调色剂中的分离的磁性材料的数量和形状及成份的研究的结果,发现调色剂中的分离的磁性材料的数量(和进一步的形状)和调色剂的可转印性和显影性能间有密切的关系。
通过控制分离的磁性材料的数量得到的本发明的调色剂表现出提高的转印效率并不降低定影性,在高湿度和低湿度环境下均提供高质量的图像,并不易于随时间造成图像缺陷。
本发明的干磁性调色剂包括至少一种粘合剂树脂和一种磁性氧化铁,并且所含分离的含铁颗粒的比例为每10,000调色剂颗粒100-350,优选100-300,更优选120-250,进一步优选120-200。
如果分离的含铁颗粒数超出350,调色剂电荷通过所述颗粒易于泄漏,这降低了调色剂电荷。电荷降低的该调色剂造成图像模糊增加,低转印效率和对显影性能产生不利影响的充电失败。进而,附着在载调色剂元件上的调色剂增加而阻碍摩擦充电性能,导致充电失败和差的显影性能。另一方面,分离的含铁颗粒数低于100意谓着该调色剂大体上不含有分离的磁性氧化铁颗粒。这种大体上不含有分离的磁性氧化铁颗粒的调色剂表现出高的可充电性,但在高速装置中,在大量的纸上连续成像时,尤其在低温/低湿环境下,其易于充电过量,这易于导致低图像浓度,通过将含铁颗粒数量控制在100-350的范围内,使提供充电控制简单和能够均匀稳定地被充电的调色剂成为可能。
本文中所述的分离的含铁颗粒数是基于下面的方法测量的值。
通过使用按照日本Hardcopy’97 Paper Collection,第65-68页所述原理的颗粒分析仪(“PT1000”,由Yokogawa Denki K.K.制造)进行测量。更具体地说,在该装置中,将细颗粒如调色剂颗粒一粒接一粒地引入等离子体来从颗粒的荧光光谱确定元素和荧光颗粒的大小。如将磁性调色剂颗粒引入等离子体,每个调色剂颗粒产生一个碳荧光(组成粘合剂树脂)和一个铁荧光(组成磁性氧化铁),所述碳荧光和铁荧光能够被分别观察到。由于一个调色剂颗粒产生一个荧光,因此根据观察到的荧光数能够确定调色剂颗粒数。在此例中,距碳原子荧光2.6msec以内的铁原子荧光被认为是与碳原子荧光同时发出的荧光。
在含磁性氧化铁颗粒的磁性调色剂颗粒中,碳原子和铁原子同时发出的荧光意谓着来自含有分散在其中的磁性氧化铁的调色剂的荧光,和仅是铁原子的荧光意谓着来自分离的含铁颗粒的荧光。
更具体地说,关于测量,将在23℃和60%RH的环境中放置一夜的样本调色剂在上述环境中与0.1%含氧氦气一起测量。关于光谱分离,将槽1检测器用于碳原子(波长247.86nm,和K因子的建议值)和槽2检测器用于铁原子(波长239.56nm,K因子为3.3764)。以一次扫描覆盖1000-1400次碳原子荧光的速率进行采样,并重复采样直至碳原子荧光达到至少10,000次。通过集中荧光,用纵坐标记录荧光数和用横坐标记录代表颗粒大小的电压的立方根来绘制颗粒大小分布曲线。为了确保测量的精确度,颗粒大小分布曲线显示一个单峰和没有谷是重要的。仅是铁原子的荧光数被认为是含分离的含铁颗粒数(可认为大体等于本发明中的分离的磁性氧化铁颗粒数)。在1.50伏下取得测量中的干扰去除量。
偶然地,有时作为充电控制剂的偶氮基铁化合物可包含在调色剂中,但该偶氮基铁化合物是一种有机金属化合物,因此其不产生仅是铁原子的荧光。而且,有可能该充电控制剂从调色剂颗粒分离,但充电控制剂的含量小至调色剂颗粒中的粘合剂树脂和磁性氧化铁的1-3%,因此其影响可以忽略。因此,按照上述方法的碳原子和铁原子的荧光能够被认为是仅由粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒产生的。
进而,通过采用下文中所述的制备调色剂颗粒的方法,使本发明的调色剂含有至少90%数量的圆形度Ci至少为0.900的调色剂颗粒,所述圆形度是在调色剂颗粒大小至少为3μm以及分离的含铁颗粒上述量在每10,000调色剂颗粒100-350的范围内下测量的。
在本发明中,平均圆形度(Cav)作为合适的参数用于定量地表示基于使用流动式颗粒图像分析仪(“FPIA-1000”,得自于Toa Iyou Denshi K.K.)测得值的颗粒形状。对于每个被测颗粒,根据下面等式(1)计算圆形度Ci,和通过如下面等式(7)所示的用颗粒数除所有被测颗粒的总圆形度计算平均圆形度Cav。
按照下面等式(8)可确定圆形度标准偏差:
由上述等式(1)可知,圆形度是表现颗粒不均匀度的指数,和完美的圆形颗粒给出的值为1.00,以及较多复杂形状的颗粒给出较小的值。而且,圆形度标准偏差SDc为圆形度波动的指数,较小的值代表较小的波动。
在用于此处的流动式颗粒图像分析仪(“FPIA-1000”)中,为了计算方便,按照下表自动进行精确计算:在圆形度范围0.400-1.000内,以0.010的增量将单个颗粒的圆形度(Ci)分成61份,即0.400-低于0.410,0.410-低于0.420,…0.990-低于1.000,和1.000。然后,根据中心值和各等份的频率确定平均圆形度Cav。然而,由传统计算引入的误差相当小并可从由严格应用上述等式得到的值中大体忽略。
至今,已经知道调色剂形状影响调色剂的许多性能。我们的研究结果发现3μm或更大的调色剂颗粒形状和分离的磁性氧化铁颗粒的数量大大影响磁性调色剂的可转印性和显影性能。我们还发现如果等圆直径(C.E.D.=L0/π参照上述等式(1))小于3μm的颗粒的量超出某一水平,该调色剂的可转印性和显影性能易于降低。进一步而言,已发现如果小于3μm的颗粒的数量(包括颗粒大小小于3μm的调色剂颗粒和颗粒大小小于3μm的外加添加颗粒)超出某一水平,难以得到希望的性能,除非3μm或更大的调色剂颗粒的圆形度增加。
因此,为了达本发明的目的,等圆直径(C.E.D)为3μm或更大的颗粒要表现出高的圆形度是重要的,但为了从较大影响可转印性和显影性能的3μm或更大的颗粒得到更多的效果,需要根据低于3μm的细粉的数量,控制3μm或更大的调色剂颗粒的圆形度。
由此,通过根据低于3μm的细粉的数量,控制3μm或更大的调色剂颗粒的圆形度,可以得到表现出优秀的可转印性和显影性能的调色剂。
在使用“FPIA-1000”的圆形度测量中(下文有时也称作“FPIA-1000”测量),存在这样一种趋势:较小的颗粒由于颗粒图像近似于一点而表现出较高的圆形度。因此,如果调色剂含有大量的小颗粒,该调色剂倾向于表现出较高的圆形度。另一方面,当该小颗粒仅以小量存在时,该调色剂的圆形度较低。因此,如下面等式(3)所示的、基于通过从100%总颗粒中提出3μm或更大的颗粒部分而确定的截出百分数Z,以及公式(2)和(5),获得希望的性能所需的圆形度水平和重均颗粒大小X被优化,如分别对应于公式(2)和(5)的公式(4)和(6)所示。
截出百分数Z=(1-B/A)×100 …(3),其中A表示总颗粒数,B表示3μm或更大的颗粒数。(出于本发明的目的,B/A比率可由用于FPIA-测量的样本液体中的相关颗粒的浓度的比率(颗粒/μl)表示)。
由此,当由Z≤5.3×X…(2)表示仅含少量低于3μm颗粒时,在3μm或更大的颗粒中,Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y应满足:
Y≥exp5.51×X-0.645 …(4),其中,exp5.51意谓e5.51=247.15。另一方面,当由Z>5.3×X…(5)表示含有大量低于3μm颗粒的调色剂时,Ci≥0.950的3μm或更大的颗粒的数基百分数Y要满足:
Y≥exp 5.37×X-0.545 …(6)。
所以,调色剂应含有至少90%的、在3μm或更大的颗粒中Ci≥0.900的颗粒,和该调色剂也应满足
(a)(i)通过以下所示的公式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小为X有关的下式(2):
Z≤ 5.3×X …(2),
(优选0<Z≤5.3×X)
Z=(1-B/A)×100 …(3),其中A表示总颗粒数和B表示颗粒大小为3μm或更大的颗粒数,和(ii)调色剂含有的在3μm或更大颗粒中Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y(%)满足;
Y≥X-0.645×exp5.51 …(4),优选地X-0.187×exp4.85≥Y≥X-0.645×exp5.51
或该调色剂满足
(b)(iii)由上式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(5):
Z>5.3×X …(5),(优选地95≥Z>5.3×X),和在3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的颗粒的百分数Y(%)满足:
Y≥X-0.545×exp5.37 …(6),优选地X-0.187×exp4.85≥Y≥X-0.545×exp5.37。
如果该调色剂满足上述圆形度要求,该调色剂易于充电控制和能够在连续成像中实现均匀和稳定的可充电性。也可以实现较高的转印效率。这是可以推测的,因为在这种满足上述要求的调色剂中,该调色剂颗粒与先敏元件间产生较小的接触面积,这导致较小的到光敏元件上的附着力,该附着归因于范得瓦耳斯力。而且,当与由用碰撞式气动粉碎机粉碎得到的传统调色剂颗粒相比,该调色剂颗粒具有较小的表面积时,由于该调色剂间的接触面减少,因此该调色剂颗粒能够以较高的堆密度包装,这在定影时表现出良好的热传导,从而导致改进的定影性能。
如果3μm或更大的颗粒中Ci≥0.900的颗粒的数基百分数小于90%,调色剂电荷易于通过分离的磁性氧化铁颗粒泄漏,导致调色剂电荷的因此减少,即使控制了分离的磁性氧化铁颗粒的数量。而且,引起调色剂颗粒与光敏元件的接触面积增加,所以该调色剂颗粒至光敏元件上的附着力增加从而导致难以得到足够的转印效率。
而且,当截出百分数Z满足Z≤5.3×X,优选0<Z≤5.3×X,但3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的数基百分数Y(%)不满足:
Y≥exp5.51×X-0.645,
即Y满足Y<exp5.51×X-0.645,或当截出百分数Z满足Z>5.3×X,优选95≥Z>5.3×X,但3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的数基百分数Y(%)不满足;
Y≥exp5.37×X-0.645,
即Y满足Y<exp5.37×X-0.545,就难以实现足够的转印效率,并且该调色剂易于表现出较低的流动性和较低的定影性能。
具有上述圆形度要求的调色剂也应满足重均颗粒大小(D4=X)5-12μm。进一步优选调色剂显示出D4=5-10μm并含有最多40%(数量计)的颗粒大小至少为4.0μm的颗粒和最多25%(体积计)的颗粒大小至少为10.1μm的颗粒。
通过将粉碎机的能量输入减少至最小或增加喂入速度,可得到D4>12μm的调色剂,但得到的调色剂颗粒易于有棱角,因此难以得到希望的圆形度水平和圆形度分布。
通过增加粉碎机的能量输入或将喂入速度降至最低。可得到D4<5μm的调色剂,得到的调色剂颗粒的颗粒形状近似于球形,并难以得到希望的圆形度水平和圆形度分布。
通过增加粉碎机的能量输入或将喂入速度降至最低,可得到其中40%(数量计)以上的颗粒的颗粒大小至多为4.0μm的调色剂,得到的调色剂颗粒的颗粒形状近似于球形,和难以得到希望的圆形度水平和圆形度分布。
通过将粉碎机的能量输入减少至最小或增加喂入速度,可得到其中25%(数量计)以上的颗粒的颗粒大小至少为10.1μm的调色剂,但得到的调色剂颗粒易于有棱角,因此难以得到希望的圆形度水平和圆形度分布。
作为评价颗粒圆形度波动的参数,可依赖于根据如前所示的公式(8)计算得到的圆形度标准偏差SDc。在本发明中,可毫无问题地使用满足SDc 0.030-0.045的调色剂。
为了通过使用FPIA-测量仪精确测量圆形度,将0.1-0.5ml的表面活性剂(优选烷基苯磺酸盐)作为分散助剂加入至100-150ml已去除杂质的水中,和将约0.1-0.5g的样本颗粒加入其中。得到的混合物经用超声波(50kHz,120W)分散1-3分钟,以得到含有12,000-20,000颗粒/μl的分散液体(即,为了即使在高截出百分数下确保测量精确度的足够高的颗粒浓度),和使用上述流动型颗粒图像分析仪测量该分散液有关等圆直径(C.E.D.)为0.60μm-低于159.21μm的颗粒的圆形度分布。
在技术手册和由Toa Iyou Denshi K. K.(6月25日,1995)出版的“FPIA-100”所附的操作手册和JP-A 8-136439(US5721433)中描述了测量的细节。测量的概要如下。
使样本分散液流经具有散开的流道的平而薄的透明流动池(厚度=ca.200μm)。在与流动池相对位置上放置一闪光灯和CCD照相机,以形成穿过流动池厚度的光道。在样本分散液流动中,闪光灯每间隔1/30秒闪一下以捕捉经过流动池的颗粒图像,因此每个颗粒提供具有平行于流动池的确定面积的二维图像。从每个颗粒的二维图像面积中,具有相同面积的圆(等圆)的直径被确定为等圆直径(CED=L0/π)。而且,对于每个颗粒,确定等圆周长(L0)并除以测量颗粒的二维图像得到的周长(L)以确定上述式(1)的颗粒圆形度Ci。
另处,将对本发明的调色剂组合物作一些描述。
组成调色剂的粘合制树脂可优选具有1-100mgKOH/g酸值,更优选1-50mgKOH/g,进一步优选2-40mgKOH/g。
如果粘合剂树脂的酸值不在上述范围,在熔融捏合步骤中在该粘合剂树脂中调色剂组份的分散、尤其是磁性氧化铁颗粒的分散易于不良,因此分离的磁性氧化铁颗粒数量易于在粉碎步骤中增加。
进而,如果所述粘合剂树脂的酸值低于1mgKOH/g,得到的调色剂颗粒易于具有低的可充电性,这使在连续成像中,调色剂的显影性能和稳定性降低。另一方面,如果所述粘合剂树脂的酸值高于100mgKOH/g,该粘合剂易于过份吸水,而提供导致低图像密度和增加的图像模糊的调色剂。
本文所述的粘合剂树脂的酸值是基于根据以下方法测得的值。
<酸值测量>
基本测量是按照JIS K-0070的。
1)将粘合剂树脂粉碎,将05-2.0g的经粉碎的样本精确称重以提供含有W(g)粘合剂的样本。
2)将该样本置于300ml烧杯中,将150ml甲苯/乙醇(4/1)混合液加入其中使样本溶解。
3)使用电位滴定仪(如带一“ABP-410“电动滴定管的“AT-400(winworkstation)”,得自于Kyoto Denshi K.K.),用0.1mol/l KOH乙醇溶液滴定(自动地)所述样本溶液。
4)记录用于滴定的KOH溶液数为S(ml),和测量用于空白滴定的KOH溶液数并记录为B(ml)。
5)按照下式计算酸值:
酸值(mgKOH/g)={(S-B)×f×5.61}/w,
其中f表示0.1mol/l KOH溶液系数。
例如,该粘合剂树脂可包括具有羧基或酸酐的乙烯基类聚合物,或聚酯树脂。
组成粘合剂树脂的乙烯基类聚合物的单体可包括:
不饱和二元酸,如马来酸、柠康酸、二甲基马来酸、衣康酸、烯基琥珀酸、富马酸、甲基富马酸、和二甲基富马酸,和这些不饱和二元酸的酸酐和单酯;α,β-不饱和酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸和肉桂酸、和这些酸的酸酐;上述不饱和二元酸和α,β-不饱和酸间的酸酐;上述不饱和酸和低级脂肪酸间的酸酐;烯基丙二酸、烯基戊二酸、烯基已二酸、和这些酸的氢化物和单酯。在这些酸中,马来酸、马来酸半酯和马来酸酐作为特别优选的单体,用于提供具有用于本发明的酸值的粘合剂树脂。
