DE102012205384B4

DE102012205384B4 - Verfahren zum Herstellen eines Toners

Info

Publication number: DE102012205384B4
Application number: DE102012205384.0A
Authority: DE
Inventors: Sonja Hadzidedic; Ke Zhou; Kimberly D. Nosella; Guerino G. Sacripante
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: CA2773257A1; CA2773257C; US9625840B2; US20120258393A1; MX2012003962A; US9029059B2; RU2012113364A; JP2012220950A; US20150241805A1; RU2565052C2; BR102012008179A2; DE102012205384A1; JP6137775B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Toners, der Tonerteilchen aufweist, wobei die Tonerteilchen durch Aggregieren und anschließendes Koaleszieren einer Mischung, die einen Latex umfasst, hergestellt werden, wobei der Latex, Harzteilchen umfasst, umfassend wenigstens ein Polyesterharz, das eine Komponente einkapselt, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Wachs, einem Pigment und Kombinationen davon, wobei das Polyesterharz gebildet ist aus Isosorbid und entweder Bernsteinsäure oder Azelainsäure, oder einer Mischung aus Bernsteinsäure und Azelainsäure.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Toners.
Der Fachmann kennt zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Tonern. Die Emulsionsaggregation (EA) ist ein solches Verfahren. Emulsionsaggregationstoner können beim Erzeugen von gedruckten und/oder elektrofotografischen Bildern verwendet werden. Emulsionsaggregationsmethoden können die Bildung einer Polymeremulsion durch Erwärmen eines Monomers und das Ausführen einer chargenweisen oder halbkontinuierlichen Emulsionspolymerisation umfassen.
Ultratiefschmelzende (ULM) Polyester-EA-Toner wurden unter Verwendung von amorphen und kristallinen Polyesterharzen hergestellt.
US 2010 / 0 261 113 A1 offenbart einen Toner umfassend Tonerbasispartikel, die mindestens ein Bindemittelharz, ein Färbemittel und ein Trennmittel enthalten und eine volumengemittelte Partikelgröße von 2 bis 6 µm aufweisen; ein Siliziumdioxid mit kleiner Partikelgröße und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 7 bis 15 nm; ein Siliziumdioxid mit großer Partikelgröße und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 bis 400 nm; und ein Übergangsaluminiumoxid mit kleiner Partikelgröße, erhalten durch ein Dawsonit-Verfahren und mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 7 bis 20 nm. US 2008 / 0 145 775 A1 offenbart Harze, die unter Verwendung von biobasierten Materialien synthetisiert wurden, um die molekulare Architektur und damit die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Harze zu steuern. US 2010 / 0 099 037 A1 offenbart Tonerpartikel, die in Ausführungsformen ein biologisch abbaubares halbkristallines Polyesterharz und ein biologisch abbaubares amorphes Polyesterharz umfassen.
Viele polymere Materialien, die bei der Bildung von Tonern verwendet werden, basieren auf der Extraktion und Verarbeitung von fossilen Brennstoffen, was letztlich zum Anstieg von Treibhausgasen und zur Ansammlung von nicht abbaubaren Materialien in der Umwelt führt. Polyesterharze auf biologischer Basis wurden verwendet, um den Bedarf an fossilen Brennstoff-Rohmaterialien zu verringern. Eine Frage, die sich bei diesen Harzen auf biologischer Basis stellen kann, ist, ob ansonsten unlösliche Materialien, einschließlich Pigmente und/oder Wachse, in den Tonerteilchen verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit:

(1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Toners, der Tonerteilchen aufweist, wobei die Tonerteilchen durch Aggregieren und anschließendes Koaleszieren einer Mischung, die einen Latex umfasst, hergestellt werden, wobei der Latex Harzteilchen umfasst, umfassend wenigstens ein Polyesterharz, das eine Komponente einkapselt, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Wachs, einem Pigment und Kombinationen davon, wobei das Polyesterharz gebildet ist aus Isosorbid und entweder Bernsteinsäure oder Azelainsäure, oder einer Mischung aus Bernsteinsäure und Azelainsäure.
(2) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß Punkt (1), worin das Pigment in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 35 Gew.-% des Harzteilchens vorhanden ist.
(3) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß einem der Punkte (1) oder (2), worin das Wachs in einer Menge von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% des Harzteilchens vorhanden ist.
