DE102011004720A1

DE102011004720A1 - Toner mit Polyesterharz

Info

Publication number: DE102011004720A1
Application number: DE102011004720A
Authority: DE
Inventors: Rosa M. Duque; Biritawit Asfaw; Daryl W. Vanbesien; Guerino G. Sacripante; Sonja Hadzidedic
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2031-02-26
Also published as: GB2479231B; DE102011004720B4; CA2733137C; US20110223525A1; GB201104028D0; US8431306B2; GB2479231A; BRPI1101285A2; JP5864868B2; CA2733137A1; JP2011186456A

Abstract

Ausführungsformen umfassen einen Toner mit einem Polyesterharz, das sich von Dicarbonsäuren und Diestern in Kombination mit mindestens einem Dial, in Ausführungsformen einem cycloaliphatischen Diol ableitet, einem optionalen kristallinen Harz, einem optionalen Farbmittel und einem optionalen Wachs.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Polyesterharze umfassende Toner und in Ausführungsformen durch Emulsion-Aggregation(EA)- und Koaleszenzverfahren hergestellte Toner. Die Toner hier sind in Ausführungsformen umweltfreundlich, da sie nicht den endokrin wirksamen Störfaktor Bisphenol A verwenden. Die Toner hierin verfügen in Ausführungsformen über verbesserte Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnisse und weisen in Ausführungsformen eine stabile Aufladung und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber relativer Luftfeuchtigkeit (RH, relative humidity) auf.
Emulsion-Aggregation/Koaleszenzverfahren für die Herstellung von Tonern werden in einer Reihe von Patenten beschrieben, wie z. B. in den US-Patenten Nr. 5,290,654 , 5,278,020 , 5,308,734 , 5,370,963 , 5,344,738 , 5,403,693 , 5,418,108 , 5,364,729 und 5,346,797 ; und ebenfalls von Interesse sind vielleicht die US-Patente Nr. 5,348,832 ; 5,405,728 ; 5,366,841 ; 5,496,676 ; 5,527,658 ; 5,585,215 ; 5,650,255 ; 5,650,256 ; 5,501,935 ; 5,723,253 ; 5,744,520 ; 5,763,133 ; 5,766,818 ; 5,747,215 ; 5,827,633 ; 5,853,944 ; 5,804,349 ; 5,840,462 ; 5,869,215 ; 5,863,698 ; 5,902,710 ; 5,910,387 ; 5,916,725 ; 5,919,595 ; 5,925,488 ; 5,977,210 ; 5,994,020 ; 6,020,101 ; 6,130,021 ; 6,120,967 ; 6,628,102 ; 6,664,015 ; 6,780,560 ; 6,818,723 ; 6,824,944 ; 6,830,860 ; 6,849,371 ; 7,208,253 ; 7,329,476 ; 7,402,371 ; 7,416,827 ; 7,425,398 ; 7,442,740 sowie die anhängige US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 2008/0107989.
Bei der Konzeption eines geeigneten Toners werden thermische Eigenschaften berücksichtigt. Toner sollten so konzipiert sein, dass sie dabei helfen, das Auftreten von „Heiß-Offset” zu vermeiden. Das in dem Toner nützliche Harz sollte amorph sein, in Ausführungsformen mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 50°C bis etwa 65°C, in Ausführungsformen von etwa 52°C bis etwa 60°C. Der mittels einer Erweichungspunktapparatur von Mettler gemessene Erweichungspunkt sollte für Anwendungen mit hohem Glanz bei von etwa 108°C bis etwa 112°C liegen und für matte Anwendungen bei mehr als etwa 125°C.
Viele derzeitige auf Polyester basierende Toner leiten sich vom Bisphenol-A-Monomer ab. Bisphenol A wurde als endokrin wirksamer Störfaktor und als möglicherweise karzinogen identifiziert, was zu gesundheitsschädlichen Wirkungen führt. Mehrere europäische Länder sowie Kanada und mehrere US-Staaten haben ein Verbot von Bisphenol A vorgeschlagen oder eingeführt.
Toner, die keine Bisphenol-A-Polyesterharze verwenden, sind bekannt, wie z. B. solche die sich von aliphatischen Glykolen und Terephthalsäuren ableiten. Obwohl diese Harze vielleicht ein geeignetes Schmelzfixierbetriebsverhalten erlauben, können die Toner aufgrund ihrer hydrophilen Natur und dem geringen Kohlenstoff/Sauerstoff(C/O)-Verhältnis ein schlechtes elektrisches Betriebsverhalten aufweisen. Als eine Regel beim Konzipieren von Toner mit einem guten elektrischen Betriebsverhalten ist ein erfolgreiches Modell, das bei Polyesterharzen verwendet wurde, die Berechnung des C/O-Verhältnisses des Harzes. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass bekannte Toner, die auf Bisphenol A und/oder auf Styrol basierende Harze verwendeten, ein C/O-Verhältnis von etwa 4,2 bis 5,5 aufweisen. Diese Toner zeigen eine stabile Aufladung und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber RH. Bisherige Konzepte unter Verwendung von Terephthalat-Glykol-basierten Harzen wiesen ein C/O-Verhältnis von etwa 1,5 bis etwa 2 auf und zeigten schlechte elektrische und RH-Empfindlichkeitsergebnisse.
Es bleibt wünschenswert, Toner zu schaffen, die ein Polyesterharz umfassen, das sich nicht vom endokrin wirksamen Bisphenol A ableitet. Es ist des Weiteren wünschenswert, einen Polyesterharztoner zu schaffen, der eine geeignete Glasübergangstemperatur, einen geeigneten Erweichungspunkt, ein geeignetes C/O-Verhältnis, verbesserte elektrische Eigenschaften und RH-Empfindlichkeit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung schafft Toner sowie Verfahren zur Herstellung der Toner. In Ausführungsformen kann ein Toner der vorliegenden Offenbarung ein Polyesterharz, das sich von einer ersten Komponente wie z. B. Dicarbonsäuren und Diestern in Kombination mit mindestens einem Diol wie z. B. 2,2-Ethylbutyl-1,3-propandiol, 3-Methylpentandiol-(2,4), 2-Methylpentandiol-(1,4), 2,4,4-Trimethylpentandiol, 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3), 2-Ethylhexandiol-(1,3), 2,2-Diethylpropandiol-(1,3), Hexandiol-(1,3), 1,4-Di(hydroxyethoxy)benzol, 2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,2-Bis(3-hydroxyethoxyphenyl)propan, 2,2-Bis(4-hydroxypropoxyphenyl)propan sowie Kombinationen davon ableitet, ein kristallines Harz, ein optionales Farbmittel und ein optionales Wachs umfassen.
In weiteren Ausführungsformen kann ein Toner der vorliegenden Offenbarung ein Polyesterharz, das sich von einer ersten Komponente wie z. B. Dicarbonsäuren und Diestern in Kombination mit mindestens einem Diol wie z. B. 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,4,4-Trimethylpentandiol, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan, 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3) sowie Kombinationen davon ableitet, ein kristallines Harz, ein optionales Farbmittel und ein optionales Wachs umfassen.
In noch weiteren Ausführungsformen kann ein Toner der vorliegenden Offenbarung ein Polyesterharz, das von einer ersten Komponente, wie z. B. Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, Isophthalsäure, Dimethylisophthalat, Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, 2,6-Naphthalindicarbansäure, Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol, Trimellithsäureanhydrid, Dimethylcyclohexan-1,4-dicarboxylat, Dimethyldecalin-2,6-dicarboxylat, Decalindimethanol, Decahydronaphthalan-2,6-dicarboxylat, 2,6-Dihydroxymethyldecahydronaphthalin, Hydrochinon, Hydroxybenzoesäure sowie Kombinationen davon, in Kombination mit mindestens einem Diol wie z. B. 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,4,4-Trimethylpentandiol und Kombinationen davon abgeleitet ist, mindestens ein kristallines Harz der folgenden Formel:
in der b von etwa 5 bis etwa 2000 ist und d von etwa 5 bis etwa 2000 ist, ein optionales Farbmittel und ein optionales Wachs umfassen.
DETAILLERTE BESCHREIBUNG
In Ausführungsformen werden Polyesterharze umfassende Toner offenbart und in Ausführungsformen Toner, die durch herkömmliche Verfahren wie Schmelzpolykondensation sowie durch Emulsion-Aggregation(EA)- und Koaleszenzverfahren hergesteilt wurden. Die Toner hier sind in Ausführungsformen umweltfreundlich, da sie nicht das endokrin wirksame Eisphenol A verwenden. Die Harze hierin verfügen in Ausführungsformen über verbesserte Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnisse und weisen in Ausführungsformen eine stabile Aufladung und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber relativer Luftfeuchtigkeit auf. In Ausführungsformen umfassen die Toner auch ein Wachs.
Harz
Die Toner hierin umfassen ein Harz. Das Harz hierin kann in verschiedenen wirksamen Mengen vorhanden sein, wie z. B. von etwa 70 Gewichtsprozent bis etwa 98 Gewichtsprozent und genauer gesagt etwa 80 Gewichtsprozent bis etwa 92 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des Toners.