用于提供乙烯基类聚合物的共聚单体包括:苯乙烯;苯乙烯衍生物,如邻甲基苯乙烯、间-甲基苯乙烯、对-甲基苯乙烯、对-甲氧基苯乙烯、对-苯基苯乙烯、对-氯苯乙烯、3,4-二氯苯乙烯、对-乙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、对-正-丁基苯乙烯、对-叔-丁基苯乙烯、对-正-已基苯乙烯、对-正-辛基苯乙烯、对-正-壬基苯乙烯、对-正-癸基苯乙烯、对-正-十二烷基苯乙烯、间-硝基苯乙烯、邻-硝基苯乙烯、和对-硝基苯乙烯;烯键不饱和一烯烃,如乙烯、丙烯、丁烯、和异丁烯;不饱和多烯,如丁二烯;卤化乙烯,如氯乙烯、1,1-二氯乙烯、溴乙烯、和氟乙烯;乙烯酯,如醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、和苯甲酸乙烯酯;异丁烯酸酯,如异丁烯酸甲酯、异丁烯酸乙酯、异丁烯酸丙酯、异丁烯酸正丁酯、异丁烯酸异丁酯、异丁烯酸正辛酯、异丁烯酸十二烷酯、异丁烯酸2-乙基已酯、异丁烯酸硬酯基酯、异丁烯酸苯酯、异丁烯酸二甲基氨基乙酯、和异丁烯酸二乙基氨基乙酯;丙烯酸酯,如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷酯、丙烯酸2-乙基已酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸2-氯乙酯、和丙烯酸苯酯;乙烯基醚如乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚和乙烯基异丁基醚;乙烯基酮,如乙基甲基酮、乙烯基已酮、和甲基异丙烯基酮;N-乙烯基化合物,如N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、和N-乙烯基吡咯烷酮;乙烯基萘;丙烯酸衍生物或甲基丙烯酸衍生物,如丙烯腈、甲基丙烯腈、和丙烯酰胺;上述α,β-不饱和酸的酯和上述二元酸的二酯。这些乙烯基单体可以单独使用或两种或更多种组合使用。
上述中,提供苯乙烯共聚物或苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的单体的组合是优选的。
用于本发明的粘合剂树脂能够包括通过具有两个或更多个乙烯基的交联单体得到的交联结构,它们中的例子如下所示。
芳香族二乙烯基化合物,如二乙烯基苯和二乙烯基萘;用烷基链相联的二丙烯酸酯化合物,如二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸1,3-丁二醇酯、二丙烯酸1,4-丁二醇酯、二丙烯酸1,5-戊二醇酯、二丙烯酸1,6-已二醇酯、和二丙烯酸新戊二醇酯,通过用异丁烯酸酯基团代替上述化合物中的丙烯酸酯基团得到的化合物;用含有一个醚键的烷基相联的二丙烯酸酯化合物,如二丙烯酸二甘醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、二丙烯酸四甘醇酯、二丙烯酸聚乙二醇酯#400、二丙烯酸聚乙二醇酯#600、二丙烯酸一缩二丙二醇酯和通过用异丁烯酸酯基团代替上述化合物中的丙烯酸酯基团得到的化合物;与包含一个芳香基和醚键相联的丙烯酸酯化合物,如聚氧化乙烯(2)-2,2-双(4-羟基苯基)丙烷二丙烯酸酯、聚氧化乙烯(4)-2,2-双(4-羟基苯基)-丙烷二丙烯酸酯,用异丁烯酸酯基团代替上述化合物中的丙烯酸酯基团得到的化合物,和聚酯型二丙烯酸酯(如,Nippon Kayaku K.K.公司的“MANDA”商标名的该产品)。
多官能交联剂,如三丙烯酸酸季戊四醇酯、三丙烯酸三羟甲基乙烷酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、四丙烯酸四羟甲基甲烷酯、丙烯酸低聚酯、和用异丁烯酸酯基团代替上述化合物中的丙烯酸酯基团得到的化合物;三聚氰酸三烯丙基酯和1,2,4-苯三酸三烯丙基酯。
每100重量份其它单体组份中,这些交联单体的用量优选约0.01-5重量份,更优选0.03-3重量份。
用于聚合乙烯基单体的聚合引发剂包括:有机过氧化物如过氧化苯甲酰、1,1-二(叔-丁基过氧)-3,3,5-三甲基环已烷、正-丁基-4,4-二(叔-丁基过氧)戊酸酯、过氧化二枯基、α,α’-双(叔丁基-过氧化二异丙基)苯、叔丁基-过氧化丁基-异丙基苯和过氧化二叔丁基;和偶氮化物和重氮化合物,如偶氮二异丁腈和重氮氨基偶氮苯。
通过如本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合可制得粘合剂树脂。
本发明的调色剂优选含有THF(四氢呋喃)-可溶组份,按照GPC,该组份提供分子量主峰在2,000-25,000,更优选在5,000-20,000的分子量区域的分子量分布,并包括50-90%的分子量在105范围内或更小的组份。如果主峰分子量(Mp)低于2,000,该调色剂难以有合适水平的弹性模量,因此当定影性增加时,该调色剂易于有差的连续成像性能。更具体地说,在连续成像中,磁性氧化铁颗粒易于从所述调色剂颗粒中掉下来,这导致低的显影性能。如果Mp低于2,000,调色剂的贮存稳定性也降低。如果Mp超出25,000,调色剂易于表现出低的定影性能。
满足上述分子量分布的调色剂表现出定影性、抗偏移性和贮存稳定性的良好平衡。
为了提供具有所需分子量分布的调色剂,粘合剂树脂优选具有主峰分子量(Mp)为2,000-5,000的。
不具有该Mp的树脂不能表现出合适水平的弹性模量,由此在调色剂制备中熔融捏合时不能产生合适水平的剪切力,因此调色剂配料的分散性降低以及磁性氧化铁颗粒易于从所述调色剂颗粒中分离出来。而且,由于所述调色剂配料的分散性降低。得到的调色剂在连续成像中,易于具有低的定影性和稳定性。
本文中所述的调色剂或粘合剂树脂中THF-可溶组份的GPC分子量分布数据是基于GPG测量的。
在GPC仪中,在40℃加热室中,将柱稳定化,使THF(四氢呋喃)溶剂以1ml/min的速度流经上述温度下的柱,并在THF中注入约100μl的样本溶液。基于通过使用数个单分散聚苯乙烯样本得到的和具有分子量对数级相对计数的校准曲线来确定样本分子量及其分布。标准聚苯乙烯样本可从如Toso K.K.或ShowaDenko得到。使用至少10个分子量为约102-107的标准聚苯乙烯样本是合适的。检测器可以是RI(折光指数)检测器。由数个市场可得的聚苯乙烯凝胶柱组成的柱是合适的。如,可使用得自于Showa Denko K.K.的ShodexGPCKF-801、802、803、804、805、806、807和808P的组合;或得自于Toso K.K.的TSKgelG1000H(HXL)、G2000H(HXL)、G3000H(HXL)、G4000H(HXL)、G5000H(HXL)、G7000H(HXL)和TSKguard柱的组合。
按下列操作制备GPC样本溶液。
将样本加入至THF并放置数小时,然后,充分摇动该混合物直至样本团块消失并进一步静置至少24小时。然后,使该混合物经过孔的大小为0.2-0.5μm的样本处理过滤器(如“Maishori Disk H-25-2”,得自于Toso K.K.)以得到树脂浓度为0.5-5mg/ml的GPC样本。
关于贮存稳定性,调色剂优选具有玻璃化温度(Tg)为45-75℃,更优选50-70℃。如果调色剂的Tg低于45℃,该调色剂在高温环境下易于变质,并在定影时易于偏移。另一方面,如果调色剂的Tg超出75℃,该调色剂易于表现出低的定影性。
下面,将描述组成本发明的调色剂的磁性氧化铁颗粒。
用于本发明中的磁性氧化铁颗粒包括磁性氧化铁如磁铁矿、maghmite、铁素体或含有铁或在其中的表面上的其它元素的氧化物或氢氧化物的这些物质的混合物的颗粒。通过含有在磁性氧化铁颗粒表面的优选地非铁元素的氧化物或氢氧化物,使该磁性氧化铁颗粒具有与粘合剂树脂良好的亲和力和在该粘合剂树脂中良好的分散性,因此该磁性氧化铁颗粒在调色剂制备的粉碎步骤中不易从调色剂颗粒中分离出来,并因此得到的调色剂具有提高的转印效率和在各种高湿和低湿环境下稳定地提供高质量的图像的性能和在连续成像中提供无瑕疵的图像的性能。表面改进也归因于通过磁性氧化铁颗粒的可充电性控制。更具体地说,优选地使用含有选自锂、铍、硼、镁、铝、硅、磷、硫、锗、钛、锡、铅、锌、钙、钡、钪、钒、铬、锰、钴、铜、镍、镓、铟、银、钯、金、铂、钨、钼、铌、锇、锶、钇、锝、luthenium、铑和铋中至少一个元素的氧化物或氢氧化物的磁性氧化铁颗粒。
存在于磁性氧化铁颗粒表面的这些铁或非铁元素的氧化物或氢氧化物的量可用磁性氧化铁颗粒的疏水性表示。更具体地说,由于表面上铁或非铁元素的氧化物或氢氧化物的存在,可以妨碍如通过以下方法测得的至多20%的甲醇疏水性。
将0.1g磁性氧化铁颗粒加入至250ml烧杯内的50ml的蒸馏水中。然后,在自烧杯底的温和搅拌下将甲醇以1.3ml/min的速度加入至混合物中。该磁性氧化铁颗粒从所述液体表面消失的时间点被断定为所述磁性氧化铁颗粒完成沉降,和按照上述点时甲醇在甲醇水溶液中的容积百分数确定疏水性。
如果磁性氧化铁颗粒具有均匀的分子大小分布,其在粘合剂树脂中的分散性增加而稳定了调色剂的可充电性。这对于重均颗粒大小(D4)为10μm的或为近年来为提高充电均匀性、减轻调色剂聚集、提高图像浓度、去除模糊图像和提高显影性能的所希望的较小尺寸的调色剂是有效的。在为了提供高清晰度而调色剂的D4≤6.0的情况下,该效果尤为明显。但是,为了提供足够的图像浓度,D4为5μm或更大是优选的。
非铁元素的含量优选为0.05-10wt%,更优选为0.1-7wt%,进一步优选0.2-5wt%,更优选为0.3-4wt%,基于磁性氧化铁中的铁含量。如果该含量低于上述范围,它们带来的效果不足,由此不能提供更好的分散性和充电均匀性。超出上述范围,得到的磁性氧化铁颗粒易于引起过度的电荷释放而导致充电不足,从而引起低的图像浓度和增加的图像模糊。
该非铁改进元素主要存在于接近磁性颗粒表面是优选的。例如,当磁性氧化铁颗粒溶解为20%铁含量的溶解百分率时,总非铁元素的至少40%被溶解是优选的,更优选40-80%,进一步优选60-80%。主要存在于表面上的非铁元素促进磁性颗粒的分散性和电传播性的增加。
包含在调色剂中的磁性氧化铁颗粒的量优选为20-200重量份,更优选为40-150重量份,每100重量份粘合剂树脂。
在一优选实施例中,磁性氧化铁颗粒可优选地含有0.4-2.0wt%的硅(Si),更优选含有0.5-0.9wt%的硅(Si),基于铁(Fe),总体上,在最表面处,硅含量提供的Fe/Si原子比例为1.2-7.0,更优选1.2-4.0。
通过X-射线光电光谱(XPS)可确定磁性氧化铁颗粒的最远表面处上的Fe/Si原子比例。
如果Si含量低于0.4wt%(总体上)或Fe/Si原子比例超出7.0(在表面),硅的添加效果,尤其是对磁性调色剂的流动性的改进效果不足。另一方面,如果Si含量超出20wt%或Fe/Si原子比例低于1.2,调色剂的可充电性根据环境而降低。尤其是在高湿环境下长期放置后。而且,磁性调色剂的耐久性和粘合剂树脂中的磁性氧化铁颗粒的分散性降低。因此磁性氧化铁颗粒易在粉碎中从调色剂颗粒中分离出来。
磁性氧化铁颗粒的表面Si含量影响磁性氧化铁颗粒的流动性和吸水性,因此影响含有磁性氧化铁颗粒的调色剂的性能。
更进一步优选的是磁性氧化铁颗粒具有的光滑度(Dsm)为0.3-0.8,更优选为0.45-0.7,进一步优选。该光滑度(Dsm)与磁性氧化铁颗粒表面的孔数有关,Dsm低于0.3意谓着表面存在许多促进水份吸收的孔。不能使吸收的水份轻易释放的许多吸收点的存在导致磁性调色剂(含磁性氧化铁颗粒)表现出低可充电性并要花费较多的时间恢复可充电性,尤其在高湿环境下长期放置后。
进一步优选的是磁性氧化铁颗粒的堆密度(Db)为至少0.8g/cm3,更优选至少1.0g/cm3。
如果磁性氧化铁颗粒的堆密度(Db)小于0.8g/cm3,在调色剂制备时,其与其它调色剂配料的物理混合性降低,从而易于导致磁性氧化铁颗粒在调色剂制备过程中从调色剂颗粒中分离出来。
磁性氧化铁颗粒具有的BET比表面积(SBET)优选为至多15.0m2/g,更优选为12.0m2/g。如果SBET超出15.0M2/g,该磁性氧化铁颗粒易于具有增加的吸水性,从而导致磁性调色剂表现出高吸水性和低可充电性。
在另一优选实施例中,磁性氧化铁颗粒优选含有0.01-2.0wt%,更优选0.05-1.0wt%的铝(Al),假定以铝化合物的形式如氢氧化铝主要存在于磁性氧化铁颗粒的表面。已经确认表面上铝的存在对于稳定得到的磁性调色剂的可充电性是有效的。
为了即使在高湿环境下稳定调色剂的可充电性,进一步优选的是磁性氧化铁颗粒优选地在表面含有铝以提供Fe/Al原子比例为0.3-10.0,更优选为0.3-5.0,进一步优选为0.3-2.0。
用于本发明中的磁性氧化铁颗粒优选具有数均颗粒大小(D1)为0.1-0.4μm,更优选0.1-0.3μm。
本文中所述的描述本发明的各种性质是基于按照所述方法测量的值。
(1)颗粒大小分布
(a)按照库尔特计数法(Coulter counter method)如使用“CoulterMultisizer IIE”(=商标名,得自Coulter Electronics Inc.)可测量磁性调色剂的颗粒大小分布。
在测量中,通过使用试剂级氯化钠可制备1%NaCl水溶液来作为电解溶液。也可以使用ISOTON R-II(得自于Coulter Scientific日本K.K.)。在100-150ml电解溶液中,加入0.1-5ml的表面活性剂作为分散剂,该表面活性剂优选烷基苯磺酸盐,并向其中加入2-20mg的样本。用超声分散仪对得到的样本在电解溶液中的分散液分散处理1-3分钟,然后用上述100μm-孔径的仪器在至少2μm的范围内测量颗粒大小分布,以得到体积基分布和数基分布。得到在颗粒大小为1.59-64.0μm范围内细分256道的分布数据。数基分布的一个例子如图23所示,其中在横坐标上以1.7269μm-60.056μm刻度范围内的16个颗粒大小区域来说明256道数据。通过使用中心值作为每道的代表值,从体积基分布可得到重均颗粒大小(D4)。从数基分布,确定颗粒大小至多为4.00μm (%N(≤4.00μm))的颗粒的含量,并从体积基分布,也确定颗粒大小至少为10.1μm(%V≥(10.1μm))的颗粒的含量。
(b)关于在数基颗粒大小分布上的峰颗粒大小(=x)的半值宽度(Dwy2=y)。
由按照库尔特粒度仪测量的如图23中所示的256道数基颗粒大小,确定峰颗粒大小x处的频率A(%),在分布曲线上确定给出频率A/2(%)的两点x1和x2,从中由y=x2-x1计算出半值宽度y。
(c)优选的半值宽度(y)。
在本发明的一优选实施例中,本发明的磁性调色剂设定为具有一颗粒大小分布使与峰颗粒大小x(μm)有关的半值宽度y(μm),如通过上述库尔特粒度仪256道测量测得的,满足关系式:
2.06x-9.1 13≤y2.06x-7.341。
图22为代表与表示由下文中的例子给出的实验数据的点的上述关系的图。
更具体地说,当y>2.06x-7.341时,表示宽的颗粒大小分布,该调色剂颗粒在电荷分布中易于存在波动,导致连续成像中的差的性能。另一方面,当y<2.06x-9.113时,代表相当窄的颗粒大小分布,在此情况下,给调色剂提供相当均匀的电荷,和该调色剂表现出改进的显影性能,但有效用于显影的调色剂的数量易于增加而导致相当不良的图象质量,如较宽的线宽度和较低的点可再现性。而且,具有如此非常窄的颗粒大小分布的调色剂需要严格的分级步骤控制,产生大量的细粉和导致调色剂低出品率的粗粉。
(2)Fe/Si原子比例,Fe/Al原子比例
按照XPS(X-射线光电光谱),通过使用以下仪器测量在磁性氧化铁颗粒最远表面处的Fe/Si原子比例和Fe/Al原子比例。
XPS仪:“ESCALAB 200-X”(由VG公司制造)
X-射线源:MgKα(300W)
分析区域:2×3mm
(3)堆密度(dB)
按照JIS-K5101(颜料测试)测量磁性氧化铁颗粒的堆密度(dB).