(4) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß einem der Punkte (1) bis (3), worin der Latex einen Feststoffgehalt von ungefähr 5 % bis ungefähr 50 % aufweist.
(5) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß einem der Punkte (1) bis (4), worin der Latex eine Teilchengröße von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm aufweist.
(6) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß Punkt (1), worin die Komponente ein Wachs ist.
(7) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß Punkt (6), worin der Latex einen Feststoffgehalt von 5 % bis 50 % aufweist und worin der Latex eine Teilchengröße von 10 nm bis 500 nm aufweist.
(8) Das Verfahren zur Herstellung eines Toners gemäß Punkt (1), worin die Komponente ein Pigment ist.

Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zum Bilden von Polyesterlatizes zum Bilden eines Toners bereit. Für EA-Toner können Pigmente und/oder Wachse während des EmulsionsAggregations(EA)-Verfahrens zugegeben werden. Die Einarbeitung von ansonsten unlöslichen Materialien in die Tonerteilchen kann sich als schwierig erweisen. Zum Beispiel können Pigmente während des EA-Verfahrens und/oder der Waschstufe des Tonerherstellungsverfahrens abgestossen werden, wodurch sich die am Ende erhaltene Farbe des Toners ändert. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können einige dieser Probleme vermeiden.
Das Harz ist ein Polyesterharz. Eine Co-Emulgierung eines Wachses oder Pigments und des Polyesterharzes kann es ermöglichen, das Wachs und/oder Pigment in einen Toner einzuarbeiten. Zum Beispiel kann eine Polyethylenwachsdispersion in die Wasserphase eingebracht werden und mit Harz/Lösungsmittel-Lösung unter Homogenisierung vermischt werden.
Harze oder Produkte auf biologischer Basis schließen kommerzielle und/oder industrielle Produkte (bei denen es sich nicht um Nahrungsmittel oder Futtermittel handelt) ein, welche ganz oder teilweise aus biologischen Produkten oder erneuerbaren einheimischen landwirtschaftlichen Materialien (einschließlich pflanzlicher, tierischer oder im Meer vorkommender Materialien) und/oder forstwirtschaftlichen Materialien zusammengesetzt sein können.
Harze zum Bilden von Latizes, die sich zum Bilden von Tonern eignen, können Harze auf biologischer Basis einschließen. Ein Harz auf biologischer Basis ist ein Harz oder eine Harzformulierung, die aus einem biologischen Ausgangsmaterial wie etwa Pflanzenöl anstelle von Petrochemikalien gewonnen wird. Ein Bioharz schließt in Ausführungsformen z. B. ein Harz ein, bei dem wenigstens ein Teil des Harzes aus einem natürlichen biologischen Material, wie etwa einem Tier, einer Pflanze, Kombinationen davon, und dergleichen gewonnen ist.
Harze auf biologischer Basis können natürliche pflanzliche Triglyceridöle (z. B. Rapsöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl) oder phenolische Pflanzenöle wie Cashew-Nussöl (cashew nut shell liquid (CNSL)), Kombinationen davon und dergleichen einschließen. Das Harz auf biologischer Basis kann ein amorphes Harz sein. Geeignete amorphe Harze auf biologischer Basis schließen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyisobutyrate und Polyolefine, Kombinationen davon und dergleichen ein.
Zu Beispielen für amorphe polymere Harze auf biologischer Basis, welche verwendet werden können, gehören Polyester, die von Monomeren abgeleitet sind, die eine Dimerfettsäure oder ein Dimerfettdiol aus Sojaöl, D-Isosorbid und/oder Aminosäuren wie L-Tyrosin und Glutaminsäure einschließen.
Geeignete polymere Harze auf biologischer Basis, welche verwendet werden können, schließen Polyester ein, die von Monomeren abgeleitet sind, die eine Dimerfettsäure oder ein Dimerfettdiol, D-Isosorbid, Naphthalindicarboxylat, eine Dicarbonsäure wie z. B. Azelainsäure, Bernsteinsäure, Cyclohexandisäure, Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure, Glutaminsäure und Kombinationen davon und gegebenenfalls Ethylenglycol, Propylenglycol und 1,3-Propandiol einschließen. Es können Kombinationen der vorstehenden Harze auf biologischer Basis verwendet werden.