In Ausführungsformen kann ein Veresterungsreaktor und ein Polykondensationsreaktor bereitgestellt werden, um das Harz zu erzeugen. Das Monomer wird im Veresterungsreaktor hergestellt und dann in den Polykondensationsreaktor überführt, um das Polymerharz zu erzeugen. In weiteren Ausführungsformen bildet der Polykondensationsreaktor eine integrale Einheit mit dem Veresterungsreaktor. Die Reaktanden werden in den Veresterungsteil des Reaktors gegeben und das fertige Polyesterharzprodukt wird aus dem Polykondensationsteil des Reaktors erhalten.
Das Verfahren ist für jeden beliebigen Polyester anwendbar. Solche Polyester umfassen mindestens einen Dicarbonsäurerest und mindestens einen Diolrest; in diesem Zusammenhang sollte Rest in einem weiten Sinn aufgefasst werden; so kann ein Dicarbonsäurerest zum Beispiel unter Verwendung einer Dicarbonsäure oder über einen Esteraustausch unter Verwendung eines Diesters gebildet werden.
In Ausführungsformen umfassen geeignete Dicarbonsäuren aromatische Dicarbonsäuren, in Ausführungsformen solche mit von etwa 8 bis etwa 14 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 9 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, aliphatische Dicarbonsäuren mit von etwa 4 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen oder cycloaliphatische Dicarbonsäuren mit von etwa 8 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 9 bis etwa 11 Kohlenstoffatomen. Wie oben erwähnt, können in Ausführungsformen Diester dieser Dicarbonsäuren verwendet werden.
Beispiele für Dicarbonsäuren und/oder Diester, die verwendet werden können, umfassen Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, 2,6-Napthalindicarbonsäure, Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Cyclohexandiessigsäure, Diphenyl-4,4'-dicarbonsäure, Diphenyl-3,4'-dicarbonsäure, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 2-Dodecenylbernsteinsäure, Adipinsäure, Fumarsäure, Sebacensäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Dicarbonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Azelainsäure, Trimellithsäureanhydrid, Trimellithsäure, Kombinationen davon und dergleichen.
Beispiele für geeignete Diole, die bei der Bildung der Polyester verwendet werden können, umfassen cycloaliphatische Diole mit etwa 6 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 16 Kohlenstoffatomen oder aliphatische Diole mit etwa 3 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 7 bis etwa 16 Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche Diole umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Ethandiol, Butandiol, Cyclohexandiol, Propylenglykol, Propandiol, 2,2-Ethylbutyl-1,3-propandiol, Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Propan-1,3-diol, Butan-1,4-diol, Pentan-1,5-diol, Hexan-1,6-diol, Neopentylglykol, 3-Methylpentandiol-(2,4), 2-Methylpentandiol-(1,4), 2,4,4-Trimethylpentandiol, 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3), 2-Ethylhexandiol-(1,3), 2,2-Diethylpropandiol-(1,3), Hexandiol-(1,3), 1,4-Di(hydroxyethoxy)benzol, 2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,2-Bis(3-hydroxyethoxyphenyl)propan, 2,2-Bis(4-hydroxypropoxyphenyl)propan, Kombinationen davon und dergleichen. Polyester können aus einem oder mehreren der oben aufgeführten Diole hergestellt werden.
In Ausführungsformen kann das Diol 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol (TMCD), 2,4,4-Trimethylpentandiol (TMPD), 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3), 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan oder Kombinationen davon sein. Die Strukturen einiger dieser Diole sind als I und II unten folgenden dargelegt.
In Ausführungsformen umfassen geeignete Comonomere zur Bildung eines Polyesters mit TMCD und/oder TMPD Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, Isophthalsäure, Dimethylisophthalat, Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol (CHDM), 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol, trans-DMCD, Trimellithsäureanhydrid, Dimethylcyclohexan-1,4-dicarboxylat, Dimethyldecalin-2,6-dicarboxylat, Decalindimethanol, Decahydronaphthalan-2,6-dicarboxylat, 2,6-Dihydroxymethyldecahydronaphthalin, Hydrochinon, Hydroxybenzoesäure sowie Kombinationen davon und dergleichen. Bifunktionelle Comonomere (A-B-Typ, wobei die Enden nicht die gleichen sind) wie z. B. Hydroxybenzoesäure können ebenfalls eingeschlossen sein.
In Ausführungsformen umfasst ein geeigneter Polyester einen, der durch die Reaktion von TMPD mit Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat gebildet wird. Die Struktur dieses Polyesters ist unten folgend in Formel III dargelegt:
Das berechnete C/O-Verhältnis für dieses Harz beträgt etwa 5. Dazu könnten weitere Monomere gegeben werden, um die thermischen, rheologischen und C/O-Werte weiter anzupassen.
In Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, Hydroxylendgruppen am Polyesterharz in Säureendgruppen umzuwandeln. Spezifische Beispiele für organische Anhydride oder Säureanhydridkomponenten zur Umwandlung des Polyesterharzes mit Hydroxylendgruppen in Polyesterharze mit Säureendgruppen umfassen Phthalsäureanhydrid, Trimellithsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, 1,2,4,5-Benzoldicarbonsäureanhydrid, Mischungen davon und dergleichen und diese Komponente wird in verschiedenen wirksamen Mengen ausgewählt, zum Beispiel von etwa 0,5 Gewichtsprozent des Harzes bis etwa 5 Gewichtsprozent des Harzes.
Dasoben beschriebene Polyesterharz hat ein höheres C/O-Verhältnis von mehr als etwa 4,0, in Ausführungsformen von etwa 4,0 bis etwa 5,5, in Ausführungsformen von etwa 4,5 bis etwa 5. Das Kohlenstoff-zu-Sauerstoff Verhältnis kann ohne Weiteres unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden: C/O = Σ(C_i/O_i) wobei C/O das Kohlenstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis ist, Ci die Summe der im Harz vorhandenen Kohlenstoffatome ist und Oi die Summe der im Harz vorhandenen Sauerstoffatome ist.
Das oben beschriebene Polyesterharz ist amorph und weist eine Glasübergangstemperatur von etwa 50°C bis etwa 70°C, in Ausführungsformen von etwa 52°C bis etwa 68°C, in Ausführungsformen von etwa 65°C auf.
Das Polyesterharz hierin weist einen mittels einer Erweichungspunktapparatur von Mettler gemessenen Erweichungspunkt von etwa 102°C bis etwa 115°C oder von etwa 108°C bis etwa 112°C für Anwendungen mit hohem Glanz auf, oder mehr als etwa 125°C oder von etwa 125°C bis etwa 150°C, oder von etwa 130°C bis etwa 145°C für matte Anwendungen auf. Für andere, ähnliche Parameter wie z. B. dem Tf1 kann anstelle des Erweichungspunktes ein Fließfähigkeitstestgerät von Shimadzu verwendet werden. Die Rheologie kann verwendet werden, um eine Glanzkorrelation und bis zu einem gewissen Grad die Knittertest-MFT zu messen.
Es wurde auch gefunden, dass ein Polymer mit einer geringen Säurezahl die Tonerpartikel mit wünschenswerten Eigenschaften ausstatten kann, einschließlich mit gutem Aufladungsverhalten. Zum Beispiel kann die Säurezahl des Polymers von etwa 0 bis etwa 40 mg KOH/g Polymer, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 30 mg KOH/g Polymer, in Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 25 mg KOH/g Polymer, in weiteren Ausführungsformen von etwa 7 bis etwa 14 mg KOH/g Polymer betragen.
Das Polyesterharz hierin kann ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von etwa 2.000 bis etwa 20.000 oder von etwa 2.500 bis etwa 10.000 aufweisen und zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 1.000 bis etwa 10.000 oder von etwa 1.500 bis etwa 7.500 aufweisen.
In Ausführungsformen kann das oben beschriebene amorphe Polyesterharz zur Bildung von Tonerpartikeln verwendet werden. Das oben beschriebene Polyesterharz kann zur Bildung von Tonerpartikeln für sich allein verwendet werden, oder es kann in Ausführungsformen mit mindestens einem kristallinen Harz kombiniert werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich „kristallin” auf einen Polyester mit einer dreidimensionalen Ordnung. „Halbkristalline Harze” wie hierin verwendet, beziehen sich auf Harze mit einem kristallinen Anteil von zum Beispiel etwa 10 bis etwa 90%, in Ausführungsformen von etwa 12 bis etwa 70%. Des Weiteren umfassen „kristalline Polyesterharze” und „kristalline Harze” hier im Folgenden sowohl kristalline Harze als auch halbkristalline Harze, wenn nicht anders angegeben.
In Ausführungsformen ist das kristalline Polyesterharz ein gesättigtes kristallines Polyesterharz oder ein ungesättigtes kristallines Polyesterharz.