(4)BET比表面积(SBET)
按照以氮作为样本吸附气体的BET多点方法,所述样本在50℃下预先脱气10小时,用自动气体吸附仪(“Autosorb 1”,Yuasa Tonica K.K.制造)测量如磁性氧化铁颗粒的BET比表面积(SBET)。
(5)平均颗粒大小(D1)和球比表面积(Ssphere)
通过透射式电子显微镜对磁性氧化铁颗粒照相来获得放大4×104的照片。在该照片上,随机选取250个颗粒并测量每个颗粒的投影图像的Martin直径(一定长度的弦将投影图像分成两半相同面积,其中弦的取向恒定)。将由此测得的250个Martin直径的平均数作为磁性氧化铁颗粒的数均颗粒大小(D1)。
由磁性氧化铁颗粒的数均颗粒大小(D1(m),用磁性氧化铁颗粒独立测得的真密度(dt(g/m3)),按照下式:
Ssphere(m2/g)=6/(dt×D1)计算球比表面积(Ssphere),所述球比表面积(Ssphere)是基于假设每个颗粒为球形的。
(6)光滑度(Dsm)
由BET比表面积(SBET)和在上述(4)和(5)中测得的球比表面积(Ssphere),按照下式:
Dsm(-)=Ssphere(m2/g)/SBET(m2/g)计算磁性氧化铁颗粒的光滑度(Dsm)。
(7)元素含量
通过使用荧光X-射线分析仪(如“SYSTEM3080”,由Rigaku Denki KogyoK.K.制造),按照JIS K0119(荧光X-射线分析:通用规则)荧光X-射线分析可测量各种元素(包括铁和非铁元素)的含量。
可按下述方法制备含有非铁元素如硅(Si)的磁性氧化铁颗粒。
将含有0.90-0.99当量的碱性氢氧化物的碱性氢氧化物水溶液加入至亚铁盐溶液中进行反应,以获得含有氢氧化亚铁胶体的水溶液,然后,向该溶液中导入含氧气体以得到磁性氧化铁颗粒。在上述步骤前或中将含有50-99%的要加入的总硅(Si)(基于铁的0.4-2.0wt%)的水溶性硅酸盐加入至上述碱性氢氧化物的水溶液或含有氢氧化亚铁胶体的水溶液中,然后将含氧气体导入以引起氧化,同时将该体系温度加热至85-100℃,由此由氢氧化亚铁胶体得到含Si的磁性氧化铁颗粒。氧化后,向该悬浮液中加入至少相当于悬浮液中Fe2+1.00当量的碱性氢氧化物水溶液和剩余量的水溶性盐(在铁的总0.4-2.0wt%中含有1-50%的Si),然后进一步在85-100℃下加热氧化以获得含Si磁性氧化铁颗粒。通过使用其它相应元素的水溶性盐,可将Si以外的非铁元素引入。
进而,对于用氧化铝处理,将含铝(Al)的水溶性铝盐以得到的磁性氧化铁颗粒的0.01-2.0wt%的比例加入至碱性悬浮液中,在该悬浮液中已产生磁性氧化铁颗粒,并将PH调节至6-8以使氢氧化铝沉淀在磁性氧化铁颗粒上。然后,将该颗粒滤出,用水洗,干燥和破碎以获得磁性氧化铁颗粒产品。然后,优选地,用Mix-Muller(得自Shinto Kogyo K.K.)等对该磁性氧化铁颗粒施加压力、剪切力和摩擦力,以调节至所需的光滑度和比表面积。
加入至磁性氧化铁颗粒中的硅酸盐化合物可以是硅酸盐,如市场上可得的硅酸钠、或由水解形成的硅酸盐溶胶。
水溶性铝盐可以是如硫酸铝。
亚铁盐可以是如在用于钛制备的硫酸工艺中副产的硫酸亚铁和钢板表面冲洗中副产的硫酸亚铁。也可以使用氯化亚铁。
可以将任意的颜料和染料作为另外的着色剂加入至本发明的磁性氧化铁颗粒中。
所述颜料的实例包括:炭黑、苯胺黑、乙炔黑、萘酚黄、汉萨黄、 RohdamineLake、茜素蓝(Alizarin Lake)、氧化铁红、酞菁蓝和阴丹士林蓝。颜料的用量可以是提供足够的光学浓度的量,如0.1-20重量份,优选1-10重量份,每100重量份粘合剂树脂。出于简单的目的,能够使用染料。其中的例子包括:偶氮染料、蒽醌染料、叁愣秩玖稀4.渭谆
玖稀该染料的用量可以是0.1-20重量份、更优选0.3-10重量份,每100重量份粘合剂树脂。
能用于本发明的蜡实例包括脂族烃蜡,如低分子量的聚乙烯、低分子量的聚丙烯、聚烯烃共聚物、聚烯烃蜡、微晶蜡、石蝽,和脂族烃蜡的Fischer-Tropsche蜡氧化物,如氧化聚乙烯蜡、和这些蜡的嵌段共聚物;主要包括脂族酸酯的蜡如褐煤酸酯蜡和蓖麻蜡;植物蜡,如小烛树蜡、巴西棕榈蜡和木蜡;动物蜡,如蜂蜡、羊毛脂和鲸蜡;矿物蜡,如地蜡、纯地蜡、和petroractum;部分或全部脱酸的脂族酸酯,如脱酸巴西棕榈蜡。此外可包括:饱和线性脂族酸,如棕榈酸、硬脂酸和褐煤酸和具有长链烷基的长链烷基羧酸;不饱和脂族酸,如巴西烯酸、桐酸和valinaric acid;饱和醇,如硬脂醇、二十烷醇、二十二烷醇、巴西棕榈醇、蜡醇和蜂花醇和具有长链烷基的长链烷基醇;多元醇,如山梨醇、脂肪酸酰胺,如亚油酸酰胺、油酸酰胺、和月桂酸酰胺;饱和脂族酸二酰胺,如亚甲基二硬脂酸酰胺、乙烯-biscopric酸酰胺、乙烯-二月桂酸酰胺、和六亚甲基二硬脂酸酰胺;不饱和脂族酸酰胺,如乙烯-二油酸酰胺、六亚甲基二油酸酰胺、N,N’-二油基已二酸(dioleyladipic)酰胺、和N,N-二油基癸二酸酰胺;芳香族双酰胺,如间-二甲苯-二硬脂酸酰胺、和N,N-二硬脂基间苯二甲酸酰胺;脂族酸金属皂(统称金属皂),如硬脂酸钙、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁;通过将乙烯基单体如苯乙烯和丙烯酸接枝至脂族烃蜡上得到的蜡;脂族酸和多元醇间的部分酯化的产物,如二十二烷酸甘油单酯;和通过氢化植物油和脂肪得到的具有羟基的甲酯化合物。
优选使用的蜡包括通过在高压下烯烃的游离基聚合得到的聚烯烃;通过纯化由聚合产生高分子聚烯烃中得到的低分子副产品得到的聚烯烃;在低压下通过使用催化剂如齐格勒催化剂或茂金属催化剂聚合得到的聚烯烃;采用辐射、电磁波或光辐射聚合得到的聚烯烃;通过高分子聚烯烃热分解得到的低分子量的聚烯烃;石蜡,微晶蜡、Fischer-Tropsche蜡;合成烃蜡,如通过合成醇法、氢化醇法(hydrocol)和Arge法合成的;由单碳化合物得到的合成蜡;具有官能团如羟基或羧基的烃蜡;烃蜡和含有官能团的蜡的混合物;和通过乙烯基单体如苯乙烯、马来酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和马来酸酐接枝至这些蜡上得到的蜡。
还优选使用具有较窄分子量分布的或杂质的量减少的蜡,所述杂质如低分子固体脂族酸、低分子固体醇、或低分子固体化合物的量是通过压榨法、溶剂法、再结晶法、真空蒸馏法、超临界气体萃取法或分馏结晶法减少的。
为了赋予调色剂定影性和抗图像偏移性的良好平衡,优选使用熔点为65-160℃的、更优选65-130℃的,进一步优选70-120℃的蜡。低于65℃,调色剂的抗粘连性降低。和超过160℃,难以得到抗图像偏移效果。
在本发明的调色剂中,蜡的用量可为0.2-20重量份,更优选0.5-10重量份,每100份粘合剂树脂。可单独地使用该蜡或总量在上述范围内将两种或更多种组合使用。
根据DSC(差示扫描量热法)按照蜡吸热曲线上最大峰的峰点温度确定蜡熔点温度。
对于蜡或调色剂的DSC测量,按照ASIMD3418-82可使用如“DSC-7”(得自Perkin-Elmer公司)。一次加热样本以去除热历史(hystory),然后在0-200℃温度范围内以10℃/min速率加热样本以得到的DSC吸热曲线是合适的。
本发明的调色剂可优选地含有电荷控制剂。
负电荷控制剂的实例包括:如在JP-B 41-20153、JP-B 42-27596、JP-B 44-6397和JP-B 45-26478中公开的单偶氮染料金属络合物;硝基腐殖酸、它的盐和染料或颜料,如JP-A 50-133838中公开的C.I.14645,如在JP-B 55-42752、JP-B 58-41508、JP-B 58-7384和JP-B 59-7385中所公开的水杨酸、萘甲酸和二羧酸与金属如Zn、Al、Co、Cr、Fe和Zr的络合物;磺化铜酞菁颜料;引入硝基或卤素的苯乙烯低聚物;和氯化石蜡。由于出色的分散性、稳定的图像浓度和图像模糊减少的效果,优选使用下式(I)的偶氮金属络合物或下式(II)的碱式有机酸金属络合物:其中M代表选自Cr、Co、Ni、Mn、Fe、Ti和Al中的配位中心金属;Ar表示能够有取代基的芳基,所述取代基选自包括:硝基、卤素、羧基、N-酰苯胺、和烷基和具有1-18个碳原子的烷氧基;X,X’,Y和Y’独立地代表-O-,-CO-,-NH-,或-NR-(其中R代表具有1-4个碳原子的烷基);和A代表氢离子、钠离子、钾离子、铵或脂肪族铵离子或这些离子的混合物。其中M代表选自Cr、Co、Ni、Mn、Fe、Ti、Zr、Zn、Si、B和Al;Ar代表能够有取代基的芳香基,所述取代基选自硝基、卤素、羧基、N-酰苯胺、和烷基和具有1-18个碳原子的烷氧基;Z代表-O-或-CO-O-;和A代表氢离子、钠离子、钾离子、铵或脂肪族铵离子或这些离子的混合物。
上述中,特别优选使用上述式(I)的偶氮金属铁络合物,和特别是下式(III)或(IV)所示的偶氮铁络合物。
式(III):其中X1和X2独立地代表氢、1-18个碳原子的烷基、1-18个碳原子的烷氧基、硝基或卤素;m和m’代表1-3的整数;Y1和Y3独立地代表氢、1-18个碳原子的烷基、2-18个碳原子的链烯基、氨磺酰、甲磺酰基、磺酸、羧基酯、羟基、1-18个碳原子的烷氧基、乙酰氨基、苯酰氨基或卤素;n和n’代表1-3的整数;Y2和Y4独立地代表氢或硝基;和A代表铵离子、氢离子、钠离子或钾离子,或这些离子的混合物,优选含有75-98mol%的铵离子。
由上式(III)所代表的偶氮铁络合物的具体实例如下所列,其中A与在式(III)中所定义的相同。偶氮离子络合物(1)偶氮离子络合物(2)偶氮离子络合物(3)偶氮离子络合物(4)偶氮离子络合物(5)偶氮离子络合物(6)
另外,由上述式(I)、(II)和(IV)所代表的电荷控制剂的一些具体实例如下所列,其中A与在式(IV)中所定义的相同。偶氮铬络合物(7)偶氮铬络合物(8)铝络合物(9)锌络合物(10)铬络合物(11)锆络合物(12)偶氮铁络合物(13)
上述金属络合物可单独使用或两种或更多种组合使用。
电荷控制剂优选用量为每100重量份粘合剂树脂0.1-0.5重量份。
另一方面,正电荷控制剂的实例包括:苯胺黑和脂族酸金属盐的改性产品等,包括季铵盐在内的鎓盐,如1-羟基-4-萘酚磺酸三丁基苄基铵和四氟硼酸四丁铵,和包括鏻盐在内的它们的同系化合物,和它们的色淀颜料;三苯甲烷颜料和它们的色淀颜料(固色剂包括如,磷钨酸、磷钼酸、磷钨钼酸、鞣酸、月桂酸、五倍子酸、氰铁酸盐和氰亚铁酸盐);高级脂族酸金属盐;二有机锡氧化物,如氧化二丁基锡、氧化二辛基锡和氧化二环已基锡;和硼酸二有机锡,如硼酸二丁基锡、硼酸二辛基锡和硼酸二环已基锡。这些可单独使用或两种或更多种细合使用。
调色剂可优选地含有无机细粉或疏水无机细粉,所述细粉是由外部加入的并与调色剂颗粒混合。如,优选含有二氧化硅细粉。
作为二氧化硅细粉,既可使用通过卤化硅的汽相氧化形成的干法二氧化硅(或煅制二氧化硅),又可使用由水玻璃形成的湿法二氧化硅。然而,从较少的表面的或内在的硅烷醇基团和较少的产品残留来看,优选使用干法二氧化硅。
优选二氧化硅细粉是已疏水化的。可通过有机硅化合物与二氧化硅细粉反应或被二氧化硅细粉吸附的二氧化硅细粉的表面处理来进行二氧化硅细粉疏水化。在一优选实施例中,可以用硅烷偶联剂对由卤化硅的汽相氧化形成的干法二氧化硅进行表面处理,然后或同时用有机硅化合物如硅油进行处理。
该硅烷偶联剂可包括:六甲基二硅氮烷、三甲基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、烯丙基苯基二氯硅烷、苄基二甲基氯硅烷、溴甲基-二甲基氯硅烷、α-氯乙基三氯硅烷、β-氯乙基三氯硅烷、氯甲基二甲基-氯硅烷、三有机硅硫醇如三甲基甲硅烷基硫醇、丙烯酸三有机硅酯、乙烯基二甲基乙酸基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、和1,3-二苯基四甲基二硅氧烷。
优选使用的作为有机硅化合物的硅油具有的粘度为25℃下3×10-5-1×10-3m2/s。它们中特别优选的包括:二甲基硅油、甲基-苯基硅油、α-甲基苯乙烯-改性的硅油、氯苯硅油、和含氟硅油。
通过如,已用硅烷偶联剂处理过的二氧化硅细粉在混合机如Henschel混合机中直接与硅油混合、将硅油喷雾在二氧化硅细粉上、或将二氧化硅细粉与溶解或分散在合适溶剂中的硅油混合,然后去除该溶剂来进行该硅油处理。
如果需要,本发明的调色剂可含有除二氧化硅细粉以外的外加的添加剂。它们可包括:充电增强剂、电导率赋予剂、流动性改良剂、抗结块剂、热辊固影释放剂、和作为润滑剂或摩擦剂的树酯细颗粒或无机细颗粒。
例如,加入润滑剂有时是有益的,所述润滑剂如聚四氟乙烯颗粒、硬脂酸锌颗粒或聚偏二氟乙烯颗粒,优选聚偏二氟乙烯颗粒;摩擦剂如二氧化铈、碳化硅或钛酸锶,优选钛酸锶;流动性改良剂,如二氧化钛或氧化铝颗粒,优选经疏水化的;在电导率赋予剂中的抗结块剂如对于氧化锡的炭黑氧化锌;和与调色剂颗粒相比,摩擦电充电性的极性相反的少量的白的或黑的细颗粒。
在100重份调色剂中,无机细粉或疏水细粉的加入量优选0.1-5重量份、优选0.1-3重量份。
按照本发明的磁性调色剂优选地表现出卡尔氏溢出指数(Carr’sfloodability index)大于80并也更优选地卡尔氏流动指数(Carr’sflowability index)大于60。
此文所述的卡尔氏流动指数和溢出指数基于下述方法测得的值。
通过使用粉末测试器(“P-100”,得自Hosokawa Micron K.K.),测量相关参数静止角、差异角、压缩率、粘合力、刮铲角和分散性,将相关测得的参数代入确定流动和溢出性指数的卡尔氏表(化学工程,1965年1月18日,163-168页)取代相关测得的参数以得到相关参数的相应点值(最大=25)。通过将选定参数的点值相加,计算流动性指数和溢出指数。按以下方法测量相关参数。
(1)静止角
使150g调色剂样品落下通过孔为150μm的筛网,落入直径8cm的圆台,形成一堆调色剂。使样品落下造成样品溢流过台的边缘。然后,通过用激光束照射,测量样品堆和水平台面的之间的倾斜角作为静止角。
(2)压缩率
用下述方法测量疏松填充堆密度(疏松表现比重)A和敲打(tapping)堆密度(填充表观比重)B,根据下式确定压缩率:
压缩率(%)=100×(P-A)/P。
(疏松表观比重)
将150g样品调色剂轻轻放入直径5cm,高5.2cm的100cc杯子中以形成溢流,使溢流的样品成水平离开以测量杯子中样品的重量,从中计算疏松表观比重A。
(填充表现比重)
给用于上述疏松表观比重测量的100cc杯子装上附加的盖子。在杯子中放入许多调色剂样品后,敲打加盖的杯子180次。然后除去盖子,使过量的样品堆水平离开以测量填充的样品的重量,从中计算填充表观比重。
将如此测量的两个表观比重值A和B代入上面的等式中以计算压缩率。
(3)刮铲角
放入测量用的3cm×8cm刮铲以达到测量用桶10cm×15cm的底部。将调色剂样品放在刮铲上以在其上形成堆。然后,仅将桶轻轻放倒,通过激光照射来测量保留在刮铲上的调色剂堆的侧倾斜角度,作为刮铲角。然后由和刮铲连接的震动器施加一个震动,再次测量刮铲角。
取施加震动前和后的两次测量角度的平均值作为刮铲角。
(4)粘合力
在振动的桌子上按照孔75μm、150μm和250μm的顺序放置和排列筛子,形成筛子组。然后,将5g调色剂样品放在最上面的筛子(250μm)上,以1mm的振幅振动筛子组20秒。终止振动后,测量保留在各个筛子上的样品的量并乘以下面各个因子:
((上面筛子上的样品重量)/5)×100=a
((中间筛子上的样品重量)/5)×100×0.6=b
((下面筛子上的样品重量)/5)×100×0.2=c
然后,用这些值计算粘合力,即:
粘合力=a+b+c
如上所述,将以上测量的参数(1)-(4)分别代入卡尔氏表(ChemicalEngineering,Jan.16,1965)以确定流动性指数,获得相应的点数(每个项目至多25),它们的和(参数(1)-(4)的点数)为卡尔氏流动指数。
(5)下落角度
对于放在wet上的圆桌,在静止角测量值(1)后,运送调色剂样品堆,通过振动器施加三次振动,通过激光照射测量相对于桌子的表面保留在桌子上的样品堆的角度,作为下落角度。
(6)角度的差
角度的差表示为静止角(1)和下落角度(5)中间的差。
(7)分散性
使10g调色剂样品以大块从约60cm的高度落到直径10cm的表面皿上,测量保留在表面皿上的调色剂的重量W(g),根据下面的等式计算分散性:
分散性(%)=(10-W)×10。
将以上测量的参数(5)-(7)和以上获得的流动性指数代入Cart表(也是Chemical Engineering,Jam.16,1965),得到各个参数的相应点数(最大=25)。通过各个参数的点数的总和,确定Carr’溢流性指数。
作为上述测定的结果,发现磁性调色剂在通过搅拌元件搅拌下,甚至当以较高的填充度填充进操作盒中时,显示出高的流动性,该磁性调色剂的Carr溢流性指数大于80,优选81-89,更优选卡尔氏流动性指数也大于60,进一步优选61-79,这样可以将磁性调色剂以恒定的速度从操作盒中调色剂存储器运到显影套筒,由此甚至当放入高速打印机中和填充进大体积的操作盒中时,该调色剂显示出稳定的显影性能。通过控制磁性调色剂的粒径和形状以及外部添加剂的数量和粘着状态,本发明的磁性调色剂可以提供适当水平的溢流性指数和流动性指数。更具体地说,通过控制分离的含铁颗粒的数量在每10,000个调色剂颗粒为100-350个颗粒,可以抑制由于分离的磁性氧化铁颗粒的附聚造成的流动性的降低。通过改变搅拌片的形状和搅拌模式,在混合外部添加剂时控制搅拌状态,和在混合器中加工的数量,可以达到上述溢流性指数和流动性指数,如果磁性调色剂的溢流性指数是80或以下,调色剂显示出高的流动性,但如果调色剂堵塞一旦发生,流动性不容易恢复。结果,磁性调色剂均匀传送至显影套筒变得困难,非均匀覆盖显影套筒的磁性调色剂易于非均匀带电,而导致成像不规则。
而且,如果磁性调色剂的溢流性指数为80或以下且流动性指数为60或以下,则磁性调色剂颗粒易于相互附聚,造成在操作盒的滑动部分磁性调色剂熔融粘附。
而且,本发明的磁性调色剂优选显示出摩擦带电性|Qd|的绝对值满足:
70≥Qd|≥20μC/g。由于摩擦带电性主要受磁性调色剂颗粒的表面形状和磁性氧化铁颗粒在调色剂颗粒表面上的曝光状态的影响,为了获得所需水平的摩擦带电性,重要的是控制调色剂颗粒中分离的含铁颗粒的比例,适当选择外部添加剂的种类和数量和通过改变刮板的形状,混合器中加工的数量和搅拌模式来控制外部添加剂混合设备中的搅拌状态。
本文所述的摩擦带电性Qd的值是基于根据下述方法测定的值。
在环境温度23℃和60%RH下,将1.0g磁性调色剂样品和9.0g铁粉末载体一起放入50-100ml聚乙烯瓶中,该载体的粒径分布包括50-70wt.%的粒径范围是106-150μm的颗粒和20-50wt.%的粒径范围是75-106μm的颗粒(例如“DSP138”,由Dowa Teppun K.K.制造)。然后,用手摇晃含混合物的瓶子50次。