Das Polyesterharz kann durch die Polykondensation von Isosorbid mit entweder Bernsteinsäure oder Azelainsäure oder einer Mischung aus Bernsteinsäure und Azelainsäure in Gegenwart eines Katalysators gebildet werden. Das Isosorbid kann in einer Menge von z. B. ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-%, von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-%, von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-% des Polyesterharzes ausgewählt werden. Die Gesamtmenge an Disäure kann in einer Menge von z. B. ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-%, von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-%, von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-% des Polyesterharzes ausgewählt werden. Wenn die Disäure eine Kombination von Bernsteinsäure und Azelainsäure ist, kann die Menge der Bernsteinsäure ausgewählt werden in einer Menge von ungefähr 30 bis ungefähr 60 Mol-% des Polyesterharzes, und die Menge der Azelainsäure kann ausgewählt werden in einer Menge bis zu ungefähr 20 Mol-% des Polyesterharzes.
Polykondensationskatalysatoren schließen Tetraalkyltitanate; Dialkylzinnoxide; Tetraalkylzinnverbindungen; Dialkylzinnoxidhydroxide; Aluminiumalkoxide; und dergleichen, und Kombinationen davon ein. Die Katalysatoren können in einer Menge von ungefähr 0,001 bis ungefähr 0,55 Mol-%, bezogen auf die als Ausgangsmaterial verwendete Disäure oder den als Ausgangsmaterial verwendeten Diester, verwendet werden.
Es können auch Polyesterharze auf nicht-biologischer Basis verwendet werden. Geeignete Polyesterharze auf nicht-biologischer Basis schließen z. B. sulfonierte, nicht-sulfonierte, kristalline, amorphe, Kombinationen davon und dergleichen ein. Die Polyesterharze können linear, verzweigt, Kombinationen davon und dergleichen sein. Geeignete Harze können auch eine Mischung aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz einschließen.
Das Polyesterharz kann ein zahlenmittleres Molekulargewicht (M_n), gemessen durch Gelpermeationschromatografie (GPC), von ungefähr 1000 bis ungefähr 50000, von ungefähr 2000 bis ungefähr 25000, und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht (M_w) von ungefähr 2000 bis ungefähr 100000, von ungefähr 3000 bis ungefähr 14000, bestimmt durch GPC, aufweisen. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des Polyesterharzes kann von ungefähr 1 bis ungefähr 6, von ungefähr 1,5 bis ungefähr 4 betragen.
Das Polyesterharz kann eine Glasübergangstemperatur (Tg) von ungefähr 30 °C bis ungefähr 120 °C, von ungefähr 40 °C bis ungefähr 90 °C, von ungefähr 45 °C bis ungefähr 75 °C aufweisen. Das Zugeben von mehr Azelainsäure, bezogen auf die Menge an Bernsteinsäure in der Polymerformulierung, setzt die Tg des Harzes herab.
Das Polyesterharz kann einen Erweichungspunkt (Ts) von ungefähr 90 °C bis ungefähr 150 °C, von ungefähr 95 °C bis ungefähr 135 °C, von ungefähr 100 °C bis ungefähr 120 °C aufweisen. Unterschiedliche Erweichungspunkte können Toner erzeugen, die unterschiedliche Glanzwerte aufweisen. Zum Beispiel ergeben Harze mit einem Erweichungspunkt von 101 °C bis 103 °C Toner mit einem höheren Glanz als Toner, die mit Harzen erzeugt werden, die einen Erweichungspunkt von 105 °C oder höher aufweisen.
Das Polyesterharz kann eine Säurezahl von ungefähr 2 bis ungefähr 30 mgKOH/g, von ungefähr 9 bis ungefähr 16 mgKOH/g, von ungefähr 10 bis ungefähr 14 mgKOH/g aufweisen. Die Säurezahl kann durch Auflösen einer bekannten Menge einer Polymerprobe in einem organischen Lösungsmittel und Titrieren mit einer Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) mit bekannter Konzentration und mit Phenolphthalein als Farbindikator gemessen werden.
Ein ansonsten unlösliches Material, einschließlich eines Pigments oder anderen Farbmittels, kann während der Bildung des Polyesterlatex zugegeben werden. Es können verschiedene bekannte geeignete Farbmittel, wie Farbstoffe, Pigmente, Mischungen von Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und Pigmenten, und dergleichen in dem Toner enthalten sein. Das Farbmittel kann in Mengen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 35 Gew.-%, von ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gew.-%, von ungefähr 3 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners zugegeben werden.