Die kristallinen Polyesterharze, die von einer Vielzahl an Quellen erhältlich sind, können verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, zum Beispiel von etwa 30°C bis etwa 120°C, in Ausführungsformen von etwa 50°C bis etwa 90°C. Die kristallinen Harze können ein mittels Gel-Permeationschromatographie (GPC) gemessenes, zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von zum Beispiel etwa 1.000 bis etwa 50.000, in Ausführungsformen von etwa 2.000 bis etwa 25.000, in Ausführungsformen von etwa 3.000 bis etwa 15.000 und in Ausführungsformen von etwa 6.000 bis etwa 12.000 aufweisen. Das mittels GPC unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmte gewichtsgemittelte Molekulargewicht (M_w) des Harzes beträgt 50.000 oder weniger, zum Beispiel von etwa 2.000 bis etwa 50.000, in Ausführungsformen von etwa 3.000 bis etwa 40.000, in Ausführungsformen von etwa 10.000 bis etwa 30.000 und in Ausführungsformen von etwa 21.000 bis etwa 24.000. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes beträgt zum Beispiel von etwa 2 bis etwa 6, in Ausführungsformen von etwa 3 bis etwa 4. Die kristallinen Polyesterharze können eine Säurezahl von etwa 2 bis etwa 20 mg KOH/g Polymer, in Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 15 mg KOH/g Polymer und in Ausführungsformen von etwa 8 bis etwa 13 mg KOH/g Polymer aufweisen. Die Säurezahl (oder Neutralisierungszahl) ist die Menge an Kaliumhydroxid (KOH) in Milligramm, die zur Neutralisierung von einem Gramm des kristallinen Polyesterharzes erforderlich ist.
Erläuternde Beispiele für kristalline Polyesterharze können beliebige der verschiedenen kristallinen Polyester umfassen, wie z. B. Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuccinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebacat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), Poly(nonylensebacat), Poly(decylensebacat), Poly(undecylensebacat), Poly(dodecylensebacat), Poly(ethylendodecandioat), Poly(propylendodecandioat), Poly(butylendodecandioat), Poly(pentylendodecandioat), Poly(hexylendodecandioat), Poly(octylendodecandioat), Poly(nonylendodecandioat), Poly(decylendodecandioat), Poly(undecylendodecandioat), Poly(dodecylendodecandioat), Poly(ethylenfumarat), Poly(propylenfumarat), Poly(butylenfumarat), Poly(pentylenfumarat), Poly(hexylenfumarat), Poly(octylenfumarat), Poly(nonylenfumarat), Poly(decylenfumarat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat) sowie Kombinationen davon.
Das kristalline Harz kann durch einen Polykondensationsprozess hergestellt werden, indem (ein) geeignete(s) organische(s) Diol(e) und (eine) geeignete Dicarbonsäure(n) in Gegenwart eines Polykondensationskatalysators zur Reaktion gebracht werden. Im Allgemeinen wird ein stöchiometrisch äquimolares Verhältnis von organischem Diol und organischer Dicarbonsäure eingesetzt; in einigen Beispielen, in denen der Siedepunkt des organischen Diols zwischen etwa 180°C und etwa 230°C liegt, kann jedoch eine überschüssige Menge an Diol eingesetzt und während des Polykondensationsprozesses entfernt werden. Die Menge des eingesetzten Katalysators variiert und kann in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,01 bis etwa 1 Molprozent des Harzes ausgewählt werden. Zusätzlich kann anstelle der organischen Dicarbonsäure auch ein organischer Diester ausgewählt werden, wobei ein Alkoholnebenprodukt erzeugt wird. in weiteren Ausführungsformen ist das kristalline Polyesterharz ein Poly(dodecandisäure-co-nonandiol).
Beispiele für organische Diole, die für die Herstellung von kristallinen Polyesterharzen ausgewählt werden können, umfassen aliphatische Diole mit von etwa 2 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen, wie z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Neptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und dergleichen, sowie aliphatische Alkalisulfodiole wie z. B. Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol, Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol, Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol, Mischungen davon und dergleichen. Das aliphatische Diol wird zum Beispiel in einer Menge von etwa 45 bis etwa 50 Molprozent des Harzes gewählt, und das aliphatische Alkalisulfodiol kann in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Harzes gewählt werden.
Beispiele für organische Dicarbonsäuren oder Diester, die für die Herstellung der kristallinen Polyesterharze ausgewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacensäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, einen Diester oder ein Anhydrid davon sowie eine organische Alkalisulfodicarbonsäure wie z. B. Natrium-, Lithium- oder Kaliumsalze von Dimethyl-5-sulfoisophtalat, Dialkyl-5-sulfoisophthalat-4-sulfo-1,8-naphthalinsäureanhydrid, 4-Sulfophthalsäure, Dimethyl-4-sulfophthalat, Dialkyl-4-sulfophthalat, 4-Sulfophenyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, 6-Sulfo-2-naphthyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, Sulfoterephthalsäure, Dimethyl-sulfoterephthalat, 5-Sulfoisophthalsäure, Dialkylsulfoterephthalat, Sulfo-p-hydroxybenzoesäure, N,N-Bis(2-Bydroxyethyl)-2-aminoethansulfonat oder Mischungen davon. Die organische Dicarbonsäure wird zum Beispiel in einer Menge von etwa 40 bis etwa 50 Molprozent des Harzes gewählt, und die aliphatische Alkalisulfodicarbonsäure kann in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Harzes gewählt werden.
Geeignete kristalline Polyesterharze umfassen solche, die im US-Patent Nr. 7,329,476 und den anhängigen US-Patentanmeldungen der Anmeldenummer 2006/0216626, 2008/0107990, 2008/0236446 und 2009/0047593 offenbart werden. In Ausführungsformen kann ein geeignetes kristallines Harz ein aus Ethylenglykol oder Nonandiol und einer Mischung aus Dodecandisäure- und Fumarsäure-Comonomeren zusammengesetztes Harz mit der folgenden Formel (IV) umfassen:
in der b von etwa 5 bis etwa 2000 ist und d von etwa 5 bis etwa 2000 ist.
Werden hierin halbkristalline Polyesterharze eingesetzt, kann das halbkristalline Harz Poly(3-methyl-1-buten), Poly(hexamethylencarbonat), Poly(ethylen-p-carboxyphenoxybutyrat), Poly(ethylenvinylacetat), Poly(docosylacrylat), Poly(dodecylacrylat), Poly(octadecylacrylat), Poly(octadecylmethacrylat), Poly(behenylpolyethoxyethylmethacrylat), Poly(ethylenadipat), Poly(decamethylenadipat), Poly(decamethylenazelaat), Poly(hexamethylenoxalat), Poly(decamethylenoxalat), Poly(ethylenoxid), Poly(propylenoxid), Poly(butadienoxid), Poly(decamethylenoxid), Poly(decamethylensulfid), Poly(decamethylendisulfid), Poly(ethylensebacat), Poly(decamethylensebacat), Poly(ethylensuberat), Poly(decamethylensuccinat), Poly(eicosamethylenmalonat), Poly(ethylen-p-carboxyphenoxyundecanoat), Poly(ethylendithionisophthalat), Poly(methylethylenterephthalat), Poly(ethylen-p-carboxyphenoxyvalerat), Poly(hexamethylen-4,4'-oxydibenzoat), Poly(10-hydroxycaprinsäure), Poly(isophthalaldehyd), Poly(octamethylendodecandioat), Poly(dimethylsiloxan), Poly(dipropylsiloxan), Poly(tetramethylenphenylendiacetat), Poly(tetramethylentrithiodicarboxylat), Poly(trimethylendodecandioat), Poly(m-xylen), Poly(p-xylylenpimelamid) sowie Kombinationen davon umfassen.
Die Menge des kristallinen Polyesterharzes in einem Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung, ob nun im Kern, in einer möglicherweise vorhandenen Schale oder in beiden, kann in einer Menge von 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 10 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen von etwa 6 bis etwa 8 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein (das heißt Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe und Wasser).
Bei der Bildung eines Toners können ein, zwei oder mehr Harze verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr Harze verwendet werden, können die Harze in einem beliebigen, geeigneten Verhältnis (z. B. Gewichtsverhältnis) vorliegen, wie zum Beispiel von etwa 1% (erstes Harz)/99% (zweites Harz) bis etwa 99% (erstes Harz)/I% (zweites Harz), in Ausführungsformen von etwa 10% (erstes Harz)/90% (zweites Harz) bis etwa 90% (erstes Harz)/10% (zweites Harz).
Das amorphe Polyesterharz kann in einer Menge von etwa 65 bis etwa 95 Gewichtsprozent, oder von etwa 75 bis etwa 85 Gewichtsprozent der Tonerpartikel (das heißt, Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe) auf einer Feststoffbasis vorhanden sein. Das Verhältnis von kristallinem Harz zu amorphem Harz kann im Bereich von etwa 1:99 bis etwa 30:70, wie z. B. von etwa 5:95 bis etwa 25:75 liegen.