如图19说明的,在测量设备中测量混合物。更具体地说,将1.0g-1.2g混合物放入底部装有500目筛网903的金属测量容器902中,然后用金属盖子904覆盖。此时整个测量容器902的重量重W1(g)。然后,操作抽吸装置901(至少对于和测量容器902接触的部分,由绝缘材料组成)通过吸入口907吸入调色剂,同时调节气流控制阀906以使真空计905处的压力为2kPa。在此状态下,通过抽吸1分钟将调色剂充分除去。
此时电位计909上的读数用V(伏特)表示,而电容器908的电容用C(mF)表示,整个测量容器的重量重W2(g)。然后,通过下面的等式计算调色剂样品的摩擦带电Qd(mC/kg):
Qd(mC/kg)=CxV/(W1-W2)。
相对于铁粉载体,如果磁性调色剂的摩擦带电性Qd|的绝对值超过70μc/g,则磁性调色剂由于过量充电特别是在低湿度环境下,有降低显影性能的倾向。另一方面,如果|Qd|<20μc/g,由于低充电性,在显影套筒上的磁性调色剂不足以获得适当水平的静电附聚力和适当水平的磁性约束力,从而未能实现精确转印到静电潜像上,由此显示出较低的显影性能。
本发明的磁性调色剂优选根据DSC(差示扫描量热法),在热吸收曲线上,在60-120℃的温度范围内,显示出最大的热吸收峰温度(Tabs.最大)。如果Tabs.最大小于60℃,调色剂易于显示出低的抗偏移性能和抗粘附性能。如果Tabs.最大超过120℃,定影性能降低。
进一步优选本发明的调色剂在60-160℃的范围显示出第二和副热吸收峰温度(Tabs.第二),其和Tabs.最大至少差20℃,以便实现有效的定影性和释放性的分离作用。如果吸收峰温度的差(|Tabs.最大-Tabs.第二|)小于20℃,实现功能性分离变得困难。更具体地说,如果存在这样的热吸收峰,适当调整增塑效果和释放效果以在定影性、抗偏移性和抗粘附性之间提供好的平衡。本发明磁性调色剂特定的圆形使增塑效果和释放效果在宽的温度范围上更好地显现。
现在描述本发明调色剂的生产方法的优选实施方案。图1是概括说明该生产方法的流程图。如流程图所示,本发明的调色剂优选通过这样的方法生产:在粉碎前不包括分级步骤,但包括单路径粉碎步骤和分级步骤。
为了生产调色剂,使用特定的调色剂组分,并经过条件可有各种选择的加工步骤,以使调色剂颗粒具有特定数量的分离的含铁的颗粒和特定的圆形度。一般来说,将包括至少一粘合剂树脂、磁性氧化铁颗粒和蜡的调色剂组分熔融捏合,冷却后,将熔融捏合的产品粉碎,以提供粗粉碎的材料作为粉状原料。将规定量的粉碎的材料引入包括至少一个转子和一个定子的机械粉碎机中,该转子包括固定在中心旋转轴上的旋转元件,该定子在离转子表面一定的距离遮蔽转子,这样由间隔给出的环形空间是不透气的,转子以高速旋转,将粗粉碎的材料细粉碎。然后,将细的粉碎物引入分级步骤,获得含有大量具有优选粒径的调色剂颗粒。在分级步骤中,优选使用多段气动分级器,该分级器包括回收细粉末、中间粉末和粗粉末的至少三个区。例如,在使用三段气动分级器的情况下,将进料粉末分成细粉未、中间粉末和粗粉末三种类型。在使用该分级的分级步骤中,回收中间粉末,而除去包括粒径比规定的范围大的颗粒的粗粉末和包括粒径比规定的范围小的颗粒的细粉未,回收中间粉末作为调色剂颗粒,该调色剂颗粒可以作为调色剂产品或和外部添加剂如疏水胶体二氧化硅混合而使用以提供调色剂。
在分级步骤中除去的和包括粒径小于规定范围的细粉末一般再循环利用在熔融捏合步骤中再利用,来提供含调色剂组分的粗粉碎的熔融捏合产品或扔掉。
图2说明该调色剂生产设备系统的实施方案。在设备系统中,提供包含至少粘合剂树脂、磁性氧化铁和蜡的粉状进料。例如,将粘合剂树脂、磁性氧化铁和蜡熔融捏合,冷却和粉碎形成该粉末进料。
参照图2,将粉状进料以规定的速率通过第一计量给料器315引入作为粉碎机的机械粉碎机301。引入的粉状进料立即被机械粉碎机301粉碎,通过旋风收集器329引入第二计量给料器2,然后通过振动给料器3和供料喷嘴16供给多段气动分级器1。
在设备系统中,鉴于调色剂的生产力和生产效率,通过第二计量给料器2供给多段气动分级器的进料速率优选定为是第一计量给料器到机械粉碎机301的进料速率的0.7-1.7倍,更优选0.7-1.5倍,进一步优选1.0-1.2倍。
一般将气动分级器并入设备系统同时通过连通手段如管子和其它设备相连图2说明该类设备系统的优选实施方案。图2所示的设备系统包括对段分级器1(详情在图6说明)、计量给料器2、振动给料器3、旋风收集器4、5和6,它们通过连通件连接。
在设备系统中,将粉碎的进料供给计量给料器2,然后通过振动给料器3和供料喷嘴16以10-350m/sec的流速引入三段分级器1。三段分级器1包括通常测量为10-50cm×10-50cm×3-50cm的分级室,这样可将粉碎的进料在0.1-0.01秒或更短的时间内分级成三种类型的的颗粒。通过分级器1,粉碎的进料被分成粗颗粒、中间颗粒和细颗粒。之后,粗颗粒从排气管1a送至旋风收集器6,然后再循环至机械粉碎机301。中间颗粒通过排气管12a发送并排出系统,通过旋风收集器5回收作为调色剂产品。细颗粒通过排气管13a排出,并被排出系统,通过旋风收集器4回收。将回收的细颗粒供给熔融捏合步骤,提供包含调色剂成分的粉状进料以再利用或丢弃。旋风收集器4、5和6也可以用作真空抽吸发生装置以通过供料喷嘴将粉碎的进料抽吸到分级室来进行引入。从分级器1分出的粗颗粒优选再引入到第一计量给料器315,和新的粉状进料混合,并且在机械粉碎机中再被粉碎。
鉴于调色剂的生产力,粗颗粒从气动分级器1再引入机械粉碎机301的比率优选定为从第二计量给料器2供给的粉碎进料的0-10.0wt.%,更优选0-5.0wt.%。如果再引入的速率超过10.0wt.%,则机械粉碎机301中的粉尘增加而增加粉碎机30的负荷,由于困难如过粉碎热造成的调色剂表面的破坏、磁性氧化铁颗粒从调色剂颗粒的分离和在设备壁上的熔融粘附,调色剂生产力降低。
设备系统的粉状进料的粒径分布优选为至少95wt.%是通过18目的,至少90wt.%是100目筛上的(根据ASTME-11-61)。
为了生产重均粒径(D4)至多10μm,优选至多8μm和窄的粒径分布的调色剂,来自机械粉碎机的粉碎的产品优选满足这样的粒径分布:重均粒径5-10μm,至多70%(以数目计),更优选至多65%(以数目计)的至多4.0μm的颗粒和至多25%(以体积计)和更优选至多20%(以体积计)的至少10.1μm的颗粒。而且,由分级器1的分级出的中等颗粒优选满足这样的粒径分布:重均粒径5-10μm,至多40%(以数目计),更优选至多35%(以数目计)的至多4.0μm的颗粒和至多25%(以体积计)和更优选至多20%(以体积计)的至少10.1μm的颗粒。
图1所示的设备系统在粉碎步骤之前不包括如包含在图7所示的常规系统中的第一分级步骤,包括粉碎步骤和分级步骤的单一路径。
适合并入图2的设备系统中的机械粉碎机301可以是商购得到的粉碎机,例如“KTM”(购自Kawasaki Jukogyo K.K.)或“TURBOMILL”(购自Turbo KogyoK.K.)本身,或适当地改造后。
特别优选采用使用如图3-5所描述的机械粉碎机和使用特定调色剂成分的方法,作为能够生产包括形状控制了的调色剂颗粒和分离的含铁颗粒数量控制了的调色剂。也优选这样的方法以便能够容易粉碎粉状进料和实现有效的调色剂生产。
与此相反,根据常规的碰撞型气动粉碎机(如参照图9描述的),其中使调色剂颗粒碰撞到在碰撞元件的碰撞表面上,在碰撞时的冲击力的作用下来粉碎调色剂颗粒,磁性氧化铁颗粒在冲击时易于分离。而且,使得到的调色剂颗粒具有不定的和棱角形状,这样磁性氧化铁颗粒易于从调色剂颗粒掉落。通过施加机械冲击力(如通过使用混合机hybridizer),使通过碰撞型气动粉碎机生产的该调色剂颗粒经过颗粒形状和表面特性的改进,减少磁性氧化铁颗粒从调色剂的释放,但是由在冲击时从调色剂颗粒释放的磁性氧化铁造成的障碍不能恢复,这样和使用机械粉碎机的调色剂生产方法相比,控制调色剂的形状和分离的磁性氧化铁颗粒的数量变得困难。
现在参照图3-5描述机械粉碎机的构造。图3以图示说明机械粉碎机的剖视图;图4是图3的D-D部分的图示剖视图,图5是图3中转子314的透视图。如图3所示,粉碎机包括壳体313;夹套316;分配器220;转子314,该转子包括固定在控制旋转轴312上的并放置在壳体313内的旋转元件,转子314带有大量表面凹槽(如图5所示)和设计成以高速旋转;定子310安装在和转子314周缘有一定间隔处以便包围转子314和带有大量表面凹槽;引入粉状进料的进料口311;和排出粉碎的材料的排出口302。
在操作中,粉状进料从进料口311以规定的速率引入加工室,其中粉状进料在由高速旋转的转子314和定子310之间产生的冲击力的作用下立刻被粉碎,所述转子和定子分别带有大量表面凹槽,在此之后产生大量超高速涡流和由此造成的高频压力振动。粉碎的产品从排出口302排出。空气运输的粉状进料流过加工室、排出口302、管子219、旋风收集器209、袋式过滤器222和抽吸鼓风机224被排出系统。
运输空气是由冷气发生装置312产生的冷空气并和粉状进料一起引入,粉碎机主体用夹套316覆盖以流动冷水(优选含有乙二醇等的非冷冻液体),以便保持加工室内的温度在0℃或以下,更优选-5至-15℃,进一步优选-7至-12℃,根据调色剂的生产力。这对于抑制由于粉碎热产生的调色剂表面的破坏,特别是存在于调色剂颗粒表面上的磁性氧化铁的释放和设备壁上调色剂颗粒的熔融粘附是有效的,由此能有效粉碎粉状进料。在-15℃以下的加工室温度下操作需要使用flon(在较低温度下具有较好的稳定性但从全球观点看是不太明智的)代替flon取代物,作为冷空气产生装置的冷冻剂。
通过供给口317将冷却水引入夹套316,并从排出口318排出。
在粉碎操作中,优选设定涡流室212中的温度T1(进口温度)和后面的室中的温度T2(出口温度)以便使温差ΔT(=T2-T1)为30-80℃,更优选35-75℃,进一步优选37-72℃,由此抑制调色剂颗粒表面的表面破坏,特别是磁性氧化铁颗粒从调色剂颗粒表面分离,和有效粉碎粉状进料。温度差△T小于30℃暗示了粉状进料短路而没有有效粉碎的可能性,这对调色剂性能来说是不希望的。另一方面,ΔT>80℃暗示了过度粉碎的可能性,导致磁性氧化铁颗粒的释放和由于调色剂颗粒的热而产生的表面破坏和在设备壁上调色剂的熔融粘附。这对调色剂的生产力有副作用。
优选将机械粉碎机中的进口温度(T1)设定至最大0℃,此值是低于粘合剂的玻璃转化温度(Tg)60-75℃。结果,可以抑制由于热而造成的调色剂颗粒表面的破坏,特别是调色剂颗粒表面的磁性氧化铁颗粒释放,以及可以有效粉碎粉状进料。而且,优选将出口温度(T2)设定为比Tg低5-30℃,更优选10-20℃的值。结果,可以抑制由于热造成的调色剂颗粒表面的破坏,特别是磁性氧化铁颗粒在调色剂颗粒表面释放,以及可以有效粉碎粉状进料。
优选转子314转动以便提供周速80-180m/s,更优选90-170m/s,进一步优选100-160m/s。结果,可以抑制不充分粉碎和过度粉碎,抑制由于过度粉碎造成的磁性氧化铁颗粒的分离和可以有效粉碎粉状进料。转子314的周速小于80m/s易于造成短路而没有粉碎进料,由此导致差的调色剂性能。转子的周速超过180m/s招致设备的超载,易于造成过度粉碎,导致磁性氧化铁的分离。而且,过度粉碎也易于导致由于热而造成的调色剂颗粒表面的破坏,特别是磁性氧化铁颗粒在调色剂颗粒表面释放,还有调色剂颗粒在设备壁上的粘附,这对调色剂的生产力有副作用。
而且,优选将转子314和定子310安装成两者之间的最小间隙为0.5-10.0mm,更优选1.0-5.0mm,进一步优选1.0-3.0mm。结果,可以抑制不充分粉碎或过度粉碎和由于过度粉碎造成的磁性氧化铁颗粒的分离,以及可以有效粉碎粉状进料。转子314和定子310之间的间隙超过10.0mm易于造成短路而没有粉碎粉状进料,由此对调色剂的性能有副作用。间隙小于0.5mm招致设备的超载和易于造成过度粉碎,导致磁性氧化铁颗粒的分离。而且,过度粉碎也易于导致由于热而造成的调色剂颗粒表面的破坏,特别是磁性氧化铁颗粒在调色剂颗粒表面释放,还有调色剂颗粒在设备壁上的粘附,这对调色剂的生产力有副作用。
而且,通过适当控制转子314和定子310的粉碎表面的表面粗糙度(即使外表面和内表面相互对立),可以控制分离的磁性氧化铁颗粒的产生和提供显示出好的显影性能、转印性和充电性能的磁性调色剂颗粒。更具体地说,转子314和定子310的粉碎表面的表面粗糙度优选设定为提供中心线平均粗糙度Ra至多10.0μm,更优选2.0-10.0μμm,最大粗糙度Ry最多60.0μm,更优选25.0-60.0μm,10点排列的粗糙度Rz最多40.0μm,更优选20.0μm。如果Ra>10.0μm,Ry>60.0μm或Rz>40.0μm,则粉碎时过度粉碎易于产生,过度粉碎易于导致由于热而造成的调色剂颗粒表面的破坏,特别是磁性氧化铁颗粒在调色剂颗粒表面释放,还有调色剂颗粒在设备壁上的粘附,这对调色剂的生产力有副作用。
上述有关表面粗糙度的参数是基于通过使用激光焦点位移计(“LT-8100”,从K.K.Keyence购得)和表面形状测量软件(“Tres-Vallet Lite”,从MitaniShoji K.K.购得)测量的值。通过随即选择测量点进行几次测量来获得平均值。为了测量,基长定为8mm,截至值定为0.8mm,移动速度定为90μm/sec。
下面补充上述表面粗糙度参数的意义。中心线粗糙度Ra是基于粗糙度曲线确定的,在该曲线上沿中心线取基长L(8mm)为样品,对于抽取的长度,用Z=f(x)表示粗糙度曲线,同时沿中心线取X轴和在垂直粗糙度上的Z轴,根据下式确定Ra:
Ra=(1/L)·f|f(x)|dx。
而且,最大粗糙度Ry确定为沿基本长度的最高峰和最低谷的高度差。而且,10点平均粗糙度Rz确定为第一至第五高度峰的平均高度的绝对值和第一至第五最深谷的平均深度的绝对值的之和,分别在基本长度部分中提取。
可以根据已知的方法使转子和/或定子表面粗糙。优选使粗糙的表面经受抗磨损处理,优选渗氮。
渗氮是表面硬化处理以提高处理的材料的抗耐磨和抗疲劳性,是在适当的升高的温度下使氮气从表面完全或局部渗透一适当的时间来进行的,由此形成氮化物层。
由此,优选通过表面粗糙化处理作为预处理来提供转子和/或定子的粉碎表面,然后,渗氮处理作为后处理,以便长期稳定地进行粉碎步骤,提供具有好的显影性能的调色剂,同时抑制分离的磁性氧化铁颗粒的产生。
通过上述机械粉碎机达到的有效粉碎可以省略易于导致过度粉碎的预分级步骤和省略如用于图8系统中的气动粉碎机中所需的大量粉碎空气的供给。
下面,气动分级器作为调色剂生产的优选的分级装置。
图6是优选的多段气动分级器的实施方案的剖视图。
参照图6,分级器包括侧壁22和限定分级室部分的G滑块23和装有刀口形的分级棱17和18的分级棱块24和25。G滑块23安装成可在侧面滑动。分级棱17和18可以绕轴17a和18a旋转放置以便改变分级棱尖端的位置。分级棱块17和18是侧面可滑动的以便相对改变和分级棱17和18的水平位置。分级棱17和18将分级室32的分级区域分为3个部分。
引入粉状进料的进料口40位于最接近(最上游)进料供给喷嘴16的位置,其还装有高压空气喷嘴41和粉状进料引入喷嘴42,并通向分级室32。喷嘴16放置在侧壁22的右侧,安装Coanda块26以便相对于进料供给喷嘴16的下切线的延长,形成长椭圆弧形。对于分级室32,在分级室32中给左边的滑块27配备向右伸出的吸气棱19。而且,吸气管14和15装在分级室32的左侧以便通向分级室32。而且,给吸气管14和15装备第一和第二气体引入控制装置20和21,如阻尼器,和静压计量计28和29(如图2所示)。
根据分级器的粉碎的粉状进料和所需的调色剂产品的粒径,调节分级棱17和18,G滑块23和吸气棱18的位置。
在分级室32的右侧,装有排气口11、12和13,这些排气口和相对于各个分级部分的区域的分级室连通。排气口11、12和13和连通装置如管子(如图2所示的11a、12a和13a)相连结,其装有关闭装置,例如,如需要是阀门。
进料供给喷嘴16包括上部直管部分和下部锥形管部分。直管部分的内径和锥形管部分的最窄部分的内径的比为20∶1-1∶1,优选10∶1-2∶1,以便提供所需的引入速度。
可以以下面的方式进行采用上述组成的多段分级器的分级。分级室32中的压力通过至少一个排气口11、12和13的排空而被降低。通过进料供给喷嘴16以优选10-350m/sec的流速在流动空气和喷射器效力的作用下引入粉状进料,该流动空气是由压力降低造成的,喷射器效力是由于通过高压空气供给喷嘴喷射并喷射分散进分级室32中的压缩空气造成的。
使引入分级室32的粉状进料颗粒在由Coanda滑块26施加的Coanda效果的作用和引入的气体如空气的作用下沿曲线流动,以便粗颗粒形成外部流以提供分级棱18外部的第一部分,中间颗粒形成中间流以提供分级棱18和17之间的第二部分,细颗粒形成内部流以提供分级棱17内部的第三部分,由此分别将分级的粗颗粒排出排气口11,将中间颗粒排出排气口12和将细颗粒排出排气口13。
在上述粉末分级中,分级(或分离)点主要由相应于Coanda滑块26的最低部分的分级棱17和18的尖端位置决定,同时也受分级空气流的抽吸流速和通过给料喷嘴16的粉末喷射速度的影响。
根据上述调色剂生产系统,可以通过控制粉碎和分级条件有效地生产调色剂,该调色剂的重均粒径是5-12μm,特别是5-10μm,和具有窄的粒径分布。
生产本发明调色剂的各种机器是可商购得到的。下面列举一些实例和其制造者。例如,可商购的混合器包括Henschel混合器(由Mitsui Koazn K.K.制造),Super混合器(Kawata K. K.),锥形螺条混合器(Ohkawara SeisakushoK.K.),诺塔混合器,Turbulizer and Cyclomix(Hosokawa Micron K.K. ),SpiralPin混合器(Taiheiyo kiko K. K.),Lodige混合器(Matsubo Co.Ltd.)。捏合机包括Buss共捏合机(Buss Co.),TEM挤压机(Toshiba kikai K.K.),TEX双螺杆捏合机(Nippon Seiko K.K.),PCM捏合机(Ikegai Tekko K.K.);三辊研磨机,混合辊式研磨和捏合机(Inoue Seisakusho K.K.),Kneadex(MitsuiKozan K.K.);MS-压力捏合机和Kneadersuder(Moriyama Seisakusho K.K.),和Bambury混合器(Kobe Seisakusho K.K.)。作为粉碎机,可以是Cowter气流粉碎机,Micron Jet和Inomizer(Hosokawa Micron K.K.);IDS粉碎机和PJM气流粉碎机(Nippon Pneumatic Kogyo K.K.);Cross气流粉碎机(KurimotoTekko K.K.),Ulmax(Nisso Engineering K.K.),SKJet O.粉碎机(SeishinKigyo K.K.),Krypron(Kawasaki Jukogyo K.K.)和Turbo粉碎机(Turbo KogyoK.K.)。作为分级器,可以是Classiell,微分级器和Spedic分级器(Seishin KigyoK.K.),Turbo分级器(Nisshin Engineering K.K.);微分离器和Turboplex(ATP);微分离器和Turboplex(ATP);TSP分离器(Hosokawa Micron K.K.);Elbow Jet(Nittetsu Kogyo K. K.),分散分离器(Nippon Pneumatic KogyoK.K.),YM Microcut(Yasukwa Shoji K.K.)。作为筛分设备,可以是超声波的(Koei SangyoK.K.),Rezona Sieve和Gyrosifter(Tokuju Kosaku K.K.),超声系统(Dolton K.K.),Sonicreen(Shinto Kogyo K.K.),Turboscreener(Turbo Kogyo K.K.),Microshifter(Makino Sangyo K.K.)和圆形振动筛子。