Als Beispiele für geeignete Farbmittel können erwähnt werden TiO₂; Ruß wie REGAL 330^® und NIPEX^® 35; Magnetite, wie Mobay-Magnetite MO8029™, MO8060™; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS™ und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600™, 8610™; Northern Pigments-Magnetite, NP-604™, NP-608™; Magnox-Magnetite TMB-100™ oder TMB-104™; und dergleichen. Als Farbpigmente können cyanfarbene, magentafarbene, gelbe, orange, rote, grüne, braune, blaue oder Mischungen davon verwendet werden. Im Allgemeinen werden cyanfarbene, magentafarbene oder gelbe Pigmente oder Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden im Allgemeinen als Pigmentdispersionen auf Wasserbasis verwendet.
Zu spezifischen Beispielen für Pigmente gehören SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE Pigmentdispersionen auf Wasserbasis von SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1™, erhältlich von Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026™, E.D. TOLUIDINE RED™ und BON RED C™, erhältlich von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ von Hoechst und CINQUASIA MAGENTA™, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours & Company, und dergleichen. Im Allgemeinen sind Farbmittel, welche ausgewählt werden können, schwarz, cyanfarben, magnetafarben oder gelb, und Mischungen davon. Beispiele für magentafarbene Farbmittel sind ein 2,9-Dimethyl-substituierter Chinacridon- und Anthrachinonfarbstoff, im Color Index identifiziert als CI 60710, CI Dispersed Red 15, ein Diazofarbstoff, im Color Index identifiziert als CI 26050, CI Solvent Red 19, und dergleichen. Zu anschaulichen Beispielen für cyanfarbene Farbmittel gehören Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyaninpigment, im Color Index aufgeführt als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, Pigment Blue 15:4 und Anthrathrene Blue, im Color Index identifiziert als CI 69810, Special Blue X-2137 und dergleichen. Anschauliche Beispiele für gelbe Farbmittel sind Diarylide Yellow (3,3-Dichlorbenziden-acetoacetanilide), ein Monoazopigment, im Color Index identifiziert als CI 12700, CI Solvent Yellow 16, ein Nitrophenylaminsulfonamid, im Color Index identifiziert als Foron Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxy-acetoacetanilid, und Permanent Yellow FGL. Gefärbte Magnetite, wie Mischungen von MAPICO BLACK™, und cyanfarbene Komponenten können ebenfalls als Farbmittel ausgewählt werden. Andere bekannte Farbmittel können ausgewählt werden, wie etwa Levanyl Black A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), und farbige Farbstoffe wie Neopen Blue (BASF), Sudan Blue OS (BASF), PV Fast Blue B2G01 (American Hoechst), Sunsperse Blue BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite Blue BCA (Ciba-Geigy), Paliogen Blue 6470 (BASF), Sudan III (Matheson, Coleman, Bell), Sudan II (Matheson, Coleman, Bell), Sudan IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudan Orange G (Aldrich), Sudan Orange 220 (BASF), Paliogen Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), Paliogen Yellow 152, 1560 (BASF), Lithol Fast Yellow 0991K (BASF), Paliotol Yellow 1840 (BASF), Neopen Yellow (BASF), Novoperm Yellow FG 1 (Hoechst), Permanent Yellow YE 0305 (Paul Uhlich), Lumogen Yellow D0790 (BASF), Sunsperse Yellow YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Yellow D1355 (BASF), Hostaperm Pink E (American Hoechst), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), Lithol Scarlet D3700 (BASF), Toluidine Red (Aldrich), Scarlet for Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), E.D. Toluidine Red (Aldrich), Lithol Rubine Toner (Paul Uhlich), Lithol Scarlet 4440 (BASF), Bon Red C (Dominion Color Company), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlich), Oracet Pink RF (Ciba-Geigy), Paliogen Red 3871 K (BASF), Paliogen Red 3340 (BASF), Lithol Fast Scarlet L4300 (BASF), Kombinationen der vorstehenden und dergleichen. Zu weiteren Pigmenten, welche von verschiedenen Herstellern erhältlich sind, gehören verschiedene Pigmente in den folgenden Klassen, identifiziert als Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 14, Pigment Yellow 83, Pigment Orange 34, Pigment Red 238, Pigment Red 122, Pigment Red 48:1, Pigment Red 269, Pigment Red 53:1, Pigment Red 57:1, Pigment Red 83:1, Pigment Violet 23, Pigment Green 7, Kombinationen davon und dergleichen.