Toner
Das oben beschriebene Polyesterharz, gegebenenfalls in Kombination mit einem kristallinen Harz, kann zur Bildung von Tonerzusammensetzungen eingesetzt werden. Der Toner kann ein Polyestertonerpartikel sein. Allgemeine Emulsion-Aggregation(EA)-Verfahren zur Herstellung von Toner werden in einer Reihe von Patenten beschrieben, wie z. B. in dem US-Patent Nr. 5,593,507 , dem US-Patent Nr. 7,402,371 und den anhängigen US-Patentanmeldungen der Anmeldenummer 2008/0107989 und 2008/0236446.
Solche Tonerzusammensetzungen können optionale Farbmittel, Wachse und andere Zusatzstoffe umfassen. Toner können mittels eines beliebigen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns gebildet werden, einschließlich Emulsion-Aggregation-Verfahren, aber nicht darauf beschränkt.
Tenside
In Ausführungsformen können die oben beschriebenen, zur Bildung von Tonerzusammensetzungen verwendeten Harze sowie beliebige Farbmittel, Wachse und andere Zusatzstoffe in Tenside enthaltenden Dispersionen vorliegen. Darüber hinaus können Tonerpartikel mittels Emulsion-Aggregation-Verfahren gebildet werden, bei denen das Harz und die anderen Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside gegeben und eine Emulsion gebildet wird, und Tonerpartikel aggregiert, koalesziert, gegebenenfalls gewaschen und getrocknet und isoliert werden.
Es können ein, zwei oder mehr Tenside verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nichtionischen Tensiden ausgewählt werden. Der Begriff „ionische Tenside” umfasst anionische Tenside und kationische Tenside. In Ausführungsformen kann das Tensid so eingesetzt werden, dass es in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, zum Beispiel von etwa 0,75 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, in Ausführungsformen von etwa 1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% der Tonerzusammensetzung vorhanden ist.
Beispiele für nichtionische Tenside, die eingesetzt werden können, umfassen zum Beispiel Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitan-monolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxy-poly(ethylenoxy)ethanol, erhältlich von Rhone-Poulenc als IGEPAL CA-210^TM, IGEPAL CA-520^TM, IGEPAL CA-720^TM, IGEPAL CO-890^TM, IGEPAL CO-720^TM, IGEPAL CO-290^TM, IGEPAL CA-210^TM, ANTAROX 890^TM und ANTAROX 897^TM. Weitere Beispiele für geeignete nichtionische Tenside können ein Blockcopolymer aus Polyethylenoxid und Polypropylenoxid umfassen, einschließlich der als SYN-PERONIC PE/F, in Ausführungsformen SYNPERONIC PE/F 108, käuflich erhältlichen.
Anionische Tenside, die verwendet werden können, umfassen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und Sulfonate, Säuren wie z. B. Abietinsäure, die von Aldrich erhältlich ist, NEOGEN R^TM, NEOGEN SC^TM, erhalten von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon, und dergleichen. Weitere geeignete anionische Tenside umfassen in Ausführungsformen DOWFAX^TM 2Al, ein Alkyldiphenyloxid-disulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), bei dem es sich um verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate handelt. In Ausführungsformen können Kombinationen dieser Tenside und jedem der vorhergehenden anionischen Tenside verwendet werden.
Beispiele für kationische Tenside, die üblicherweise positiv geladen sind, umfassen zum Beispiel Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂-, C₁₅-, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halogenidsalze von quarternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL^TM und ALKAQUAT^TM, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANIZOL^TM (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals und dergleichen sowie Mischungen davon.
Farbmittel
Als hinzuzugebendes Farbmittel können verschiedene bekannte Farbmitte] wie z. B. Farbstoffe, Pigmente, Farbstoffmischungen, Pigmentmischungen, Pigment- und Farbstoffmischungen und dergleichen im Toner enthalten sein. Das Farbmittel kann im Toner in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 bis etwa 35 Gewichtsprozent des Toners, oder von etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Toners, oder von etwa 3 bis etwa 10 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein.
Als Beispiele für geeignete Farbmittel kann ein Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330^® (Cabot), Magnetite, wie z. B. Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; Kolumbianische Magnetite; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; Northern-Pigments-Magnetite, NP-604TM, NP-608TM; Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM und dergleichen erwähnt werden. Als gefärbte Pigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden Cyan, Magenta oder Gelb-Pigmente oder Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden im Allgemeinen als wasserbasierte Pigmentdispersionen verwendet.
Spezifische Beispiele für Pigmente umfassen die wasserbasierten Pigmentdispersionen SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE von SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, PIGMENT BLUE 1^TM, erhältlich von der Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROMS YELLOW DCC 1026^TM, E. D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, erhältlich von der Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, Kanada, NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK E^TM von Hoechst, und CINQUASIA MAGENTA^TM, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours & Company, und dergleichen. Im Allgemeinen sind Farbmittel, die ausgewählt werden können, schwarz, cyanfarben, magentafarben oder gelb oder Mischungen daraus. Beispiele für Magentafarben sind 2,9-dimethylsubstituiertes Chinacridon- und Anthrachinon-Farbstoff, im Color Index als CI 60710, CI Dispersed Red 15 identifiziert; Diazofarbstoff, im Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 identifiziert, und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Cyanfarbstoffe umfassen Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, im Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, Pigment Blue 15:4 aufgeführt und Anthrathren-Blau, im Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137 identifiziert, und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Gelb sind Diarylid-Yellow 3,3-Dichlorbenzidenacetoacetanilid, ein Monoazopigment, im Color Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16 identifiziert, ein Nitrophenylaminsulfonamid, im Color Index als Foron Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33 identifiziert, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, Yellow 180 sowie Permanent Yellow FGL. Als Farbmittel können auch gefärbte Magnetite, wie z. B. Mischungen von MAPICO BLACK^TM, und cyanfarbenen Komponenten ausgewählt werden. Es können auch andere bekannte Farbmittel ausgewählt werden, wie z. B. Levanyl Schwarz A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), sowie gefärbte Farbstoffe wie z. B. Neogen-Blau (BASF), Sudanblau OS (BASF), PV Echtblau B2G01 (American Hoechst), Sunsperse-Blau BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite-Blau BCA (Ciba-Geigy), Paliogen-Blau 6470 (BASF), Sudan III (Matheson, Coleman, Bell), Sudan II (Matheson, Coleman, Bell), Sudan IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudanorange G (Aldrich), Sudanorange 220 (BASF), Paliogen-Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), Paliogen-Gelb 152, 1560 (BASF), Lithol Echtgelb 0991 K (BASF), Paliotol-Gelb 1840 (BASF), Neopen-Gelb (BASF), Novoperm-Gelb FG 1 (Hoechst), Permanent-Gelb YE 0305 (Paul Uhlich), Lumogen-Gelb D0790 (BASF), Sunsperse-Gelb YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Gelb D1355 (BASF), Hostaperm Pink E (American Hoechst), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), Lithol Scharlach D3700 (BASF), Toluidin-Rot (Aldrich), Scharlach für Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), E. D. Toluidin-Rot (Aldrich), Lithol Rubine Toner (Paul Uhlich), Lithol Scharlach 4440 (BASF), Bon Red C (Dominion Color Company), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlich), Oracet Pink RF (Ciba-Geigy), Paliogen-Rot 3871K (BASF), Paliogen-Rot 3340 (BASF), Lithol Echtscharlach L4300 (BASF), Kombinationen der vorhergehenden und dergleichen.
Wachs
Zusätzlich zu dem Palyesterharz können die Toner der vorliegenden Offenbarung gegebenenfalls auch ein Wachs enthalten, das entweder eine einzelne Art von Wachs oder eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Wachsen sein kann. Ein einzelnes Wachs kann zu Tonerformulierungen gegeben werden, um zum Beispiel bestimmte Tonereigenschaften zu verbessern, wie z. B. die Tonerpartikelform, Vorhandensein und Menge von Wachs auf der Tonerpartikeloberfläche, Aufladungs- und/oder Schmelzfixiereigenschaften, Glanz, Ablösen, Offset-Eigenschaften und dergleichen. Alternativ kann eine Kombination von Wachsen zugegeben werden, um die Tonerzusammensetzung mit mehreren Eigenschaften auszustatten.
Gegebenenfalls kann ein Wachs auch mit dem beim Bilden der Tonerpartikel verwendeten Harz und einem beliebigen Farbmittel kombiniert werden. Sofern vorhanden, kann das Wachs in einer Menge von zum Beispiel etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in Ausführungsformen von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein.
Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit zum Beispiel einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 20.000, in Ausführungsformen von etwa 1.000 bis etwa 10.000. Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Polyolefine wie z. B. Polyethylen-, Polypropylen-, und Polybutenwachse wie z. B. solche, die von Allied Chemical and Petrolite Corp. käuflich erhältlich sind, zum Beispiel POLYWAX^TM-Polyethylenwachse von Baker Petrolite, von Michelman Inc. und the Daniels Products Company erhältliche Wachsemulsionen, kommerziell von Eastman Chemical Products, Inc. erhältliches EPOLENE N-15, und VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit niedrigem massegemitteltem Molekulargewicht, das von Sanyo Kasel K. K. erhältlich ist, pflanzenbasierte Wachse wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Japanwachs und Jojobaöl, tierische Wachse wie z. B. Bienenwachs, mineralbasierte Wachse und erdölbasierte Wachse wie z. B. Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristalliner Wachs, und Fischer-Tropsch-Wachs, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und höheren Alkoholen erhalten wurden, wie z. B. Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und einwertigen oder mehrwertigen niederen Alkoholen erhalten werden wie z. B. Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, und Pentaerythrittetrabehenat, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholmultimeren erhalten wurden, wie z. B.
Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat, höhere Fettsäureesterwachse mit Sorbitan wie z. B. Sorbitanmonostearat und höhere Fettsäureesterwachse mit Cholesterin wie z. B. Cholesterylstearat. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Amine, Amine, zum Beispiel AQUA SUPERSLIP 6550^TM, SUPERSLIP 6530^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, zum Beispiel POLYFLUO 190^TM, POLYFLUO 200^TM, POLYSILK 19^TM, POLYSILK 14^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, zum Beispiel MICROSPERSION 19^TM, ebenfalls von Micro Powder Inc. erhältlich, Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsion, zum Beispiel JONCRYL 74^TM, 89^TM, 130^TM, 537^TM und 538^TM, alle von SC Johnson Wax erhältlich, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical and Petrolite Corporation und SC Johnson Wax. In Ausführungsformen können auch Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse verwendet werden. Wachse können zum Beispiel als Fixierwalzenablösungsmittel enthalten sein.
Tonerherstellung
Die Tonerpartikel können mittels jeglichen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns hergestellt werden. Obwohl die Herstellung von Tonerpartikel betreffende Ausführungsformen unten folgend im Hinblick auf Emulsion-Aggregation-Verfahren beschrieben werden, kann jegliches geeignete Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln eingesetzt werden, einschließlich chemischer Verfahren, wie z. B. die in den US-Patenten Nr. 5,290,654 und 5,302,486 beschriebenen Suspensions- und Verkapselungsverfahren. In Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen und Tonerpartikel durch Aggregations- und Koaleszenzverfahren hergestellt werden, in denen Harzpartikel mit geringer Größe zu der entsprechenden Tonerpartikelgröße aggregiert und anschließend koalesziert werden, um die endgültige Tonerpartikelform und Morphologie zu erreichen.
In Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen mittels Emulsion-Aggregation-Verfahren hergestellt werden, wie z. B. einem Verfahren, das das Aggregieren einer Mischung aus einem optionalen Wachs und beliebigen anderen, gewünschten oder erforderlichen Zusatzstoffen sowie der das/die oben beschriebenen) Harz(e) umfassenden Emulsionen, die gegebenenfalls wie oben beschrieben Tenside enthalten, und anschließend das Koaleszieren der aggregierten Mischung umfasst. Eine Mischung kann hergestellt werden, indem ein optionales Wachs oder weiterer Materialien, die ebenfalls gegebenenfalls in (einer) ein Tensid umfassenden Dispersion(en) vorliegen können, zu der Emulsion gegeben werden, die eine Mischung aus zwei oder mehr Emulsionen sein kann, die mehr als ein Harz oder das/die Harz(e) und ein Wachs, ein Farbmittel, Kombinationen davon und dergleichen enthalten können. Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann mittels einer Säure wie zum Beispiel Essigsäure, Salpetersäure oder dergleichen eingestellt werden. In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung auf etwa 2 bis etwa 4,5 eingestellt werden. Zudem kann die Mischung in Ausführungsformen homogenisiert werden. Wird die Mischung homogenisiert, kann die Homogenisierung durch Mischen bei etwa 600 bis etwa 4.000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden. Die Homogenisierung kann mittels jeglichen geeigneten Mittels erreicht werden, einschließlich zum Beispiel eines ULTRA TURRAX T50 Sondenhomogenisators von IKA.
Im Anschluss an die Herstellung der oben genannten Mischung kann ein Aggregierungsmittel zu der Mischung gegeben werden. Zur Bildung des Toners kann jegliches geeignete Aggregierungsmittel eingesetzt werden. Geeignete Aggregierungsmittel umfassen zum Beispiel wässrige Lösungen eines zweiwertigen Kations oder eines mehrwertigen Kationenmaterials. Das Aggregierungsmittel kann zum Beispiel Polyaluminiumhalogenide wie z. B. Polyaluminiumchlorid (PAC), oder das korrespondierende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilikate wie z. B. Polyaluminiumsulfosilikat (PASS), sowie wasserlösliche Metallsalze, einschließlich Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat sowie Kombinationen davon umfassen. In Ausführungsformen kann das Aggregierungsmittel bei einer Temperatur zu der Mischung gegeben werden, die unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes liegt.
Das Aggregierungsmittel kann zu dieser zur Bildung eines Toners verwendeten Mischung in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in weiteren Ausführungsformen von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung gegeben werden, obwohl die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Dies gewährleistet eine ausreichende Menge an Aggregierungsmittel.
Der Glanz eines Toners kann durch die Menge an im Partikel zurückgehaltenem Metallion, wie z. B. Al³⁺, beeinflusst werden. Die Menge an zurückgehaltenem Metallion kann durch die Zugabe von EDTA weiter eingestellt werden. Die Menge an in Tonerpartikeln der vorliegenden Offenbarung zurückgehaltenem Vernetzer, zum Beispiel Al³⁺, kann in Ausführungsformen von etwa 0,1 pph bis etwa 1 pph, in Ausführungsformen von etwa 0,25 pph bis etwa 0,8 pph, in weiteren Ausführungsformen etwa 0,5 pph betragen.
Um die Aggregation und die Koaleszenz der Partikel zu steuern, kann das Aggregierungsmittel in Ausführungsformen über einen Zeitraum in die Mischung dosiert werden. Zum Beispiel kann das Mittel über einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 240 Minuten, in Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 200 Minuten zu der Mischung dosiert werden, obwohl mehr oder weniger Zeit aufgewandt werden kann, je nach Wunsch oder Anforderung. Die Zugabe des Mittels kann auch erfolgen, während die Mischung in gerührtem Zustand, in Ausführungsformen mit von etwa 50 UpM bis etwa 1.000 UpM, in weiteren Ausführungsformen von etwa 100 UpM bis etwa 500 UpM und bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes gehalten wird, wie oben diskutiert, in Ausführungsformen von etwa 30°C bis etwa 90°C, in Ausführungsformen von etwa 35°C bis etwa 70°C.
Man kann die Partikel aggregieren lassen, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erhalten wird. Eine vorbestimmte, gewünschte Größe bezieht sich auf die gewünschte, zu erhaltene, vor der Bildung festgelegte Partikelgröße, wobei die Partikelgröße während des Wachstumsprozesses überwacht wird, bis diese Partikelgröße erreicht ist. Während des Wachstumsprozesses können Proben genommen und zum Beispiel mit einem Coulter Counter auf die mittlere Partikelgröße analysiert werden. Die Aggregation kann so unter Aufrechterhaltung der erhöhten Temperatur oder unter langsamen Anheben der Temperatur auf zum Beispiel etwa 40°C bis etwa 100°C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von etwa 0,5 Stunden bis etwa 6 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 1 Stunde bis etwa 5 Stunden unter stetigem Rühren fortgesetzt werden, um die aggregierten Partikel zu ergeben. Sobald die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess gestoppt. In Ausführungsformen liegt die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße innerhalb der oben aufgeführten Tonerpartikelgrößenbereiche.
Das Wachstum und die Formgebung der Partikel nach der Zugabe von Aggregierungsmittel kann unter beliebigen, geeigneten Bedingungen erreicht werden. Zum Beispiel kann das Wachstum und die Formgebung unter Bedingungen durchgeführt werden, in denen die Aggregation getrennt von der Koaleszenz erfolgt. Bei getrennten Aggregations- und Koaleszenzstufen kann der Aggregationsprozess unter Scherbedingungen bei einer erhöhten Temperatur, die unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes liegen kann, wie oben diskutiert, zum Beispiel von etwa 40°C bis etwa 90°C, in Ausführungsformen von etwa 45°C°C bis etwa 80°C °C, durchgeführt werden.
Schalenharz
In Ausführungsformen kann auf den aggregierten Tonerpartikeln eine optionale Schale gebildet werden. Als das Schalenharz kann jedes beliebige Harz eingesetzt werden, das weiter oben als für das Kernharz geeignet beschrieben wurde. Das Schalenharz kann mittels jeglichen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten auf diesem Gebiet auf die aggregierten Partikel aufgebracht werden. In Ausführungsformen kann das Schalenharz in einer die oben beschriebenen Tenside umfassenden Emulsion vorliegen. Die oben beschriebenen aggregierten Partikel können mit genannter Emulsion vereinigt werden, sodass sich das Harz als eine Schale über den gebildeten Aggregaten bildet. In Ausführungsformen kann zur Bildung von Tonerpartikel mit einer Kern-Schale-Konfiguration ein amorpher Polyester zur Bildung der Schale über den Aggregaten eingesetzt werden.