但是对于粉碎和分级,优选使用参照图1-6描述的设备系统。
现在,参照图11描述根据本发明成像方法的实施方案。
通过初级充电器702使感光鼓701的表面带负电荷,然后通过激光曝光束705受到图像扫描以在感光鼓70上形成数字潜像。然后,用干磁性调色剂(单一成分的磁性显影剂)710使潜像反向显影,该调色剂装在显影装置709的磁性套筒704上,该套筒装有磁性刮刀711和封于其中的磁铁714。在显影区,使感光鼓701的导电基底接地,并向显影套筒输入交替脉冲和/或来自偏压施加装置712的DC偏压。然后显影的调色剂随着感光鼓701的旋转移至转印区,输送转印纸P至转印区,在那里调色剂图像在施加来自电压源723的转印电压的条件下,通过在转印纸的背面(感光鼓的反面)接触辊转印装置702,被转印到转印纸上。通过热压辊定影装置707,使携带转印调色剂图像并从感光鼓701分离的转印纸P定影,使调色剂图像定影在转印纸P上。感光鼓上的调色剂图像可以转印到中间转印元件上一次。然后转印到转印纸上,而不是如图11所示的直接从感光鼓转印至转印纸上。
通过包括清洗刮刀的清洗装置708除去转印步骤后保留在感光鼓701上的干磁性调色剂。当剩余的磁性调色剂的量少时,可以省略该清洗步骤。清洗步骤后,通过消除曝光灯706除去感光鼓的电荷。然后,重新开始由初级充电器702的充电步骤开始的接下去的成像循环。
感光鼓(即带静电图像的元件)701包括感光层和导电基底。以箭头所指的方向旋转。使显影套筒(即携带调色剂的元件)704在显影区中以和感光鼓701的表面相同的方向转动。在显影套筒内部,装备多极永久性磁铁(磁铁辊)作为产生磁场的装置以便不旋转。将显影装置709中的绝缘于磁性调色剂710涂在显影套筒704(是非磁性圆柱体)上,并且带有例如通过和显影套筒704表面摩擦带来的摩擦电负电荷。将铁制的磁性刮刀装在和显影套筒704表面接近的地方(间隙50-500μm)以便和显影套筒704中的多极永久性磁铁的磁极相反,由此在显影套筒上形成薄(30-300μm)的和均匀的磁性调色剂层。在显影区中磁性调色剂层的厚度比显影套筒704和感光鼓721之间的间隙小。控制显影套筒704的旋转速度以便使表面速度基本上等于或接近感光鼓的速度。可以使用永久性磁铁刮刀代替磁性铁刮刀711以提供相反磁极。在显影区,也可以以200-4000Hz的频率和Vpp为500-3000伏特施加交流电压或脉冲偏电压。
在显影区,磁性调色剂在作用在感光鼓表面上的静电力和作用在显影套筒和感光鼓之间的电磁场的作用下,从显影套筒移动到感光鼓上的静电图像上。
也可以使用包含如硅橡胶的弹性材料的弹性刮刀代替磁性刮刀711,通过弹性压力来涂敷磁性调色剂以形成控制厚度的磁性调色剂层。
图12说明成像系统,包括接触充电装置742作为初级充电器,接受来自偏压源743的电压供应和电晕充电器转印装置733。
图13说明成像系统,包括接触充电装置742和接触转印装置702。
图14说明转印辊702的构造和操作。转印辊702主要包括芯体金属702a和覆盖在其周围的导电弹性层702b。转印辊702对着感光鼓701压转印纸,并以相同于或不同于感光鼓701的周速旋转。通过导向装置744在感光鼓701和转印辊702之间运送转印纸,同时从转印偏压源723给转印纸提供和调色剂的极性相反的偏压,通过转移辊702在其面对感光鼓的表面上得到调色剂图像,然后传送至导向装置745。
导电弹性层702b包括弹性材料例如聚氨酯或乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(EPDM)和导电材料例如分散在其中的碳,其体积电阻为106-1010ohm.cm。
优选的转移加工条件包括辊邻接压力为0.16×10-2-24.5×10-2MPa,DC电压为±0.2-±10kV。
图15说明接触充电系统。参照图15,感光鼓(带有静电图像的元件)701基本上包括铝等的导电基底701a,和覆盖在基底701a周围的光导电体层701b,并设计成以顺时针沿箭头方向以规定的周速(加工速度)旋转。
充电辊742基本上包括芯体金属742a,导电弹性层742b和表面层742c。感光鼓701压着充电辊742以便跟着感光鼓701的旋转而旋转。从偏压源E给充电辊742提供偏压,由此使感光鼓701的表面充电至规定的极性和电位。然后将由此充电的感光鼓图像样曝光,在其上形成静电图像,然后通过显影装置使其显影以提供图11描述的调色剂图像。
优选的充电辊条件包括辊邻接压力为0.49×10-2-98×10-2MPa,AC/DC叠加电压VAC=0.5-5kVpp(f=50-5kHz)/VDC=±0.2-±1.5kV,或DC偏压VDC=±0.2-±5kV。
充电辊(或用充电刮刀代替)包括表面涂敷有释放膜的导电橡胶,该膜包括尼龙,PVDF(聚偏二氟乙烯)或PVDC(聚偏二氯乙烯)。
图16说明本发明的操作盒的实施方案。操作盒包括至少一个整体支撑的显影装置和载静电图像的元件以形成操作盒,其是可分开安装到成像的设备的主要组件上(如复印机或打印机)。
图16整体显示操作盒750,包括显影装置709、感光鼓701、带有清洗刮刀708a的清洗器708和初级充电器(充电辊)704。
在图16所示的实施方案中,显影装置709包括磁性刮刀711和调色剂容器760中的磁性调色剂710。为了在感光鼓701和显影套筒704之间在规定的电场的作用下,用磁性调色剂710适当进行显影操作,感光鼓701和显影套筒704之间的间隙是非常重要的因素。
图17显示操作盒750的另一个实施方案,包括弹性刮刀711a作为调色剂涂敷装置。
图18显示操作盒的另一个实施方案,包括注入充电系统,其中旋转鼓型OPC感光元件801以箭头所示的方向(顺时针)旋转,并被作为接触充电装置802的充电辊充电。充电辊802对着感光元件801抵压,以在两者之间形成辊隙n,并以相对于感光元件801相反的表面移动方向旋转。在充电辊802表面上,涂敷导电粉末m(如下所述)以便形成基本上均匀的单一颗粒层。
充电元件的金属心802被设计成从充电偏压供应源S1(安装在主件一侧)接收-700伏DC电压。在该实施方案中,通过直接注入充电系统,感光元件801表面被均匀充电至电位(-680伏),该电位基本上等于供给充电辊802的电压。
感光元件801也可设计成曝光于从激光束扫描仪803(安装在主件一侧)放射出的激光束中,该扫描仪包括激光二极管,多边镜等。激光束扫描仪803输出的激光束(波长=740nm)的强度已相应于基于目的图像数据的按时间顺序的电子数字图像信号而加以改进,感光元件801的均匀充电的表面扫描曝光于激光束中,由此在感光元件801上形成相应于目的图像数据的静电潜像。
操作盒包括显影装置804,通过它,感光元件801上的静电潜像显影成为调色剂图像。显影装置804是反向显影装置,包括磁性调色剂804d和16mm直径的封闭磁铁辊804b的非磁性显影套筒804a,所述磁性调色剂包括磁性调色剂颗粒(t)和导电细粉末(m)。显影套筒804a和感光元件801相对放置,两者在显影区的间隙为320μm,并被设计成以周速旋转,该速度是在相同表面移动方向上的感光元件801的120%。
通过弹性到刀804c将磁性调色剂804d以薄层涂在显影套筒804a上,同时充电。
将涂在显影套筒804a上的磁性调色剂804d随着显影套筒804a的旋转,被运送到显影区a 。
也向显影套筒804a供应显影偏压以使单组份在显影套筒804a和感光元件801之间跳动显影,该电压来自显影偏压源S2,DC电压为-420伏,矩形AC电压f=1500Hz,Vpp=1600伏(电场强度=5×106伏/米)。导电细粉末(m)也可涂在充电辊802上
导电细粉(m)的存在允许充电辊802和感光元件801之间的密切接触和低的接触电阻,由此可以通过充电辊802允许感光元件801直接注入充电。
更具体地说,充电辊802通过导电细粉(m)和感光元件801密切接触,导电细粉(m)摩擦感光元件801,以便根据由稳定和安全的直接充电机理主导的充电机理而不是主要依赖放电现象,通过充电辊802给感光元件801充电,由此实现常规辊式充电不能实现的高充电效力。因此,可以将感光元件801充电至基本上和施加到充电辊802上的电压相同的电位。感光元件801上的调色剂图像通过转印辊805在转印位置b被转印到转印纸P上,该转印辊带有来自转印偏压源S3的转印电压转印时,转印辊85以线性压力1-80g/cm压转印纸P。
下面,根据实施例描述本发明,但不应认为是对本发明范围的限制。本文中的“份数”是用来描述材料的相对量,是指“重量份数”。
关于用于下式实施例和比较实施例中的调色剂组分,树脂来源(和特征特性)示于表1中,一些蜡示于表2中,一些磁性氧化铁颗粒示于表3中,在下面分别出现。关于树脂,根据溶液聚合或悬浮聚合制备乙烯基树脂(苯乙烯基树脂),通过脱氢缩合制备聚酯树脂。下面描述一些生产实施例以提供示于表3中的磁性氧化铁颗粒。
磁性氧化铁颗粒的生产实施例1
往硫酸亚铁溶液中添加相当于硫酸亚铁溶液中的Fe2+0.95当量的氢氧化钠水溶液,混合,形成含Fe(OH)2的亚铁盐水溶液。然后,向其中添加含1.0wt.%硅的硅酸钠,以亚铁盐中的铁计。然后在90℃下向含Fe(0H)2和硅的亚铁盐溶液吹空气,以在pH6-7.5下产生氧化,由此形成含硅(Si)的磁性氧化铁颗粒的悬浮液体。向悬浮液体添加相当于保留在浆状物中的Fe2+1.05当量且含有0.1wt.%硅(Si)(以铁计)的硅酸钠的氢氧化物水溶液,在90℃和pH8-11.5下加热继续氧化,得到含Si的磁性氧化铁颗粒,然后以一般方式洗涤该颗粒,过滤回收和干燥。
得到的磁性氧化铁颗粒包含附聚的初级颗粒,因此利用处理机器(“MIX-MULLER”,购自Shinto Kogyo K.K.)施加压缩和剪切力将其粉碎成为表面光滑的初级颗粒,由此得到具有表3所示特性的磁性氧化铁颗粒(1)。磁性氧化铁颗粒(1)显示出平均粒径(D1)为0.21μm,发现其表面包含氧化铁和氧化硅。
生产实施例2
用和产生实施例1相同的方法制备磁性氧化铁颗粒(2),除了改变硅(Si)的量。发现磁性氧化铁颗粒(2)的表面包含氧化铁和氧化硅。
产生实施例3和4
在过滤回收前,向生产实施例2制备的含磁性氧化铁颗粒的浆状物分别加入两种规定量的硫酸铝,调节pH至6-8的范围,使氢氧化铝磁性在氧化铁颗粒上表面沉积。通过和生产实施例1相同的方式,采用MIX-MULLER,使由此生产的两批磁性氧化铁颗粒分别经受粉碎,得到磁性氧化铁颗粒(3)和(4),发现两者具有包含氧化铁,氧化硅和氧化铝的表面。
生产实施例5和6
在某时(即不剩余以后添加的量)往2批生产实施例1的含Fe(OH)2的亚铁盐水溶液中分别添加2种硅含量不同的硅酸钠,通过和生产实施例1类似的方式(除了通过添加超过Fe2+1当量量的氢氧化钠改变pH条件)往液体中吹空气来进行第一步氧化,接着进行类似于生产实施例1的后处理,分别得到磁性氧化铁颗粒(5)和(6),发现两者具有包含氧化铁和氧化硅的表面。
生产实施例7
往硫酸亚铁水溶液中添加含1.8wt.%硅的硅酸钠(以溶液中的铁计),然后往其中以1.0-1.1溶液中的Fe2+当量添加氢氧化钠水溶液,形成含Fe(OH)2的亚铁盐溶液。然后,在保持水溶液的pH为9的同时,在85℃下往溶液中吹空气以产生氧化,形成含硅的磁性氧化铁颗粒的悬浮液体。往悬浮液体中以1.1已添加的碱量当量(即硅酸钠和硅酸钠中总的钠量)添加硫酸亚铁水溶液,在保持溶液的pH为8的同时,往液体中吹空气以产生氧化直至最终阶段,在该阶段以弱碱性pH调节系统,得到磁性氧化铁颗粒。
然后以普通方法洗涤、过滤回收并干燥磁性氧化铁颗粒,接着进一步通过普通粉碎处理,得到磁性氧化铁颗粒(7),发现该颗粒具有包含氧化铁和氧化硅的表面。
粘合剂树脂、蜡和磁性氧化铁颗粒一起显示在下面的表1-3中,下面的电荷控制剂A、B和C用于调色剂生产。
表1:粘合剂树脂
粘合剂树脂 | 单体 | Mw(×104) | Mn(×104) | Mw/Mn(-) | 酸值(mgKOH/g) | |
种类*1 | 比例份数(或摩尔数) | |||||
A | stnBAMnBMDVB | 78.020.01.50.5 | 30.1 | 1.1 | 27.4 | 2.2 |
B | stnBAMnBMDVB | 74.520.050.5 | 31.9 | 0.75 | 42.5 | 20 |
C | TPATMADDSAPOBPA | 28(mol)6(mol)16(mol)50(mol) | 8.5 | 0.64 | 13.3 | 9.2 |
D | stnBADVB | 79.520.00.5 | 25.5 | 0.87 | 29.0 | 0.1 |
*1:st=苯乙烯,nBA=丙烯酸正丁酯
MnBM=马来酸单正丁酯,DVB=二乙烯基苯
TPA=对苯二甲酸,TMA=苯三酸酐
DDSA=十二碳烯基琥珀酸,POBPA=丙氧基双酚A
表2:蜡
蜡 | 种类 | Tabs.max(℃) |
(a) | 聚丙烯 | 140 |
(b) | 聚乙烯 | 127 |
(c) | 石蜡 | 75 |
(d) | Fischer-Tropschc | 101 |
(e) | 高级醇 | 100 |
表3:磁性氧化铁颗粒
磁性氧化铁颗粒 | D1(μm) | Si(%) | 表面Fe/Si(XPS) | 光滑度 | dB(g/cm3) | SBET(m2/g) | Al(%) | 表面Fe/Al(XPS) | 疏水性(%) |
(1) | 0.21 | 1.09 | 1.8 | 0.53 | 1.10 | 10.0 | - | - | 0 |
(2) | 0.21 | 0.80 | 2.4 | 0.57 | 1.15 | 9.7 | - | - | 1 |
(3) | 0.21 | 0.80 | 2.4 | 0.60 | 1.10 | 9.1 | 0.25 | 1.4 | 1 |
(4) | 0.21 | 0.80 | 2.4 | 0.59 | 1.11 | 9.3 | 0.05 | 8.7 | 2 |
(5) | 0.21 | 0.25 | 4.2 | 0.81 | 1.06 | 6.8 | - | - | 3 |
(6) | 0.20 | 2.40 | 0.9 | 0.28 | 0.60 | 20.4 | - | - | 0 |
(7) | 0.21 | 1.80 | 0.8 | 0.24 | 0.49 | 23.0 | - | - | 0 |
实施例1
粘合剂树脂A 100份
磁性氧化铁颗粒(3) 90份
蜡(c) 4份
电荷控制剂A 2份
(偶氮铁络合物)
在Henschel混合器中预混合上述组分,通过双螺杆挤压机在130℃下熔融捏合。通过切割粉碎机将熔融捏合的产品粗粉碎至小于1mm。
将由此形成的粗粉碎材料(作为粉状进料)供给机械粉碎机301(如图2和3所示)进行粉碎,通过多段分级器(图2和6)将粉碎的材料分级,得到重均粒径(D4)为6.5μm的磁性调色剂颗粒。
用于该实施例中的机械粉碎机301包括转子314和定子310,两者的粉碎表面已经经受了作为耐磨处理的渗氮处理。处理的表面显示出中心线平均粗糙度(Ra)为1.1μm,最大粗糙度(Ry)为20.6μm和10点平均粗糙度(Rz)为12.3μm。为了粉碎,转子314以117m/s的周速旋转,以和转子314的间隙为1.3mm安装定子310。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是42℃。
通过Henschel混合器(“FM10C/1,Mitsui Kozan K.K.制造”)在调色剂表观体积填充速率为12%和旋转速度为45rps的条件下,将100重量份上述获得的磁性调色剂颗粒和用15wt.%六甲基二硅氮烷和15wt.%二甲基硅氧烷疏水处理(hydrohobization)后获得的可充负电荷的疏水二氧化硅(SBET=120m2/g,甲醇润湿性(HMeOH)为80%)外部混合1分钟,然后于50rps下混合2分钟,由此获得磁性调色剂No.1,该混合器包括YO叶片(图24A所示)和SO叶片(图24C所示)。
磁性调色剂No.1的调色剂描述、粉碎条件和一些物理特性示于表4中,Ci(圆形度)颗粒数%≥0.950(=Y)和重量粒径(D4=x)之间的关系示于图20中,峰粒径(=x)和半值宽度(WH1/2=y)之间的关系示于图22中,以及那些在实施例和比较实施例中制备的磁性调色剂在下面出现。
将磁性调色剂No.1放入具有如图13所示构造的经过改造后加工速度增至235mm/sec(原来的1.5倍)的商购激光束打印机中(“LBP-950”,由Canon K.K.制造),并使其在1.5×104的纸上、在每个正常温度/正常湿度(23℃/65%RH)环境、高温/高湿度(30℃/80%RH)环境和低温/低湿度(15℃/10%RH)环境下经受连续打印试验。根据以下条目评价图像形成性能。
采用Macbeth密度计(购自Macbeth Co.)和SPI过滤器,根据反射密度,测量相当于5mm正方形的实心图像的图像密度(ID)。通过测量在白色转印纸上的打印图像的白色背景部分的最高反射密度Ds和在打印前测量白色转印纸的平均反射密度Dr来确定灰雾,以Ds-Dr的差作为灰雾值。低灰雾值表示较好的灰雾抑制状态。
在初始阶段和在连续打印试验中在15000张纸上打印后,和在连续打印试验后,在每个环境下,在打印机外面放置1天,进行上述条目的测量。结果以及下面描述的那些实施例和比较实施例的结果示于表6、7和8中。
在初始阶段和采用商购激光束打印机(“LBP-950”,Canon K.K.制造)在23℃/65%RH环境下在10000张纸上打印后,测量转印效率(%)。为了打印,使用普通纸75g/m2作为转印纸。为了评介转印速率,通过聚酯胶带分别剥离在转印前OPC感光元件上的调色剂图像和转印残余的调色剂,并施在白色纸上以测量Macbeth密度Di和Dr。单独地,空白状态的聚酯胶带施在白纸上以测量Macbeth密度D0。根据下式计算转印效率:
转印效率(%)=(Di-Dr)/(Di-D0)×100
结果示于表9中。
采用经过改造后加工速度从16张/分改变至24张/分的激光束打印机(“LBP-1760”,CanonK.K.制造),评价调色剂消耗和线宽度。在NT/NH(23℃/65%RH)的环境下,在1000张纸上成像后,将区域图像百分数为4%的图像打印在5000张A4大的纸上,该图像包括含有10点/600dpi的潜像宽度约420μm的侧线,测量显影装置中磁性调色剂减少的量来计算调色剂消耗率(g/张)。然后,在那时打印实心黑色图像以测量图像密度(I.D.)