Unlösliche Materialien, einschließlich eines Wachses, können zusätzlich zu oder anstelle von einem Pigment während der Bildung des Polyesterlatex zugegeben werden. Es kann eine einzige Art von Wachs oder eine Kombination von zwei oder mehr verschiedenen Wachsen zugegeben werden.
Wenn es enthalten ist, kann das Wachs in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-%, von ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gew.-% der Tonerteilchen vorhanden sein.
Das Wachs kann beliebige der verschiedenen Wachse einschließen, die herkömmlicherweise in Emulsionsaggregationstonerzusammensetzungen verwendet werden. Wachse, welche ausgewählt werden können, schließen Wachse mit z. B. einem mittleren Molekulargewicht von ungefähr 500 bis ungefähr 20000, von ungefähr 1000 bis ungefähr 10000 ein. Zu Wachsen, welche verwendet werden können, gehören z. B. Polyolefine wie Polyethylen einschließlich linearer Polyethylenwachse und verzweigter Polyethylenwachse, Polypropylen einschließlich linearer Polypropylenwachse und verzweigter Polypropylenwachse, funktionalisierte Polyethylenwachse, funktionalisierte Polypropylenwachse, Polyethylen/Amid, Polyethylentetrafluorethylen, Polyethylentetrafluorethylen/Amid und Polybutenwachse, wie sie von Allied Chemical und Petrolite Corporation kommerziell erhältlich sind, z. B. POLYWAX™ Polyethylenwachse, wie sie von Baker Petrolite kommerziell erhältlich sind, Wachsemulsionen, die von Michaelman, Inc. und der Daniels Products Company erhältlich sind, EPOLENE N-15™, kommerziell erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc., und VISCOL 550-P™, ein Polypropylen mit niedrigem gewichtsmittleren Molekulargewicht, das von Sanyo Kasei K. K. erhältlich ist; Wachse auf Pflanzenbasis wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs und Jojobaöl; Wachs auf tierischer Basis, wie Bienenwachs; Wachse auf Mineralbasis und Wachse auf Erdölbasis wie Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs wie Wachse, die bei der Destillation von Rohöl gewonnen werden, Siliconwachse, Mercaptowachse, Polyesterwachse, Urethanwachse; modifizierte Polyolefinwachse (wie ein Polyethylenwachs mit endständiger Carbonsäure oder ein Polypropylenwachs mit endständiger Carbonsäure); Fischer-Tropsch-Wachs; Esterwachse, die aus einer höheren Fettsäure und einem höheren Alkohol erhalten werden, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die aus einer höheren Fettsäure und einem einwertigen oder mehrwertigen niederen Alkohol erhalten werden, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat und Pentaerythritoltetrabehenat; Esterwachse, die aus einer höheren Fettsäure und mehrwertigen Alkohol-Multimeren erhalten werden, wie Diethylenglycolmonostearat, Dipropylenglycoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitanesterwachse von einer höheren Fettsäure wie Sorbitanmonostearat und Cholesterinesterwachse von einer höheren Fettsäure wie Cholesterylstearat ein. Zu Beispielen für funktionalisierte Wachse, welche verwendet werden können, gehören z. B. Amine, Amide, z. B. AQUA SUPERSLIP 6550™, SUPERSLIP 6530™, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, z. B. POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYSILK 19™, POLYSILK 14™, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte, Amidwachse wie aliphatische polare amidfunktionalisierte Wachse; aliphatische Wachse bestehend aus Estern von hydroxylierten ungesättigten Fettsäuren, z. B. MICROPERSION 19™, ebenfalls erhältlich von Micro Powder Inc., Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsionen, z. B. JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, alle erhältlich von SC Johnson Wax, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, die von Allied Chemical und Petrolite Corporation und SC Johnson Wax erhältlich sind. Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse können ebenfalls in Ausführungsformen verwendet werden. Wachse können z. B. als Aufschmelzwalzentrennmittel enthalten sein. In Ausführungsformen können die Wachse kristallin oder nichtkristallin sein.
In Ausführungsformen kann das Wachs Teilchen mit einer Größe von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm enthalten.