Der Schalenlatex kann in einer Menge von etwa 20 bis etwa 30 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in Ausführungsformen von etwa 24 bis etwa 28 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein.
Emulsionen der vorliegenden Offenbarung, welche die oben beschriebenen Harze und optionale Zusatzstoffe umfassen, können Partikel mit einer Größe von etwa 100 nm bis etwa 260 nm, in Ausführungsformen von etwa 105 nm bis etwa 185 nm aufweisen.
Diese Harze umfassenden Emulsionen können eine Feststoffbeladung von etwa 10 Gew.-% Feststoffe bis etwa 25 Gew.-% Feststoffe, in Ausführungsformen von etwa 12 Gew.-% Feststoffen bis etwa 20 Gew.-% Feststoffen, in Ausführungsformen etwa 17 Gew.-% Feststoffe aufweisen.
Sobald die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von etwa 6 bis etwa 10, in Ausführungsformen von etwa 6,2 bis etwa 7 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann verwendet werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, das heißt zu stoppen. Die zum Stoppen des Tonerwachstums verwendete Base kann jegliche geeignete Base umfassen, wie zum Beispiel Alkalimetallhydroxide wie zum Beispiel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen kann Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugegeben werden, um die Einstellung des pH-Werts auf die gewünschten, oben angegebenen Werte zu unterstützen. Die Base kann in einer Menge von etwa 2 bis etwa 25 Gewichtsprozent der Mischung und in Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Mischung zugegeben werden.
Koaleszenz
Nach der Aggregation auf die gewünschte Partikelgröße unter Bildung einer optionalen Schale wie oben beschrieben können die Partikel anschließend auf die gewünschte Endform koalesziert werden, wobei die Koaleszenz erreicht wird, indem zum Beispiel auf eine Temperatur von etwa 55°C bis etwa 100°C, in Ausführungsformen von etwa 65°C bis etwa 75°C, in Ausführungsformen auf etwa 70°C erhitzt wird, wobei die Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des kristallinen Harzes liegen kann, um ein Erweichen zu verhindern. Es können höhere oder niedrigere Temperaturen verwendet werden, wobei es sich versteht, dass die Temperatur von den für das Bindemittel verwendeten Harzen abhängt.
Die Koaleszenz kann über einen Zeitraum von etwa 0,1 bis etwa 9 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 4 Stunden ablaufen und abgeschlossen werden, obwohl Zeiträume außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können.
Nach der Koaleszenz kann die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wie z. B. von etwa 20°C bis etwa 25°C. Das Kühlen kann je nach Wunsch rasch oder langsam erfolgen. Ein geeignetes Kühlverfahren kann die Einführung von kaltem Wasser in einen rund um den Reaktor befindlichen Mantel umfassen. Nach dem Kühlen können die Tonerpartikel gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet werden. Das Trocknen kann mittels jeglichen geeigneten Verfahrens zum Trocknen erfolgen, einschließlich zum Beispiel Gefriertrocknen.
Zusatzstoffe
In Ausführungsformen können die Tonerpartikel auch weitere optionale Zusatzstoffe enthalten, je nach Wunsch oder Anforderung. Zum Beispiel kann der Toner Ladungskontrollmittel für eine positive oder negative Ladung umfassen, zum Beispiel in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners. Beispiele für geeignete Ladungskontrollmittel umfassen quartäre Ammoniumverbindungen, einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, Bisulfaten; Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,298,672 offenbarten; organische Sulfat- und Sulfonatverbidungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,338,390 offenbarten; Cetylpyridiniumtetrafluorborate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie z. B. BONTRON E84^TM oder E88^TM (Hodogaya Chemical); Kombinationen davon und dergleichen. Solche Ladungskontrollmittel können gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
Mit den Tonerpartikeln können auch externe Zusatzstoffpartikel, einschließlich Zusatzstoffe zur Fließhilfe, vermischt werden, wobei die Zusatzstoffe auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele für diese Zusatzstoffe umfassen Metalloxide wie z. B. Titanoxid, Siliciumoxid, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Kieselgele wie z. B. AEROSIL^®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Aluminiumoxide, Ceroxide sowie Mischungen davon. Jeder dieser externen Zusatzstoffe kann in einer Menge von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von etwa 0,25 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können. Geeignete Zusatzstoffe umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 3,590,000 , 3,800,588 und 6,214,507 beschrieben sind. Diese Zusatzstoffe können wiederum gleichzeitig mit einem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
Die Eigenschaften der Tonerpartikel können mittels einer beliebigen geeigneten Technik und einer beliebigen geeigneten Vorrichtung bestimmt werden. Volumengemittelter Partikeldurchmesser D_50v, GSDv und GSDn können mittels eines Messgeräts wie z. B. einem Multisizer 3 von Beckman Coulter gemessen werden, der gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird. Eine typische Probennahme kann folgendermaßen erfolgen: Eine kleine Menge Tonerprobe, etwa 1 Gramm, können erhalten und durch ein 25-Mikrometer-Sieb klassiert und anschließend in eine isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von etwa 10% zu erhalten, wobei die Probe dann in einem Beckman Coulter Multisizer 3 analysiert wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellte Toner können ausgezeichnete Ladungseigenschaften aufweisen, wenn sie den Bedingungen einer extremen relativen Feuchtigkeit (RH, relative humidity) ausgesetzt werden. Die Zone mit geringer Feuchtigkeit (Zone C) kann bei etwa 10°C 15% RH aufweisen, während die Zone mit hoher Feuchtigkeit (Zone A) bei etwa 28°C 85% RH aufweisen kann. Toner der vorliegenden Offenbarung können auch ein ursprüngliches Tonerladung/Masse-Verhältnis (Q/M) von etwa –3 μC/g bis etwa –45 μC/g, in Ausführungsformen von etwa –10 μC/g bis etwa –40 μC/g, und eine Endtoneraufladung nach Mischen mit Oberflächenzusatzstoffen von etwa –10 μC/g bis etwa –45 μC/g aufweisen.
Unter Verwendung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung können wünschenswerte Glanzgrade erhalten werden. So kann der Glanzgrad eines Toners der vorliegenden Offenbarung einen in Gardner-Glanzeinheiten (ggu) gemessenen Glanz von etwa 20 ggu bis etwa 100 ggu, in Ausführungsformen von etwa 50 ggu bis etwa 95 ggu, in Ausführungsformen von etwa 60 ggu bis etwa 90 ggu aufweisen.
In Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung als extrem niedrig schmelzende (ULM (ultra low melt) Toner verwendet werden. In Ausführungsformen können die trockenen Tonerpartikel, abgesehen von äußeren Oberflächenzusatzstoffen, die folgenden Eigenschaften aufweisen:

(1) Einen volumengemittelten Durchmessen (auch als „volumengemittelter Partikeldurchmesser” bezeichnet) von etwa 2,5 bis etwa 20 Mikrometer, in Ausführungsformen von etwa 2,75 bis etwa 10 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von etwa 3 bis etwa 7 Mikrometer.
(2) Eine zahlengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDn) und/oder volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) von etwa 1,05 bis etwa 1,55, in Ausführungsformen von etwa 1,1 bis etwa 1,4.
(3) Eine Rundheit von etwa 0,9 bis etwa 1 (gemessen zum Beispiel mittels eines FPIA 2100-Analyzers von Sysmex), in Ausführungsformen von etwa 0,93 bis etwa 0,99, in weiteren Ausführungsformen von etwa 0,95 bis etwa 0,98.
(4) Eine Glasübergangstemperatur von etwa 35°C bis etwa 62°C, in Ausführungsformen von etwa 47°C bis etwa 60°C.

Es kann in Ausführungsformen wünschenswert sein, dass die Tonerpartikel einen separaten Schmelzpunkt für kristallinen Polyester und Wachs und eine mittels DSC gemessene Glasübergangstemperatur für den amorphen Polyester aufweisen und dass die Schmelztemperaturen und die Glasübergangstemperatur durch das Erweichen des amorphen oder kristallinen Polyesters oder einem beliebigen optionalen Wachs nicht wesentlich abgesenkt werden. Um ein Erweichen zu verhindern, kann es erwünscht sein, die Emulsion-Aggregation bei einer Koaleszenztemperatur von weniger als dem Schmelzpunkt der kristallinen Komponente und den Wachskomponenten durchzuführen.
Entwickler
Die so gebildeten Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können mit Trägerpartikeln vermischt werden, um eine Zwei-Komponenten-Entwicklerzusammensetzung zu ergeben. Die Tonerkonzentration im Entwickler kann von etwa 1 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers, in Ausführungsformen von etwa 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen.
Träger
Beispiele für Trägerpartikel, die zum Mischen mit dem Toner eingesetzt werden können, umfassen solche Partikel, die triboelektrisch eine Ladung mit entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerpartikel aufnehmen können. Erläuternde Beispiele für geeignete Trägerpartikel umfassen granuliertes Zirkon, granuliertes Silicium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliciumdioxid und dergleichen. Andere Träger umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 3,847,604 , 4,937,166 und 4,935,326 beschrieben sind.