而且,形成含有10点/600dpi的潜像宽度约420μm的侧线,间隔为1cm,用调色剂显影,将得到的调色剂图像转印到聚对苯二酸乙二酯的OHP膜上并在其上定影。采用表面粗糙度计(“SURFCODER SE-30H”,由K.K.Kosaka Kenkyusho制造)使定影的侧线图形图像经受粗糙度测量,基于发现的粗糙轮廓测量调色剂线宽度。试验已经证实显示出线宽度稍微超出潜像宽度的调色剂线图像提供高清晰的图像,窄的线宽度导致低的细线再现性。一般优选在低调色剂消耗下显示高图像密度和提供适当的线宽度的磁性调色剂,而在低调色剂消耗下给出低图像密度或给出较小线宽度的磁性调色剂是不优选的。
根据点再现性和后拖评价图像质量。更具体地说,通过采用上述打印机形成分离的单点图像和通过光学显微镜观察点图像来评价点再现性(Dot),根据下面的标准进行评价。
A:磁性调色剂图像完全再现一个点而完全没有伸出点潜像之外。
B:在一些部分发现一些调色剂图像伸出潜像之外。
C:发现调色剂图像某些程度伸出潜像之外。
D:发现调色剂图像大部分伸出潜像之外。
通过采用上述打印机将每个具有长约20cm和宽为4点(线之间的间隔为175点)的50条侧线图形打印在A4大的纸上并对带有至少一个可用眼观察到的后拖(投影)的线计数,来评价后拖,根据下面的标准进行评价。
A:完全没有后拖。
B:在2条线或少于2条线上有后拖。
C:在3-6条线上有后拖。
D:在7-14条线上有后拖。
E:在15条线上或更多条线上有后拖。
上述评价结果以及下面的实施例和比较实施例的结果示于表6-10中。
实施例2
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.2,除了使用如表4所示的调色剂配方(包括提供调色剂和外部添加剂的组合物)和改变机械粉碎机中的转子周速至125m/s。此时,进口温度T1是-10℃,出口温度T2是37℃。
实施例3
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.3,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至150m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是53℃。
实施例4
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.4,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至114m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是45℃。
实施例5
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.5,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至115m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是40℃。
实施例6
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.6,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至144m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是55℃。
实施例7
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.7,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至144m/s。(进口温度T1是-10℃,出口温度T2是55℃),在粉碎步骤之前插入中间粉碎步骤,进一步在Henschel混合器中使用ZO叶片(图24B所示)和SO叶片(图24C所示)以混合外部添加剂。通过使用图2所示的机械粉碎机和在与粉碎步骤相同的条件下(除了转子314和定子310中间的间隙增加至2.0mm),进行中间粉碎步骤。
实施例8
以和实施例7相同的方式制备磁性调色剂No.8,除了使用如表4所示的调色剂配方。
实施例9
以和实施例7相同的方式制备磁性调色剂No.9,除了使用如表4所示的调色剂配方。
实施例10
以和实施例7相同的方式制备磁性调色剂No.10,除了使用如表4所示的调色剂配方。
实施例11
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.11,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至90m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是30℃。
实施例12
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.12,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至120m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是50℃。
实施例13
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.13,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至150m/s,同时改变转子和定子的粗糙度至Ra=1.7μm,Ry=35.6μm和Rz=21.3μm。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是46℃。
实施例14
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.14,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至135m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是33℃。
实施例15
以和实施例1相同的方式制备磁性调色剂No.15,除了使用如表4所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至115m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是48℃。
比较实施例1
以和实施例1相同的方式制备对比磁性调色剂No.(i),除了使用如表4所示的调色剂配方和通过使用表面已进行了抗磨的镜面磨光和渗氮处理的、粗糙度Ra=0.9μm,Ry=9.0μm和Rz=6.4μm的转子和定子进行粉碎步骤,同时以周速150m/s,和与定子的间隙为1.3mm的旋转转子,以便T1=-10℃,T2=53℃。
比较实施例2
以和实施例1相同的方式制备对比磁性调色剂No.(ii),除了使用如表4所示的调色剂配方和通过使用表面已进行了抗磨的喷砂和渗氮处理的、粗糙度Ra=3.2μm,Ry=43.5μm和Rz=35.4μm的转子和定子进行粉碎步骤,同时以周速90m/s,和与定子的间隙为1.0mm旋转转子,以便T1=-10℃,T2=31℃。
比较实施例3
以和实施例1相同的方式制备对比磁性调色剂No.(iii),除了使用如表4所示的调色剂配方和通过使用碰撞型气动粉碎机进行粉碎步骤。
比较实施例4
以和实施例1相同的方式制备对比磁性调色剂No.(i),除了使用如表4所示的调色剂配方和通过使用碰撞型气动粉碎机进行粉碎步骤,通过使用混合器(hybridizer),使分级的调色剂颗粒进一步经受颗粒形状和表面特性均改进。
实施例16-20
使用实施例1、2、12、13和15制备的磁性调色剂No.1、2、12、13和15。
操作盒改造成如图18所示的操作盒后,将每种磁性调色剂放入商购激光束打印机(“LBP-250”,Canon制造)的操作盒中。更具体地说,将导电细导电体涂在充电辊802上,该导电体包括电阻为100ohm.cm的含Al的氧化锌,该充电辊被设计成带有来自充电偏压源S1的-700伏DC电压。结果,OPC感光元件1表面被均匀地表面充电至基本上和供给充电辊2的偏压相等的电位(-680伏)。在显影套筒804a和OPC感光元件801之间施加显影偏压,该偏压包括DC电压为-420伏和f=1500Hz矩形AC电压和Vpp=1600伏(电场强度=5×106V/m)的叠合。
使用装上上述操作盒并也进行改造以使加工速度为120mm/sec的改造的打印机(“LBP-250”)来评价每个磁性调色剂,评价显影质量(包括调色剂消耗,图像密度、线宽、点再现性和后拖)。结果示于表11中。
表4:调色剂配方、物理特性和粉碎条件
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
调色剂号数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
组合物 粘合剂树脂 | A | A | B | B | C | C | A | B | B |
电荷控制剂 | A | C | A | C | A | C | C | B | A |
蜡 | c | e | d | a/e | e | a/d | c | c | d |
磁性 | 3 | 1 | 4 | 2 | 1 | 4 | 2 | 3 | 5 |
外部添加剂(重量份)疏水二氧化硅 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.2 |
钛酸锶 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 2.0 | 0.4 | 2.4 | 0.8 | 1.0 | 2.4 |
混合条件第一速度(rps)/时间(min) | 45/1M | 45/1M | 45/1M | 45/1M | 45/1M | 53.33/1M | 53.33/1M | 53.33/1M | 53.33/1M |
第二速度(rps)/时间(min) | 50/2M | 50/2M | 50/2M | 50/2M | 50/2M | 70/2M | 70/2M | 70/2M | 70/2M |
叶片(上/下) | YO/SO | YO/SO | YO/SO | YO/SO | YO/SO | ZO/SO | ZO/SO | ZO/SO | ZO/SO |
转子/定子粗糙度 | |||||||||
Ra(μm) | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
Ry(μm) | 20.6 | 20.6 | 20.6 | 20.6 | 20.6 | 20.6 | 20.62 | 20.6 | 20.6 |
Rz(μm) | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 12.3 |
进口T1(℃) | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 |
出口T2(℃) | 42 | 37 | 53 | 45 | 40 | 55 | 55 | 55 | 55 |
ΔT(=T2-T3) | 52 | 47 | 63 | 55 | 50 | 65 | 65 | 65 | 65 |
旋转速度(m/sec) | 117 | 125 | 150 | 114 | 115 | 144 | 144 | 144 | 144 |
转子/定子间隙(mm) | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 |
特性Mw(×104) | 14.8 | 14.7 | 15.2 | 15.2 | 4.9 | 4.9 | 14.8 | 15.2 | 15.2 |
Mn(×104) | 0.95 | 0.92 | 0.69 | 0.69 | 0.57 | 0.55 | 0.95 | 0.69 | 0.69 |
Mp(×104) | 1.57 | 1.59 | 1.35 | 1.35 | 0.78 | 0.78 | 1.57 | 1.35 | 1.35 |
Tg(℃) | 60.2 | 60.0 | 59.7 | 59.5 | 57.8 | 57.6 | 60.2 | 59.7 | 59.7 |
D4(μm)=X | 6.8 | 6.9 | 5.5 | 6.6 | 11.2 | 8.5 | 7.5 | 10.2 | 7.0 |
WH1/2=y | 5.5 | 6.0 | 2.3 | 5.2 | 15.3 | 9.2 | 7.2 | 12.5 | 5.8 |
Tabs·max(℃) | 73.0 | 100.0 | 102.0 | 141/101 | 101.0 | 141/102 | 73.0 | 73.0 | 100.5 |
Carr’s指数(溢流) | 86.0 | 84.5 | 82.0 | 83.0 | 83.5 | 85.0 | 86.0 | 83.0 | 84.5 |
Carr’s指数(流动) | 73.5 | 66.0 | 67.5 | 62.5 | 75.0 | 68.0 | 70.5 | 62.5 | 73.0 |
Qd(μC/g) | -30.8 | -29.4 | -28.5 | -32.5 | -26.3 | -31.5 | -42.3 | -50.3 | -51.8 |
5.3×X | 36.0 | 36.6 | 29.2 | 35.0 | 59.4 | 45.1 | 39.8 | 54.1 | 37.1 |
截出百分数Z(%) | 13.5 | 15.6 | 10.9 | 40.3 | 31.8 | 48.3 | 33.7 | 40.8 | 38.9 |
Ci≥0.900(%N) | 94.9 | 95.6 | 93.4 | 96.3 | 91.6 | 95.4 | 97.5 | 98.6 | 97.9 |
Ci≥0.950(%N) | 77.9 | 76.1 | 84.2 | 79.4 | 56.3 | 70.9 | 84.3 | 80.1 | 86.7 |
exp5.51×X0.645 | 71.8 | 71.1 | 82.3 | - | 52.0 | - | 67.4 | 55.3 | - |
exp5.37×X0.545 | - | - | - | 76.8 | - | 66.9 | - | - | 74.4 |
分离的铁颗粒(每10000个调色剂颗粒) | 120 | 152 | 241 | 125 | 218 | 165 | 123 | 120 | 124 |
表4:(续)
实施例 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 对比实施例1 | 对比实施例2 | 对比实施例3 | 对比实施例4 |
调色剂号数 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
组合物粘合剂树脂 | C | D | A | D | D | D | C | D | C | C |
电荷控制剂 | B | B | A | B | C | B | C | B | B | B |
蜡 | e | a | b | a/b | b | a | e | a | b | b |
磁性 | 4 | 7 | 5 | 6 | 7 | 7 | 6 | 6 | 6 | 6 |
外部添加剂(重量份)疏水二氧化硅 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
钛酸锶 | 2.4 | 2.4 | 1.0 | 0.8 | 2.4 | 2.0 | 0.8 | 2.0 | 1.0 | 1.0 |
混合条件第一速度(rps)/时间(min) | 53.33/1M | 53.33/1M | 45/1M | 45/1M | 45/1M | 53.33/1M | 53.33/1M | 53.33/1M | 53.33/1M | 45/3M |
第二速度(rps)/时间(min) | 70/2M | 70/2M | 50/2M | 50/2M | 50/2M | 70/2M | 70/2M | 70/2M | 70/2M | |
叶片(上/下) | ZO/SO | ZO/SO | YO/SO | YO/SO | YO/SO | ZO/SO | ZO/SO | ZO/SO | ZO/AO | ZO/AO |
转子/定子粗糙度 | ||||||||||
Ra(μm) | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.7 | 1.1 | 1.1 | 0.9 | 3.2 | 气动粉碎机 | 气动粉碎机+混合器(Hybridizer) |
Ry(μm) | 20.6 | 20.6 | 20.6 | 35.6 | 20.6 | 20.6 | 9.0 | 43.5 | ||
Rz(μm) | 12.3 | 12.3 | 12.3 | 21.3 | 12.3 | 12.3 | 6.4 | 35.4 | ||
入口T1(℃) | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | ||
出口T2(℃) | 55 | 30 | 50 | 46 | 33 | 48 | 53 | 31 | ||
ΔT(=T2-T1) | 65 | 40 | 60 | 56 | 43 | 58 | 63 | 41 | ||
旋转速度(m/sec) | 144 | 90 | 120 | 155 | 135 | 115 | 150 | 90 | ||
转子/定子间隙(mm) | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.0 | ||
特性Mw(×104) | 4.9 | 13.2 | 14.8 | 13.5 | 13.2 | 13.2 | 4.7 | 13.2 | 14.8 | 14.8 |
Mn(×104) | 0.57 | 0.85 | 0.95 | 0.88 | 0.85 | 0.85 | 0.55 | 0.85 | 0.95 | 0.95 |
Mp(×104) | 0.78 | 1.1 | 1.57 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 0.79 | 1.1 | 1.63 | 1.64 |
Tg(℃) | 58.0 | 59.3 | 60.2 | 59.3 | 59.3 | 59.3 | 57.7 | 59.3 | 60.5 | 60.5 |
D4(μm)=X | 10.8 | 10.2 | 7.3 | 9.5 | 5.8 | 11.3 | 6.9 | 7.1 | 7.0 | 8.5 |
WH1/2=y | 14.3 | 12.5 | 7.2 | 10.8 | 4.2 | 14.9 | 5.9 | 5.8 | 6.5 | 10.1 |
Tabs·max(℃) | 100.0 | 141.0 | 128.0 | 140/126 | 127.0 | 139.0 | 99.0 | 142.0 | 128.0 | 127.0 |
Carr’s指数(溢流) | 87.0 | 86.0 | 86.0 | 82.0 | 84.5 | 87.0 | 83.0 | 84.0 | 86.0 | 79.0 |
Carr’s指数(流动) | 75.0 | 76.0 | 70.5 | 63.5 | 73.0 | 61.0 | 70.5 | 66.0 | 72.0 | 74.0 |
Qd(μC/g) | -43.7 | -24.3 | -29.3 | -31.2 | -28.6 | -25.5 | -30.6 | -32.4 | -26.5 | -40.3 |
5.3×X | 57.2 | 54.1 | 38.7 | 50.4 | 30.7 | 59.9 | 36.6 | 37.6 | 37.1 | 45.1 |
截出百分数 | 60.3 | 61.3 | 32.8 | 44.3 | 34.5 | 62.1 | 13.5 | 46.2 | 11.5 | 19.4 |
Ci≥0.900(%N) | 98.3 | 93.5 | 95.7 | 93.2 | 92.7 | 92.9 | 98.1 | 91.8 | 89.4 | 93.5 |
Ci≥0.950(%N) | 78.6 | 62.7 | 71.2 | 59.8 | 83.9 | 60.5 | 69.2 | 72.3 | 66.8 | 66.3 |
exp5.51×X0.645 | - | - | 68.6 | 57.9 | - | - | 71.1 | - | 70.4 | 62.2 |
exp5.37×X0.545 | 58.7 | 60.6 | - | - | 82.4 | 57.3 | - | 73.8 | - | - |
分离的铁颗粒(每10000个调色剂颗粒) | 128 | 283 | 110 | 330 | 190 | 105 | 72 | 360 | 418 | 85 |
表5:计算Carr’s指数的粉末特性
实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
调色剂号数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
静止角(deg)(分数) | 30(22.5) | 32(21) | 36(19.5) | 38(18) | 28(24) | 33(21) | 35(20) | 38(18) | 30(22.5) |
压缩率(deg)(分数) | 25(15) | 30(12) | 27(12) | 32(9.5) | 26(14.5) | 31(10) | 28(12) | 32(9.5) | 26(14.5) |
刮铲角(deg)(分数) | 27(24) | 34(21) | 30(24) | 29(24) | 32(22) | 25(25) | 30(24) | 29(24) | 29(24) |