Lösungsmittel können zum Bilden des Latex, der das Harz auf biologischer Basis und unlösliche Materialien wie ein Pigment und/oder Wachs enthält, verwendet werden. Die Lösungsmittel können Ethylacetat, Methylethylketon, Dichlormethan, Hexan, Kombinationen davon, und dergleichen einschließen.
Die Lösungsmittel können in einer Menge von ungefähr 25 bis ungefähr 5000 Gew.-%, von ungefähr 50 bis ungefähr 2000 Gew.-% des Harzes, von ungefähr 100 bis ungefähr 500 Gew.-% des Harzes vorliegen.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete Emulsion kann auch Wasser, in Ausführungsformen deionisiertes Wasser (DIW), in Mengen von ungefähr 30 % bis ungefähr 95 %, von ungefähr 35 % bis ungefähr 80 % enthalten.
Die Teilchengröße der Emulsion kann von ungefähr 50 nm bis ungefähr 300 nm, von ungefähr 100 nm bis ungefähr 250 nm betragen.
Das Harz und unlösliche Komponenten, wie ein Pigment und/oder Wachs, können mit einer schwachen Base oder einem Neutralisationsmittel vermischt werden. Das Neutralisationsmittel kann zum Neutralisieren von Säuregruppen in den Harzen verwendet werden, somit kann ein Neutralisationsmittel hier auch als ein „basisches Neutralisationsmittel“ bezeichnet werden. Geeignete basische Neutralisationsmittel können sowohl anorganische basische Mittel als auch organische basische Mittel einschließen. Geeignete basische Mittel können Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxyid, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Lithiumhydroxid, Kaliumcarbonat, Kombinationen davon und dergleichen einschließen. Geeignete basische Mittel können auch monocyclische Verbindungen und polycyclische Verbindungen mit wenigstens einem Stickstoffatom wie z. B. sekundäre Amine einschließen, welche Aziridine, Azetidine, Piperazine, Piperidine, Pyridine, Bipyridine, Terpyridine, Dihydropyridine, Morpholine, N-Alkylmorpholine, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane, 1,8-Diazabicycloundecane, 1,8-Diazabicycloundecene, dimethylierte Pentylamine, trimethylierte Pentylamine, Pyrimidine, Pyrrole, Pyrrolidine, Pyrrolidinone, Indole, Indoline, Indanone, Benzindazone, Imidazole, Benzimidazole, Imidazolone, Imidazoline, Oxazole, Isoxazole, Oxazoline, Oxadiazole, Thiadiazole, Carbazole, Chinoline, Isochinoline, Naphthyridine, Triazine, Triazole, Tetrazole, Pyrazole, Pyrazoline und Kombinationen davon einschließen. In Ausführungsformen können die monocyclischen und polycyclischen Verbindungen unsubstituiert oder an einer beliebigen Kohlenstoffstellung an dem Ring substituiert sein.
Das basische Mittel kann in einer Menge von ungefähr 0,001 bis ungefähr 50 Gew.-%, von ungefähr 0,01 bis ungefähr 25 Gew.-%, von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Gew.-% des Harzes verwendet werden. Das Neutralisationsmittel kann in Form einer wässrigen Lösung oder als ein Feststoff zugegeben werden.
Bei Verwendung des vorstehenden basischen Neutralisationsmittels in Kombination mit einem Harz, das Säuregruppen besitzt, kann ein Neutralisationsverhältnis von ungefähr 25 % bis ungefähr 500 %, von ungefähr 50 % bis ungefähr 300 % erreicht werden. Das Neutralisationsverhältnis kann als das Molverhältnis von basischen Gruppen, die mit dem basischen Neutralisationsmittel bereitgestellt werden, zu den Säuregruppen, die in dem Harz vorhanden sind, multipliziert mit 100 % berechnet werden.
Die Zugabe des basischen Neutralisationsmittels kann den pH einer Emulsion, die ein Harz enthält, das Säuregruppen besitzt, von ungefähr 8 bis ungefähr 14, von ungefähr 9 bis ungefähr 11 anheben. Die Neutralisation der Säuregruppen kann die Bildung der Emulsion fördern.
Ein oberflächenaktiver Stoff kann zu dem Harz, einer unlöslichen Komponente wie einem Pigment und/oder Wachs, und einem Lösungsmittel zugegeben werden, um die Emulsion zu bilden.