Die gewählten Trägerpartikel können mit oder ohne Beschichtung verwendet werden. Die Trägerpartikel können in Ausführungsformen einen Kern mit einer Beschichtung darauf umfassen, die aus einer Mischung aus Polymeren gebildet werden kann, die in der triboelektrischen Reihe nicht besonders nah beieinander stehen. Die Beschichtung kann Fluorpolymere umfassen, wie z. B. Polyvinylidenfluoridharze, Terpolymere aus Styrol, Methylmethacrylat und/oder Silane, wie z. B. Triethoxysilan, Tetrafluorethylene oder andere bekannte Beschichtungen und dergleichen. Zum Beispiel können Beschichtungen verwendet werden, die Polyvinylidenfluorid, zum Beispiel erhältlich als KYNAR 301F^TM, und/oder Polymethylmethacrylat, zum Beispiel mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 300.000 bis etwa 350.000, wie z. B. käuflich von Soken erhältlich, enthalten. In Ausführungsformen können Polyvinylidenfluorid und Polymethylmethacrylat (PMMA) in Anteilen von etwa 30 bis etwa 70 Gew.-% bis zu von etwa 70 bis etwa 30 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% bis zu von etwa 60 bis etwa 40 Gew.-% gemischt werden. Die Beschichtung kann ein Beschichtungsgewicht von zum Beispiel etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% des Trägers, in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% des Trägers aufweisen.
In Ausführungsformen kann PMMA gegebenenfalls mit einem beliebigen gewünschten Comonomer copolymerisiert werden, solange wie das resultierende Copolymer eine geeignete Partikelgröße bewahrt. Geeignete Comonomere können Monoalkyl- oder Dialkylamine, wie z. B. ein Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diisopropylaminoethylmethacrylat oder tert-Butylaminoethylmethacrylat und dergleichen umfassen. Die Trägerpartikel können durch Mischen des Trägerkerns mit Polymer in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 10 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von etwa 0,01 bis etwa 3 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der beschichteten Trägerpartikel, bis zum Haften des Polymers auf dem Trägerkern mittels mechanischer Impaktion und/oder elektrostatischer Anziehung vermischt werden.
Zum Aufbringen des Polymers auf der Oberfläche der Trägerkernpartikel können verschiedene wirksame, geeignete Mittel angewandt werden, zum Beispiel Kaskadenwalzmischen, Trommellackierung, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Beschichten in einer Pulverwolke, Wirbelschicht, elektrostatische Scheibenzerstäubung, elektrostatischer Vorhang, Kombinationen davon und dergleichen. Die Mischung aus Trägerkernpartikeln und Polymer kann dann erhitzt werden, damit das Polymer schmelzen und mit den Trägerkernpartikeln verschmelzen kann. Die beschichteten Trägerpartikel können dann abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Partikelgröße klassiert werden.
Geeignete Träger können in Ausführungsformen einen Stahlkern, zum Beispiel in einer Größe von etwa 25 bis etwa 100 μm, in Ausführungsformen in einer Größe von etwa 50 bis etwa 75 μm umfassen, der mit etwa 0,5% bis etwa 10 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,7% bis etwa 5 Gew.-% einer leitfähigen Polymermischung, die zum Beispiel Methylacrylat und Kohlenstoffschwarz umfasst, unter Verwendung des in den US-Patenten Nr. 5,236,629 und 5,330,874 beschriebenen Verfahrens beschichtet wurde.
Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln vermischt werden. Die Konzentrationen können von etwa 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Tonerzusammensetzung betragen. Es können jedoch unterschiedliche Toner- und Trägeranteile verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Bilderzeugung
Die Toner können für elektrophotographische Prozesse eingesetzt werden, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,295,990 offenbarten. In Ausführungsformen kann eine beliebige bekannte Art von Bildentwicklungssystem in einer Bildentwicklungsvorrichtung eingesetzt werden, einschließlich zum Beispiel Magnetbürstenentwicklung, springende Einkomponenten-Entwicklung (jumping single-component development), Hybrid-Scavangeless-Entwicklung (HSD) und dergleichen. Diese und ähnliche Entwicklungssysteme liegen innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns.
Bilderzeugungsprozesse umfassen zum Beispiel die Herstellung eines Bildes mit einer elektrophotographischen Vorrichtung, die eine Aufladungskomponente, eine Bilderzeugungskomponente, eine photoleitfähige Komponente, eine Entwicklungskomponente, eine Transferkomponente und eine Fixierkomponente umfasst. Die Entwicklungskomponente kann in Ausführungsformen einen Entwickler umfassen, der durch Mischen eines Trägers mit einer hierin beschriebenen Tonerzusammensetzung hergestellt wurde. Die elektrophotographische Vorrichtung kann einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Schwarz-Weiß-Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Farbdrucker und dergleichen umfassen.
Sobald das Bild mit Tonem/Entwicklern mithilfe eines geeigneten Bildentwicklungsverfahrens wie einem der vorgenannten Verfahren erzeugt wurde, kann das Bild auf ein Bild empfangendes Medium wie z. B. Papier und dergleichen überführt werden. Die Toner können in Ausführungsformen bei der Entwicklung eines Bildes auf der Bildentwicklungsvorrichtung unter Verwendung eines Schmelzfixierelements verwendet werden. Das Schmelzfixierelement kann eine beliebige gewünschte oder geeignete Konfiguration aufweisen, wie z. B. eine Trommel oder Walze, ein Band oder eine Faserbahn, eine flache Oberfläche oder Platte oder dergleichen. Das Schmelzfixierelement kann an dem Bild mittels eines beliebigen gewünschten oder geeigneten Verfahrens angewandt werden, wie z. B. indem das endgültige Aufzeichnungssubstrat durch einen Walzenspalt geschickt wird, der von einem Schmelzfixierelement und einem Rückenelement gebildet wird, das eine beliebige gewünschte oder geeignete Konfiguration aufweisen kann, wie z. B. eine Trommel oder Walze, ein Band oder eine Faserbahn, eine flache Oberfläche oder Platte oder dergleichen. In Ausführungsformen kann eine Fixierwalze verwendet werden. Fixierwalzenelemente sind Kontaktfixiervorrichtungen, die innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns liegen und bei denen Druck von der Walze, gegebenenfalls unter Anwendung von Hitze, zur Schmelzfixierung des Toners auf dem Bild empfangenden Medium genutzt werden kann. Gegebenenfalls kann eine Flüssigkeitsschicht wie z. B. ein Fixieröl vor dem Fixieren auf dem Schmelzfixierelement angewendet werden. In weiteren Ausführungsformen, in denen der Toner ein Wachs umfasst, ist ein Fixieröl vielleicht nicht erforderlich.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Definierung von verschiedenen Spezies der vorliegenden Offenbarung vorgelegt. Diese Beispiele sollen nur darstellend sein; es ist keinesfalls beabsichtigt, den Bereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Des Weiteren beziehen sich alle Teile und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Synthese eines von Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat und 2,4,4-Trimethylpentandiol abgeleiteten Polyesterharzes. Ein 1 Liter fassender Parr-Reaktor, der mit einem mechanischen Rührer, einem unteren Ablassventil und einer Destillationsapparatur ausgestattet ist, wurde mit etwa 276 Gramm Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, etwa 245 Gramm 2,4,4-Trimethylpentandiol, etwa 90 Gramm Propylenglykol und etwa 0,6 Gramm Dibutylzinnoxid-Katalysator (käuflich als FASCAT 4201 erhältlich) beladen. Der Inhalt wurde auf etwa 165°C erhitzt und über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden mit etwa 200 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt. Die Temperatur wurde über einen Zeitraum von zwei Stunden allmählich auf etwa 190°C erhöht und zusätzliche 2 Stunden lang gehalten, wobei in der Destillationsapparatur Methanol aufgefangen wurde.
Anschließend wurde über einen Zeitraum von 30 Minuten die Temperatur auf etwa 200°C erhöht und der Druck auf etwa 0,1 mmHg verringert. Nach weiteren zwei Stunden wurde das Produkt aus dem Gefäß abgelassen. Das resultierende Polyesterharz hatte eine Glasübergangstemperatur (Tg) von etwa 65°C, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 1639, ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von etwa 2867; eine Säurezahl von etwa 12,5 und einen Erweichungspunkt von etwa 122,7°C.
Eine wässrige Emulsion, welche das oben beschriebene Harz mit einem Feststoffgehalt von etwa 22% enthielt, wurde wie folgt hergestellt. Das oben beschriebene Polyesterharz (etwa 250 Gramm) wurde in etwa 1,0 Liter Ethylacetat gelöst. Die gelöste Mischung wurde dann zu etwa 1,4 Litern etwa 3,4 Gramm Natriumhydrogencarbonat und etwa 2,5 Gramm Natriumdodecylbenzolsulfonat enthaltendem Wasser gegeben und die Mischung wurde etwa 20 Minuten lang mit etwa 8000 Umdrehungen pro Minute (UpM) homogenisiert. Das Ethylacetat wurde anschließend mittels Destillation zusammen mit etwas Wasser bei etwa 80°C bis etwa 90°C unter Rühren entfernt. Anschließend wurde die wässrige Mischung gekühlt, um eine Emulsion mit einem Feststoffgehalt von etwa 22% und einer Partikelgröße von etwa 195 nm zu ergeben.