粘附力(%)(分数) | 15(12) | 18.2(12) | 20.1(12) | 19.1(12) | 8.9(14. 5) | 12.3(12) | 9.5(14.5) | 19.1(12) | 20.2(12) |
流动性指数(-) | 73.5 | 66 | 67.5 | 62.5 | 75 | 68 | 70.5 | 62.5 | 73 |
流动性分数 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
下落角度(deg)(分数) | 18(24) | 20(22.5) | 22(21) | 23(21) | 17(24) | 19(24) | 22(21) | 23(21) | 20(22.5) |
角度差(deg)(分数) | 13(12) | 12(12) | 15(15) | 17(16) | 14(14.5) | 12(12) | 16(16) | 17(16) | 12(12) |
分散性指数(deg)(分数) | 55(25) | 52(25) | 41(21) | 38(21) | 35(20) | 46(24) | 48(24) | 38(21) | 52(25) |
溢流性指数 | 86 | 84.5 | 82 | 83 | 83.5 | 85 | 86 | 83 | 84.5 |
表5:(续)
实施例 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 对比实施例1 | 对比实施例2 | 对比实施例3 | 对比实施例4 |
调色剂号数 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
静止角(deg)(分数) | 28(24) | 32(21) | 35(20) | 37(18) | 30(22.5) | 38(18) | 30(22.5) | 38(18) | 29(24) | 31(22) |
压缩率(deg)(分数) | 26(14.5) | 19(18) | 28(12) | 32(9.5) | 26(14.5) | 33(7) | 25(15) | 28(12) | 30(12) | 18(18) |
刮铲角(deg)(分数) | 32(22) | 31(22.5) | 30(24) | 29(24) | 29(24) | 28(24) | 34(21) | 29(24) | 27(24) | 32(22) |
粘附力(%)(分数) | 8.9(14.5) | 9.5(14.5) | 9.5(14.5) | 18.3(12) | 20.2(12) | 12.5(12) | 18.3(12) | 17.8(12) | 19.9(12) | 18.1(12) |
流动性指数(-) | 75 | 76 | 70.5 | 63.5 | 73 | 61 | 70.5 | 66 | 72 | 74 |
流动性分数 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
下落角度(deg)(分数) | 23(21) | 19(24) | 22(21) | 18(24) | 20(22.5) | 23(21) | 20(22.5) | 22(21) | 18(24) | 19(24) |
角度差(deg)(分数) | 17(16) | 13(12) | 16(16) | 16(16) | 13(12) | 17(16) | 14(14.5) | 18(17) | 13(12) | 12(12) |
分散性指数(deg)(分数) | 54(25) | 53(25) | 48(24) | 48(24) | 53(25) | 54(25) | 41(21) | 38(21) | 56(25) | 32(18) |
溢流性指数 | 87 | 86 | 86 | 82 | 84.5 | 87 | 83 | 84 | 86 | 79 |
表6:在NT/NH(23℃/65%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
1 | 1.47 | 0.9 | 1.45 | 1.0 | 1.42 | 1.0 |
2 | 1.48 | 0.6 | 1.46 | 0.9 | 1.43 | 0.9 |
3 | 1.45 | 0.8 | 1.43 | 1.0 | 1.40 | 1.0 |
4 | 1.46 | 1.0 | 1.45 | 1.2 | 1.42 | 1.1 |
5 | 1.44 | 0.7 | 1.42 | 0.8 | 1.40 | 0.7 |
6 | 1.49 | 1.1 | 1.47 | 1.2 | 1.43 | 1.1 |
7 | 1.43 | 0.6 | 1.40 | 0.8 | 1.39 | 0.7 |
8 | 1.41 | 1.0 | 1.40 | 1.3 | 1.38 | 1.2 |
9 | 1.41 | 1.2 | 1.41 | 1.4 | 1.40 | 1.3 |
10 | 1.42 | 0.8 | 1.40 | 1.0 | 1.40 | 1.0 |
11 | 1.43 | 0.6 | 1.41 | 0.9 | 1.41 | 0.8 |
12 | 1.40 | 1.3 | 1.40 | 1.4 | 1.38 | 1.3 |
13 | 1.43 | 1.0 | 1.42 | 1.2 | 1.40 | 1.1 |
14 | 1.44 | 1.5 | 1.44 | 1.6 | 1.43 | 1.5 |
15 | 1.45 | 1.0 | 1.45 | 1.2 | 1.43 | 1.2 |
对比实施例1 | 1.41 | 0.8 | 1.40 | 1.5 | 1.36 | 1.5 |
对比实施例2 | 1.40 | 1.7 | 1.37 | 2.1 | 1.33 | 2.0 |
对比实旋例3 | 1.41 | 1.6 | 1.35 | 1.8 | 1.31 | 1.7 |
对比实施例4 | 1.42 | 0.9 | 1.38 | 1.3 | 1.36 | 1.3 |
表7:在NT/NH(30℃/80%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
1 | 1.46 | 0.8 | 1.41 | 0.9 | 1.39 | 0.9 |
2 | 1.49 | 0.5 | 1.48 | 0.6 | 1.48 | 0.6 |
3 | 1.45 | 0.7 | 1.4 | 0.9 | 1.37 | 0.9 |
4 | 1.48 | 1.1 | 1.46 | 1.1 | 1.45 | 1.0 |
5 | 1.45 | 0.6 | 1.44 | 0.9 | 1.40 | 0.8 |
6 | 1.48 | 0.9 | 1.46 | 1.1 | 1.45 | 1 |
7 | 1.42 | 0.5 | 1.40 | 0.8 | 1.36 | 0.7 |
8 | 1.4 | 0.9 | 1.39 | 1.0 | 1.37 | 1.0 |
9 | 1.41 | 1.1 | 1.38 | 1.1 | 1.35 | 1.0 |
10 | 1.44 | 0.7 | 1.42 | 0.8 | 1.41 | 0.8 |
11 | 1.43 | 0.5 | 1.40 | 0.7 | 1.38 | 0.8 |
12 | 1.41 | 1.2 | 1.37 | 1.2 | 1.36 | 1.1 |
13 | 1.42 | 0.9 | 1.39 | 1.3 | 1.33 | 1.4 |
14 | 1.44 | 1.4 | 1.41 | 1.3 | 1.34 | 1.2 |
15 | 1.47 | 0.9 | 1.43 | 1.5 | 1.38 | 1.4 |
对比实施例1 | 1.41 | 0.6 | 1.37 | 0.9 | 1.32 | 0.8 |
对比实施例2 | 1.41 | 1.5 | 1.33 | 1.8 | 1.28 | 1.8 |
对比实施例3 | 1.4 | 0.9 | 1.35 | 1.2 | 1.26 | 1.1 |
对比实施例4 | 1.42 | 0.8 | 1.32 | 1.1 | 1.29 | 1.0 |
表8:在LT/LH(15℃/10%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
1 | 1.45 | 1.2 | 1.38 | 1.5 | 1.38 | 1.5 |
2 | 1.47 | 0.9 | 1.47 | 1.1 | 1.47 | 1.0 |
3 | 1.44 | 1.8 | 1.39 | 2.2 | 1.39 | 2.0 |
4 | 1.44 | 1.1 | 1.40 | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
5 | 1.46 | 1.9 | 1.45 | 2 | 1.45 | 1.8 |
6 | 1.4 | 1.5 | 1.39 | 1.6 | 1.39 | 1.6 |
7 | 1.45 | 1.9 | 1.45 | 2.1 | 1.44 | 2 |
8 | 1.43 | 1.9 | 1.40 | 2.2 | 1.38 | 2.2 |
9 | 1.42 | 0.9 | 1.41 | 1.5 | 1.38 | 1.5 |
10 | 1.40 | 1.3 | 1.39 | 2.1 | 1.39 | 2.1 |
11 | 1.44 | 2.4 | 1.39 | 2.5 | 1.39 | 2.5 |
12 | 1.45 | 2.4 | 1.45 | 2.5 | 1.44 | 2.5 |
13 | 1.40 | 2.5 | 1.38 | 2.5 | 1.37 | 2.4 |
14 | 1.43 | 1.9 | 1.40 | 2.3 | 1.38 | 2.2 |
15 | 1.4 | 1.5 | 1.37 | 2.6 | 1.35 | 2.6 |
对比实施例1 | 1.41 | 3.2 | 1.28 | 4.0 | 1.28 | 3.9 |
对比实施例2 | 1.38 | 3.5 | 1.36 | 4.2 | 1.35 | 4.1 |
对比实施例3 | 1.37 | 2.0 | 1.33 | 3.1 | 1.32 | 3.0 |
对比实施例4 | 1.35 | 2.8 | 1.30 | 3.5 | 1.29 | 3.4 |
表9:转印效率
实施例 | 初始阶段Ti(%) | 10000张后Tf(%) | 改变Ti-Tf(%) |
1 | 91.2 | 89.8 | 1.4 |
2 | 92.1 | 91.3 | 0.8 |
3 | 90.8 | 89.2 | 1.6 |
4 | 92.4 | 91.8 | 0.6 |
5 | 91.3 | 90.4 | 0.9 |
6 | 91.8 | 91.1 | 0.7 |
7 | 95.3 | 94.3 | 1.0 |
8 | 96.3 | 94.8 | 1.5 |
9 | 95.2 | 93.9 | 1.3 |
10 | 96.8 | 95.1 | 1.7 |
11 | 90.2 | 86.8 | 3.4 |
12 | 90.5 | 88.2 | 2.3 |
13 | 88.2 | 86.2 | 2.0 |
14 | 87.4 | 85.2 | 2.2 |
15 | 90.3 | 88.4 | 1.9 |
对比实施例1 | 92.3 | 87.7 | 4.6 |
对比实施例2 | 87.5 | 80.8 | 6.7 |
对比实施例3 | 88.2 | 80.3 | 7.9 |
对比实施例4 | 90.8 | 85.1 | 2.2 |
表10:图像质量
实施例 | 消耗(mg/张) | 图像密度 | 线宽(μm) | 点 | 后拖 |
1 | 33 | 1.50 | 440 | A | A |
2 | 37 | 1.47 | 430 | A | A |
3 | 41 | 1.46 | 420 | A | C |
4 | 45 | 1.42 | 440 | A | A |
5 | 34 | 1.43 | 390 | A | A |
6 | 38 | 1.45 | 410 | A | A |
7 | 44 | 1.48 | 420 | A | B |
8 | 45 | 1.44 | 440 | A | B |
9 | 43 | 1.46 | 420 | B | A |
10 | 48 | 1.48 | 410 | A | A |
11 | 36 | 1.43 | 400 | C | B |
12 | 35 | 1.42 | 380 | A | C |
13 | 44 | 1.44 | 400 | C | A |
14 | 46 | 1.41 | 380 | A | C |
15 | 42 | 1.40 | 390 | C | B |
对比实施例1 | 56 | 1.46 | 330 | D | D |
对比实施例2 | 44 | 1.37 | 370 | D | E |
对比实施例3 | 31 | 1.21 | 310 | D | E |
对比实施例4 | 44 | 1.40 | 530 | D | D |
表11:通过使用包括注入充电系统的操作盒的图像质量
实施例 | 消耗(mg/张) | 图像密度 | 线宽(μm) | 点 | 后拖 |
16 | 34 | 1.47 | 430 | A | A |
17 | 36 | 1.5 | 420 | A | A |
18 | 37 | 1.41 | 440 | A | B |
19 | 31 | 1.43 | 370 | C | C |
20 | 38 | 1.42 | 390 | A | B |
实施例21
粘合剂树脂B 100份
磁性氧化铁颗粒(3) 90份
蜡(c) 4份
充电控制剂A 2份
(偶氮铁络合物)
在Hensche1混合器中预混合上述组分,通过双螺杆挤压机在130℃下熔融捏合。通过切割粉碎机将熔融捏合的产品粗粉碎至小于1mm。
将由此形成的粗粉碎材料(作为粉状进料)供给机械粉碎机301(如图2和3所示)进行粉碎,通过多段分级器1(图2和6)将粉碎的材料分级,得到重均粒径(D4)为6.5μm的磁性调色剂颗粒。
用于该实施例中的机械粉碎机301包括转子314和定子310,两者的粉碎表面已经经受了作为耐磨处理的渗氮处理。处理的表面显示出中心线平均粗糙度(Ra)为5.9μm,最大粗糙度(Ry)为32.4μm和10点平均粗糙度(Rz)为21.4μm。为了粉碎,转子314以117m/s的周速旋转,以和转子314的间隙为1.3mm安装定子310。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是42℃。
将100重量份上述获得的磁性调色剂颗粒和用15wt.%六甲基二硅氮烷和15wt.%二甲基硅氧烷疏水处理(hydrohobization)后获得的可充负电荷的疏水二氧化硅(SBET=120m2/g,甲醇润湿性(HMeOH)为80%)外部混合,由此获得磁性调色剂No.16。
磁性调色剂No.16的调色剂描述、粉碎条件和一些物理特性示于表12和13中,Ci(圆形度)≥0.950(=Y)的颗粒数%和重量粒径(D4=x)之间的关系示于图25中,以及那些在实施例和比较实施例中制备的磁性调色剂的结果在下面出现。
以和实施例1相同的方式评价调色剂No.16的成像性能和转印性。结果和下面实施例以及对比实施例的结果示于表14-16中。
实施例22
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.17,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至125m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是37℃。
实施例23
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.18,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至150m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是63℃。
实施例24
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.19,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至114m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是45℃。
实施例25
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.20,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至115m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是40℃。
实施例26
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.21,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至144m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是60℃。
实施例27
以和实施例21相同的方式制备磁性调色剂No.22,除了使用如表12所示的调色剂配方和改变机械粉碎机中的转子周速至90m/s。进口温度T1是-10℃,出口温度T2是30℃。
对比实施例5
以和实施例21相同的方式制备对比磁性调色剂No.(v),除了使用如表12所示的调色剂配方和通过使用表面已进行了表面和抗磨的渗氮处理的、粗糙度Ra=1.8μm,Ry=13.5μm和Rz=9.8μm的转子和定子进行粉碎步骤外,同时以周速150m/s,和与定子的间隙为1.3mm的旋转转子,以便T1=-10℃,T2=63℃。
对比实施例6
以和实施例1相同的方式制备对比磁性调色剂No.(vi),除了使用如表4所示的调色剂配方和通过使用表面已进行了表面和抗磨的渗氮处理、粗糙度Ra=12.3μm,Ry=70.8μm和Rz=41.3μm的转子和定子进行粉碎步骤外,同时以周速90m/s,和与定子的间隙为1.0mm的旋转转子,以便T1=-10℃,T2=31℃。
对比实施例7
以和实施例21相同的方式制备对比磁性调色剂No.(vii),除了使用如表12所示的调色剂配方和通过使用碰撞型气动粉碎机进行粉碎步骤。
对比实施例8
以和实施例21相同的方式制备对比磁性调色剂No.(viii),除了使用如表12所示的调色剂配方和通过使用碰撞型气动粉碎机进行粉碎步骤,通过使用混合器(hybridizer),使分级的调色剂颗粒进一步经受颗粒形状和表面特性的改进。
上述实施例和对比实施例的结果示于表14-17和图25-26中。
表12:调色剂配方、物理特性和粉碎条件
实施例 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 对比实施例5 | 对比实施例6 | 对比实施例7 | 对比实施例8 |
调色剂号数 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | (v) | (vi) | (vii) | (viii) |
组合物 粘合剂树脂 | B | A | D | A | C | B | D | C | D | A | A |
电荷控制荆 | A | C | B | A | C | C | B | B | C | A | A |
蜡 | C | e | d | b | a | b | e | e | a | b | b |
磁性 | 3 | 1 | 4 | 5 | 7 | 2 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
转子/定子粗糙度 | 气动粉碎机 | 气动粉碎机+混合器(Hybridizer) | |||||||||
Ra(μm) | 5.9 | 5.9 | 5.9 | 5.9 | 6.9 | 5.9 | 5.9 | 1.8 | 12.3 | ||
Ry(μm) | 32.4 | 32.4 | 32.4 | 32.4 | 32.4 | 32.4 | 32.4 | 13.5 | 70.8 | ||
Rz(μm) | 21.4 | 21.4 | 21.4 | 21.4 | 21.4 | 21.4 | 21.4 | 9.8 | 41.3 | ||
进口T1(℃) | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | -10 | ||
出口T2(℃) | 42 | 37 | 63 | 45 | 40 | 60 | 30 | 63 | 31 | ||
ΔT(=T2-T1) | 52 | 47 | 73 | 55 | 50 | 70 | 40 | 73 | 41 | ||
旋转速度(m/sec) | 117 | 125 | 150 | 114 | 115 | 144 | 90 | 150 | 90 | ||
转子/定子间隙(mm) | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | ||
特性Mw(×104) | 15.2 | 14.8 | 12.8 | 14.7 | 4.9 | 15.1 | 12.9 | 4.7 | 13.2 | 14.8 | 14.8 |
Mn(×104) | 0.69 | 0.95 | 0.81 | 0.95 | 0.57 | 0.72 | 0.84 | 0.56 | 0.85 | 0.95 | 0.95 |
Tg(℃) | 59.7 | 60.2 | 59.2 | 60.0 | 57.8 | 59.8 | 59.3 | 57.7 | 59.3 | 60.5 | 60.5 |
D4(μm)=X | 6.8 | 6.9 | 5.5 | 6.6 | 11.2 | 8.5 | 10.2 | 6.9 | 7.1 | 7.0 | 8.5 |
%N(≤4μm) | 20.3 | 20.6 | 34.6 | 21.4 | 2.3 | 6.7 | 1.9 | 20.5 | 17.6 | 18.2 | 4.7 |