Eine Harzemulsion kann einen, zwei oder mehr oberflächenaktive Stoffe enthalten. Die oberflächenaktiven Stoffe können ionische oberflächenaktive Stoffe oder nichtionische oberflächenaktive Stoffe sein. Der oberflächenaktive Stoff kann als ein Feststoff oder als eine Lösung mit einer Konzentration von ungefähr 5 % bis ungefähr 100 % (reiner oberflächenaktiver Stoff), von ungefähr 10 % bis ungefähr 95 Gew.-% zugegeben werden. Ein oberflächenaktiver Stoff kann so verwendet werden, dass er in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 20 Gew.-%, von ungefähr 0,1 bis ungefähr 16 Gew.-%, von ungefähr 1 bis ungefähr 14 Gew.-% des Harzes vorhanden ist.
Anionische oberflächenaktive Stoffe, welche verwendet werden können, schließen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und -sulfonate, Säuren wie Abietinsäure, erhältlich von Aldrich, NEOGEN R™, NEOGEN SC™, erhalten von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon und dergleichen ein. Weitere geeignete anionische oberflächenaktive Stoffe schließen in Ausführungsformen DOWFAX™ 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan) ein, welche verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate sind. Kombinationen von diesen oberflächenaktiven Stoffen und beliebigen der vorstehenden anionischen oberflächenaktiven Stoffe können in Ausführungsformen verwendet werden.
Zu Beispielen für die kationischen oberflächenaktiven Stoffe, welche gewöhnlich positiv geladen sind, gehören z. B. Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂, C₁₅, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halogenidsalze von quaternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL™ und ALKAQUAT™, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals, und dergleichen und Mischungen davon.
Zu Beispielen für nichtionische oberflächenaktive Stoffe, welche für die hier veranschaulichten Verfahren verwendet werden können, gehören z. B. Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxy-poly(ethylenoxy)-ethanol, erhältlich von Rhone-Poulenc als IGEPAL CA-210™, IGEPAL CA-520™, IGEPAL CA-720™, IGEPAL CO-890™, IGEPAL CO-720™ IGEPAL CO-290™, IGEPAL CA-210™, ANTAROX 890™ und ANTAROX 897™. Weitere Beispiele für geeignete nichtionische oberflächenaktive Stoffe können ein Blockcopolymer von Polyethylenoxid und Polypropylenoxid einschließen, einschließlich derjenigen, die kommerziell erhältlich sind als SYNPERONIC PE/F, in Ausführungsformen SYNPERONIC PE/F 108. Kombinationen von diesen oberflächenaktiven Stoffen und beliebigen der vorstehenden oberflächenaktiven Stoffe können in Ausführungsformen verwendet werden.
Anstelle der Zugabe einer unlöslichen Komponente, wie etwa eines Pigments oder Wachses, zu einer Tonerformulierung als eine getrennte Dispersion, kann die unlösliche Komponente in Harzlatexteilchen eingekapselt werden. Die unlösliche Komponente kann in dem Latex durch Coemulgieren des Pigments und/oder Wachses mit dem Harz auf biologischer Basis durch eine Emulgierung mit schneller Verdampfung des Lösungsmittels oder Phaseninversionsemulgierung (PIE) eingekapselt werden, welche ihrerseits lösungsmittelbasiert oder lösungsmittelfrei sein kann. Wenngleich die unlösliche Komponente als Teil der Wasserphase eingeführt werden kann, sollte die unlösliche Komponente sich in die organische Phase (das gelöste oder geschmolzene Harz) begeben und darin bleiben. Deshalb kann, sobald das Pigment und/oder Wachs in dem Harz eingeschlossen ist, das Pigment und/oder Wachs durch Aggregieren des Latex, der das Pigment und/oder Wachs enthält, erfolgreich in die Tonerteilchen eingearbeitet werden.
Es kann mehr als ein Harz beim Bilden des Latex verwendet werden. Wie vorstehend angemerkt, kann das Harz ein Harz auf biologischer Basis, gegebenenfalls in Kombination mit einem amorphen Harz und/oder einer Mischung aus amorphen und kristallinen Harzen, sein.