BEISPIEL 2
Es wurde ein Emulsion-Aggregation-Toner hergestellt, der das Polyesterharz aus dem oben beschriebenen Beispiel 1 und etwa 3,8% Cyanpigment umfasste. In ein 2 Liter fassendes Reaktionsgefäß wurden etwa 376 Gramm des Polyesters aus Beispiel 1 in einer Emulsion (etwa 22% Feststoffe), etwa 29,2 Gramm eines Cyanpigments, Pigment Blue 15:3 (PB 15:3) mit einer Feststoffbeladung von etwa 17 Gew.-%, etwa 26 Gramm 0,3 M HNO₃, und etwa 345 Gramm deionisiertes Wasser gegeben und unter Verwendung eines mit etwa 4.000 UpM betriebenen Ultra TURRAX^®T50 Homogenisators von IKA gerührt. Anschließend wurden etwa 71,685 Gramm einer Flockungsmittelmischung zugegeben, die etwa 2,581 Gramm Aluminiumsulfat und etwa 69,104 Gramm deionisiertes Wasser enthielt, über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten tropfenweise zugegeben. Während der tropfenweise Zugabe der Flockungsmittelmischung wurde die Homogenisatorgeschwindigkeit auf etwa 5.200 UpM erhöht und es wurde weitere 5 Minuten lang homogenisiert.
Anschließend wurde die Mischung mit einer Geschwindigkeit von etwa 480 UpM gerührt und die Temperatur mit 1°C pro Minute auf eine Temperatur von etwa 47°C erhöht und dort für eine Dauer von etwa 1,5 Stunden bis etwa 2 Stunden gehalten, was zu Tonerpartikel mit einem mittels eines Coulter Counters gemessenen, volumengemittelten Partikeldurchmesser von etwa 7,4 Mikrometern führte. Dann wurden etwa weitere 155 Gramm Polyester aus Beispiel 1 in einer wie oben beschriebenen Emulsion zu der Reaktormischung gegeben und man ließ über einen zusätzlichen Zeitraum von etwa 30 Minuten aggregieren, was zu Tonerpartikeln mit einem volumengemittelten Partikeldurchmesser von etwa 8,3 Mikrometern führte. Der pH-Wert der Reaktormischung wurde mit einer 1,0 M Natriumhydroxidlösung auf etwa 5 eingestellt und nachfolgend wurden etwa 4,6 Gramm VERSENE 100 (Ethylendiamintetraacetat (EDTA) von Dow Chemical, ein Chelatisierungsmittel) zugegeben. Der pH-Wert der Reaktormischung wurde dann mit einer 1,0 M Natriumhydroxidlösung auf etwa 7,5 eingestellt und die Rührgeschwindigkeit wurde auf etwa 170 UpM verringert. Anschließend wurde die Reaktormischung mit etwa 1°C pro Minute erhitzt, um die Temperatur auf etwa 80°C zu erhöhen. Der pH-Wert der Mischung wurde dann unter Verwendung einer Natriumacetatpufferlösung auf etwa 6,8 eingestellt. Darauf wurde die Reaktormischung sanft etwa 2,5 Stunden bei etwa 85°C zum Koaleszieren und Sphärodisieren der Partikel gerührt. Die Reaktorbeheizung wurde schließlich ausgeschaltet und die Mischung wurde in einen Behälter mit Eiswürfeln aus deionisiertem Wasser gegossen. Die resultierenden Tonerpartikel hatten einen volumengemittelten Partikeldurchmesser von etwa 9,4 Mikrometern, eine Komgrößenverteilung (GSD) von etwa 1,21 sowie eine Rundheit von etwa 0,980. Die Partikel wurden bei Raumtemperatur 3 Mal mit deionisiertem Wasser gewaschen und dann gefriergetrocknet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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US 5330874 [0080]
US 4295990 [0082]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

NP-604TM [0047]
NP-608TM [0047]

Claims

Toner, umfassend: ein Polyesterharz, abgeleitet von einer ersten Komponente, die aus der Gruppe bestehend aus Dicarbonsäuren und Diestern ausgewählt ist, in Kombination mit mindestens einem Diol, das aus der Gruppe bestehend aus 2,2-Ethylbutyl-1,3-propandiol, 3-Methylpentandiol-(2,4), 2-Methylpentandiol-(1,4), 2,4,4-Trimethylpentandiol, 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3), 2-Ethylhexandiol-(1,3), 2,2-Diethylpropandiol-(1,3), Hexandiol-(1,3), 1,4-Di(hydroxyethoxy)benzol, 2,2-Bis(4-hydroxycyclohexyl)propan, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,2-Bis(3-hydroxyethoxyphenyl)propan, 2,2-Bis(4-hydroxypropoxyphenyl)propan sowie Kombinationen davon ausgewählt ist; ein kristallines Harz; ein optionales Farbmittel; und ein optionales Wachs.
Toner gemäß Anspruch 1, wobei das Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 4 bis etwa 5,5 beträgt; oder wobei die Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes von etwa 50°C bis etwa 70°C beträgt; oder wobei das Polyesterharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 2.000 bis etwa 20.000 und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 10.000 aufweist; oder wobei das Polyesterharz einen Erweichungspunk von etwa 102°C bis etwa 115°C aufweist; oder wobei das Polyesterharz einen Erweichungspunkt von etwa 125°C bis etwa 150°C aufweist.
Toner gemäß Anspruch 1, wobei das Polyesterharz die folgende Formel aufweist:
Toner gemäß Anspruch 1, wobei das optionale kristalline Harz ein kristallines Harz der folgenden Formel ist:
in der b von etwa 5 bis etwa 2000 ist und d von etwa 5 bis etwa 2000 ist.
Toner gemäß Anspruch 1, wobei: das mindestens eine Diol aus der Gruppe bestehend aus 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,4,4-Trimethylpentandiol, 2,4-Dihydroxy-1,1,3,3-tetramethylcyclobutan, 2,2,4-Trimethylpentandiol-(1,3) sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Toner gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei der erste Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, Isophthalsäure, Dimethylisophthalat, Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol, Trimellithsäureanhydrid, Dimethylcyclohexan-1,4-dicarboxylat, Dimethyldecalin-2,6-dicarboxylat, Decalindimethanol, Decahydronaphthalan-2,6-dicarboxylat, 2,6-Dihydroxymethyldecahydronaphthal in, Hydrochinon, Hydroxybenzoesäure sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Toner gemäß Anspruch 5, wobei das Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 4 bis etwa 5,5 beträgt; oder wobei die Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes von etwa 52°C bis etwa 68°C beträgt; oder wobei das Polyesterharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 2.500 bis etwa 10.000 und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 1.500 bis etwa 7.500 aufweist; oder wobei das Polyesterharz einen Erweichungspunk von etwa 108°C bis etwa 112°C aufweist; oder wobei das Polyesterharz einen Erweichungspunkt von etwa 130°C bis etwa 145°C aufweist.
Toner gemäß Anspruch 5, wobei das optionale kristalline Harz ein kristallines Harz der folgenden Formel ist:
in der b von etwa 5 bis etwa 2000 ist und d von etwa 5 bis etwa 2000 ist.
Toner gemäß Anspruch 5, umfassend: ein Polyesterharz, das von einer ersten Komponente, die aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure, Dimethylterephthalat, Isophthalsäure, Dimethylisophthalat, Dimethyl-2,6-naphthalindicarboxylat, 2,6-Naphthalindicarbonsure, Ethylenglykol, Diethylenglykol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol, Trimellithsäureanhydrid, Dimethylcyclohexan-1,4-dicarboxylat, Dimethyldecalin-2,6-dicarboxylat, Decalindimethanol, Decahydronaphthalan-2,6-dicarboxylat, 2,6-Dihydroxymethyldecahydronaphthalin, Hydrochinon, Hydroxybenzoesäure sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, in Kombination mit mindestens einem Diol abgeleitet ist, das aus der Gruppe bestehend aus 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, 2,4,4-Trimethylpentandiol und Kombinationen davon ausgewählt ist; mindestens ein kristallines Harz der folgenden Formel:
in der b von etwa 5 bis etwa 2000 ist und d von etwa 5 bis etwa 2000 ist; ein optionales Farbmittel; und ein optionales Wachs.
Toner gemäß Anspruch 9, wobei das Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis des Polyesterharzes von etwa 4 bis etwa 5,5 beträgt und die Glasübergangstemperatur des Polyesterharzes von etwa 50°C bis etwa 70°C beträgt; oder wobei das Polyesterharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 2.000 bis etwa 20.000 und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 10.000 aufweist.