%V(≥10.1μm) | 2.1 | 2.0 | 0.6 | 2.2 | 52.8 | 30.7 | 51.6 | 1.8 | 2.1 | 1.9 | 31.5 |
外部添加剂(重量份)疏水二氧化硅 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
钛酸锶 | 1.0 | 0.8 | 0.8 | 2.0 | 0.4 | 2.4 | 2.4 | 0.8 | 2.0 | 1.0 | 1.0 |
5.3×X | 36.0 | 36.6 | 29.2 | 35.0 | 59.4 | 45.1 | 54.1 | 36.6 | 37.6 | 37.1 | 45.1 |
截出百分数 | 12.1 | 14.0 | 11.7 | 39.5 | 30.6 | 47.2 | 60.1 | 12.8 | 45.4 | 10.7 | 19.6 |
Ci≥0.900(%N) | 95.8 | 95.3 | 92.5 | 96.6 | 91.2 | 95.9 | 93.8 | 97.8 | 92.3 | 89.7 | 93.4 |
Ci≥0.950(%N) | 78.4 | 75.6 | 85.3 | 80.3 | 55.2 | 70.3 | 62.5 | 68.9 | 72.1 | 67.3 | 65.2 |
exp5.51×X0.645 | 71.8 | 71.1 | 82.3 | - | 52.0 | - | - | 71.1 | - | 70.4 | 62.2 |
exp5.37×X0.545 | - | - | - | 76.8 | - | 66.9 | 60.6 | - | 73.8 | - | - |
分离的铁颗粒(每10000个调色剂颗粒) | 110 | 145 | 245 | 130 | 220 | 175 | 280 | 65 | 365 | 420 | 87 |
表13:调色剂特性
实施例 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 对比实施例5 | 对比实施例6 | 对比实施例7 | 对比实施例8 |
调色剂号数 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | (v) | (vi) | (vii) | (viii) |
Mp(×104) | 1.42 | 1.58 | 1.0 | 1.61 | 0.79 | 1.39 | 1.12 | 0.78 | 1.09 | 1.60 | 1.60 |
WH1/2=y | 6.0 | 5.8 | 3.1 | 5.3 | 14.9 | 9.3 | 13.0 | 6.6 | 6.8 | 5.9 | 10.3 |
Tabs·max(℃) | 77 | 104 | 105 | 126 | 141 | 129 | 103 | 102 | 138 | 126 | 125 |
Carr’s指数(溢流) | 83 | 85 | 82 | 84.5 | 87.0 | 85.0 | 82.5 | 87.0 | 75 | 79 | 81 |
Carr’s指数(流动) | 63.5 | 75.5 | 63.0 | 63.5 | 73.0 | 68.0 | 67.5 | 61.0 | 58 | 60 | 59 |
Qd(μC/g) | -33.1 | -29.6 | -31.9 | -32.5 | -28.5 | -26.8 | -40.1 | -35.2 | -29.6 | -31.8 | -42.5 |
表14:在NT/NH(23℃/65%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
21 | 1.45 | 1.0 | 1.43 | 1.1 | 1.41 | 0.9 |
22 | 1.48 | 0.8 | 1.46 | 1.0 | 1.45 | 1.0 |
23 | 1.45 | 0.8 | 1.42 | 1.1 | 1.42 | 1.0 |
24 | 1.47 | 1.1 | 1.45 | 1.2 | 1.45 | 1.0 |
25 | 1.44 | 0.7 | 1.41 | 0.9 | 1.40 | 0.9 |
26 | 1.47 | 1.2 | 1.45 | 1.3 | 1.43 | 1.2 |
27 | 1.41 | 0.8 | 1.40 | 0.8 | 1.40 | 0.7 |
对比实施例5 | 1.40 | 1.2 | 1.38 | 1.3 | 1.34 | 1.2 |
对比实施例6 | 1.39 | 1.6 | 1.37 | 1.7 | 1.36 | 1.8 |
对比实施例7 | 1.40 | 0.8 | 1.37 | 1.2 | 1.33 | 1.0 |
对比实施例8 | 1.41 | 0.7 | 1.35 | 1.1 | 1.31 | 1.0 |
表15:在NT/NH(30℃/80%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
21 | 1.46 | 0.8 | 1.41 | 0.9 | 1.39 | 0.9 |
22 | 1.49 | 0.5 | 1.48 | 0.6 | 1.48 | 0.6 |
23 | 1.45 | 0.7 | 1.40 | 0.9 | 1.39 | 0.9 |
24 | 1.48 | 1.1 | 1.46 | 1.1 | 1.45 | 1.0 |
25 | 1.45 | 0.6 | 1.44 | 0.9 | 1.42 | 0.8 |
26 | 1.48 | 1.2 | 1.46 | 1.4 | 1.45 | 1.4 |
27 | 1.42 | 0.5 | 1.40 | 0.8 | 1.38 | 0.7 |
对比实施例5 | 1.41 | 0.6 | 1.37 | 0.9 | 1.32 | 0.8 |
对比实施例6 | 1.41 | 1.5 | 1.33 | 1.8 | 1.28 | 1.8 |
对比实施例7 | 1.40 | 0.9 | 1.35 | 1.2 | 1.26 | 1.1 |
对比实施例8 | 1.42 | 0.8 | 1.32 | 1.1 | 1.29 | 1.0 |
表16:在LT/LH(15℃/10%RH)下的成像性能
实施例 | 初始阶段 | 15000张纸后 | 放置1天后 | |||
图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | 图像密度 | 灰雾 | |
21 | 1.45 | 1.2 | 1.38 | 1.5 | 1.38 | 1.5 |
22 | 1.47 | 0.9 | 1.47 | 1.1 | 1.47 | 1.0 |
23 | 1.44 | 1.3 | 1.39 | 1.6 | 1.39 | 1.6 |
24 | 1.46 | 2.2 | 1.45 | 2.5 | 1.45 | 2.5 |
25 | 1.44 | 1.1 | 1.40 | 1.4 | 1.40 | 1.4 |
26 | 1.45 | 2.4 | 1.45 | 2.5 | 1.44 | 2.5 |
27 | 1.40 | 1.5 | 1.39 | 1.6 | 1.39 | 1.6 |
对比实施例5 | 1.41 | 3.2 | 1.28 | 4.0 | 1.28 | 3.9 |
对比实施例6 | 1.38 | 3.5 | 1.36 | 4.2 | 1.35 | 4.1 |
对比实施例7 | 1.37 | 2.0 | 1.33 | 3.1 | 1.32 | 3.0 |
对比实施例8 | 1.35 | 2.8 | 1.30 | 3.5 | 1.29 | 3.4 |
表17:转印效率
实施例 | 初始阶段Ti(%) | 10000张后Tf(%) | 改变Ti-Tf(%) |
21 | 91.2 | 89.8 | 1.4 |
22 | 92.1 | 91.3 | 0.8 |
23 | 90.8 | 89.2 | 1.6 |
24 | 92.4 | 91.8 | 0.6 |
25 | 90.5 | 88.2 | 2.3 |
26 | 91.8 | 91.1 | 0.7 |
27 | 92.3 | 91.5 | 0.8 |
对比实施例5 | 92.3 | 90.7 | 1.6 |
对比实施例6 | 87.5 | 80.8 | 6.7 |
对比实施例7 | 88.2 | 80.3 | 7.9 |
对比实施例8 | 90.8 | 85.1 | 2.2 |
Claims (52)
1.一种干磁性调色剂,包括每个颗粒包含至少粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒的磁性调色剂颗粒;其中每10,000个调色剂颗粒存在100-350含铁分离颗粒;
所述调色剂具有重均颗粒大小X为5-12μm;并对于其中的3μm或更大颗粒,至少含有90%(以数目计)的满足根据下式(1)的圆形度Ci低于0.900的颗粒,
Ci=L0/L …(1)其中L表示单个颗粒的投影图像的周长,和L0表示给出相同面积作为投影图像的圆的周长;和
该调色剂或满足;
(a)(i)通过以下所示的公式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(2):
Z≤5.3×X …(2),
Z=(1-B/A)×100 …(3),其中A表示总颗粒数和B表示颗粒大小为3μm或更大的颗粒数,和(ii)调色剂含有的在3μm或更大颗粒中Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y(%)满足;
Y≥X-0.645×exp5.51 …(4),
或该调色剂满足
(b)(iii)由上式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(5):
Z>5.3×X …(5)和在3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的颗粒的百分数Y(%)满足;
Y≥X0.545×exp5.37 …(6)。
2.根据权利要求1的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒具有由氧化物或/和氢氧化物形成的表面。
3.按照权利要求1的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒具有最多20%的疏水性。
4.根据权利要求1的调色剂,其中包含在每100重量份粘合剂树脂中的所述磁性氧化铁颗粒的量为20-200重量份。
5.根据权利要求1的调色剂,其中磁性氧化铁颗粒含有基于铁的0.05-10wt%的非铁元素。
6.根据权利要求5的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒含有基于铁的0.4-2.0wt%的Si,和在它们的最远表面,Fe/Si比率为1.2-7.0。
7.根据权利要求6的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒的Fe/Si比率为1.2-4.0。
8.根据权利要求1的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒具有0.3-0.8的光滑度。
9.根据权利要求1的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒具有至多15.0m2/g的BET比表面积。
10.根据权利要求5的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒含有基于铁的0.01-2.0wt%的铝。
11.根据权利要求10的调色剂,其中所述磁性氧化铁颗粒在其最远表面具有0.3-10.0的Fe/Al比率。
12.根据权利要求1的调色剂,其中所述粘合剂树脂具有羧基或羧酸酐基团,和具有1-100mgKOH/g酸值。
13.根据权利要求12的调色剂,其中所述粘合剂树脂的羧基或羧酸酐基团源自于至少一种选自马来酸、马来酸半酯和马来酸酐的酸单体。
14.根据权利要求12的调色剂,其中所述粘合剂树脂包含苯乙烯共聚物。
15.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂颗粒进一步含有电荷控制剂。
17.根据权利要求15的调色剂,其中所述电荷控制剂为由(II)表示的碱式有机金属化合物:
其中M代表选自Cr、Co、Ni、Mn、Fe、Ti、Zr、Zn、Si、B和Al的配位中心金属;Ar代表能够有取代基的芳香基,所述取代基选自硝基、卤素、羧基、N-酰苯胺、和具有1-18个碳原子的烷基和烷氧基;Z代表-O-或-CO-O-;和A代表氢离子、钠离子、钾离子、铵或脂肪族铵离子或这些离子的混合物。
18.根据权利要求15的调色剂,其中所述电荷控制剂为由下式(III)表示的偶氮铁络合物:其中X1和X2独立地代表氢、1-18个碳原子的烷基、1-18个碳原子的烷氧基、硝基或卤素,m和m’代表1-3的整数;Y1和Y3独立地代表氢、1-18个碳原子的烷基、2-18个碳原子的烯基、磺酰氨、甲磺酰基、磺酸、羧基酯、羟基、1-18个碳原子的烷氧基、乙酰氨基、苯酰氨基或卤素,n和n’代表1-3的整数;Y2和Y4独立地代表氢或硝基;和A代表铵离子、氢离子、钠离子或钾离子,或这些离子的混合物。
20.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂颗粒进一步含有0.2-20重量份的释放剂/100重量份所述粘合剂树脂。
21.根据权利要求1的调色剂,其中释放剂熔点为65-160℃。
22.根据权利要求1的调色剂,其中每10,000个调色剂颗粒存在100-300含铁分离颗粒,和所述磁性氧化铁颗粒具有由氧化物或/和氢氧化物形成的表面。
23.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂含有四氢呋喃可溶成份,根据凝胶渗透色谱法,该成份表现出主峰在2,000-25,000的分子量区域的分子量分布。
24.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂含有四氢呋喃可溶成份,根据凝胶渗透色谱法,该成份表现出主峰在2,000-25,000的分子量区域的分子量分布。
25.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数大于80。
26.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏流动性指数大于60。
27.根据权利要求25的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数为81-89。
28.根据权利要求26的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏流动性指数为61-79。
29.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数大于80,和卡尔氏流动性指数大于60。
30.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数为81-89,和卡尔氏流动性指数为61-79。
31.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数大于80。
32.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏流动性指数大于60。
33.根据权利要求31的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数为81-89。
34.根据权利要求32的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏流动性指数为61-79。
35.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数大于80,和卡尔氏流动性指数为大于60。
36.根据权利要求22的调色剂,其中所述调色剂的卡尔氏溢出指数为81-89,和卡尔氏流动性指数为61-79。
37.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂根据库尔特计数法,表现出256道数目基颗粒大小分布提供峰颗粒大小x和峰的半值宽度y满足下式:
2.06x-9.113≤y≤2.06x-7.341。
38.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂表现出相对于铁粉载体的摩擦起电性|Qd|(μC/g)的绝对值满足70≥|Qd|≥20。
39.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂根据DSC的吸热曲线表现出最大吸热峰温度Tmax为60-120℃。
40.根据权利要求39的调色剂,其中所述吸热曲线也表现出次吸热峰温度Tsub在60-160℃范围内并满足;
|Tmax-Tsub|≥20℃
41.根据权利要求1的调色剂,其中所述调色剂的重均颗粒大小为5-10μm。
42.根据权利要求1的调色剂,其中所述含铁分离颗粒包括平均颗粒大小为0.1-0.4μm的磁性氧化铁颗粒。
43.根据权利要求1的调色剂,其中所述磁性调色剂颗粒是通过熔融捏合调色剂配料以形成熔融捏合产品、冷却熔融捏合产品、粗粉碎冷却的捏合产品得到压碎的产品、和用机械粉碎机粉碎压碎的产品得到的,所述调色剂配料至少包括粘合剂树脂、磁性氧化铁颗粒和蜡。
44.一种成像方法,包括以下步骤:
用干磁性调色剂显影形成于载像元件上的静电图像以在其上形成调色剂图像,
通过或不通过中间转印元件将调色剂图像转印至转印材料上,和
在施加热和压力下将调色剂图像定影在转印材料上,
其中所述干磁性调色剂包括:每个颗粒包含至少粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒的磁性调色剂颗粒;每10,000个调色剂颗粒存在100-350含铁分离颗粒;
所述调色剂具有5-12μm的重均颗粒大小X;并对于其中的3μm或更大颗粒,至少含有90%数目的满足根据下式(1)的圆形度低于0.900的颗粒,
Ci=L0/L …(1)
其中L表示单个颗粒的投影图像的周长,和L0表示给出相同面积作为投影图像的圆的周长;和
该调色剂或满足;
(a)(i)通过以下所示的公式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(2):
Z≤5.3×X …(2),
Z=(1-B/A)×100 …(3),
其中A表示总颗粒数和B表示颗粒大小为3μm或更大的颗粒数,和(ii)调色剂含有的在3μm或更大颗粒中Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y(%)满足;
Y≥X-0.645×exp5.51 …(4),
或该调色剂满足
(b)(iii)由上式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(5):
Z>5.3×X …(5)和在3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的颗粒的百分数Y(%)满足;
Y≥X-0.545×exp5.37 …(6)。
45.根据权利要求44的方法,其中所述载像元件通过接触起电装置充电,然后曝光,以数字潜像形成静电图像;用保留在显影装置中的干磁性调色剂显影数字潜像以在载像元件上形成调色剂图像;和通过向接触转印装置输入转印偏压和对转印材料施压,将载像元件上调色剂图像转印至转印材料上。
46.根据权利要求45的方法,其中所述显影装置包括将磁场产生装置封闭其中的显影套筒,和为在显影套筒上形成磁性调色剂层设置的弹性刮片。
47.根据权利要求44的方法,其中所述载像元件是通过按照注入充电模式的接触起电装置充电的,和显影装置含有从外部与调色剂颗粒混合的导电细粉。
48.根据权利要求44的方法,其中所述干磁性调色剂为根据权利要求2-43中任一项的干磁性调色剂。
49.一种操作盒,包括:载像元件、和含有为显影形成于载像元件上的静电图像的干磁性调色剂的显影装置,所述载像元件和显影装置总体支撑以形成操作盒,该操作盒是可分离地装到成像装置的主件上,
其中所述干磁性调色剂包括:每个颗粒包含至少粘合剂树脂和磁性氧化铁颗粒的磁性调色剂颗粒;其中每10,000个调色剂颗粒存在100-350含铁分离颗粒;
所述调色剂具有5-12μm的重均颗粒大小X;并对于其中的3μm或更大颗粒,至少含有90%以数目计的满足根据下式(1)的圆形度低于0.900的颗粒,
Ci=L0/L …(1)
其中L表示单个颗粒的投影图像的周长,和L0表示给出相同面积作为投影图像的圆的周长;和
该调色剂或满足:
(a)(i)通过以下所示的公式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(2):
Z≤5.3×X …(2),
Z=(1-B/A)×100 …(3),
其中A表示总颗粒数和B表示颗粒大小为3μm或更大的颗粒数,和(ii)调色剂含有的在3μm或更大颗粒中Ci≥0.950的颗粒的数基百分数Y(%)满足:
Y≥X-0.645×exp5.51 …(4),
或该调色剂满足
(b)(iii)由上式(3)确定的截出百分数Z满足与重均颗粒大小X有关的下式(5):
Z>5.3×X …(5)和在3μm或更大的颗粒中Ci≥0.950的颗粒的百分数Y(%)满足:
Y≥X-0.545×exp5.37 …(6)。
50.根据权利要求49的操作盒,其中所述载像元件包括感光鼓。
51.按照权利要求49的操作盒,进一步包括接触起电装置。
52.根据权利要求49的操作盒,其中所述干磁性调色剂是根据权利要求2-43中任一项的干磁性调色剂。
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JP2000228078 | 2000-07-28 |
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