Die unlösliche Komponente kann als Teil der Wasserphase eingeführt werden. Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung kann somit das Inkontaktbringen von wenigstens einem Harz mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel zum Bilden einer Harzmischung, das Zugeben der Mischung in eine Wasserphase unter Homogenisierung zum Bilden einer Latexemulsion, wobei die Wasserphase eine Dispersion eines ansonsten unlöslichen Materials wie eine Pigmentdispersion oder Wachsdispersion, gegebenenfalls einen oberflächenaktiven Stoff, und gegebenenfalls ein Neutralisationsmittel zum Neutralisieren der Säuregruppen des Harzes einschließt, das Destillieren des Latex zum Entfernen einer Wasser/Lösungsmittel-Mischung in dem Destillat und das Herstellen eines Latex mit hoher Qualität einschließen.
In dem Emulgierungsverfahren können die Polyesterharze in einem Lösungsmittel in einer Konzentration von ungefähr 1 bis ungefähr 85 Gew.-%, von ungefähr 5 bis ungefähr 60 Gew.-% Harz in Lösungsmittel gelöst werden. Das Harz in einem Lösungsmittel kann als eine organische Phase oder eine organische Lösungsmittelphase bezeichnet werden.
Dann wird eine festgelegte Menge einer Baselösung (wie Ammoniumhydroxid) in eine Wasserphase, die DIW in Kombination mit einer Dispersion eines ansonsten unlöslichen Materials wie einer Pigmentdispersion oder Wachsdispersion enthält, zugegeben, gefolgt von dem Inkontaktbringen der organischen Lösungsmittelphase und der Wasserphase, um eine einheitliche Dispersion von Polyesterteilchen in Wasser durch Phaseninversion zu bilden. Die Lösungsmittel bleiben auf dieser Stufe sowohl in den Polyesterteilchen als auch in der Wasserphase. Durch Vakuumdestillation werden die Lösungsmittel abgestrippt.
Ein Rühren wird eingesetzt, wenn die Wasserphase und die organische Lösungsmittelphase in Kontakt gebracht werden. Die Wasserphase kann in die organische Lösungsmittelphase zugegeben werden oder umgekehrt. Es kann jede geeignete Rührvorrichtung verwendet werden. Das Rühren kann mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 Umdrehungen pro Minute (U/min) bis ungefähr 50000 U/min, von ungefähr 20 bis ungefähr 20000 U/min, von ungefähr 50 bis ungefähr 10000 U/min erfolgen. Das Rühren kann variiert werden. Zum Beispiel kann, wenn das Erwärmen der Mischung einheitlicher wird, die Rührgeschwindigkeit gesteigert werden. Ein Homogenisator (d. h. eine Vorrichtung mit hoher Scherung) kann verwendet werden, um die Emulsion zu bilden. Wenn er verwendet wird, kann ein Homogenisator mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3000 bis ungefähr 10000 U/min betrieben werden.
Im Anschluss an die Phaseninversion kann gegebenenfalls ein zusätzlicher oberflächenaktiver Stoff, Wasser und/oder eine wässrige alkalische Lösung zugegeben werden, um die phaseninvertierte Emulsion zu verdünnen, wenngleich dies nicht erforderlich ist.
Ungeachtet des verwendeten Verfahrens kann nach dem Entfernen des organischen Lösungsmittels das Pigment und/oder Wachs in Harzlatexteilchen eingekapselt werden, da die unlösliche Verbindung, wie das Pigment und/oder Wachs, eher in der organischen Phase (dem gelösten oder geschmolzenen Harz) als in der Wasserphase bleibt.
Die unlösliche Verbindung, die nun in dem Harz eingeschlossen ist, kann dann durch Aggregieren des die unlösliche Verbindung enthaltenden Latex in Tonerteilchen eingearbeitet werden.
Die emulgierten Harzteilchen in dem wässrigen Medium können eine Submikrongröße, z. B. von ungefähr 1 µm oder weniger, ungefähr 500 nm oder weniger, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm, von ungefähr 50 nm bis ungefähr 400 nm, von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm aufweisen. Eine Einstellung der Teilchengröße kann durch Modifizieren des Verhältnisses von Wasser zu Harz, des Neutralisationsverhältnisses, der Lösungsmittelkonzentration und der Lösungsmittelzusammensetzung vorgenommen werden.
Der Grobteilchengehalt des Latex der vorliegenden Erfindung kann ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-%, von ungefähr 0,1 bis ungefähr 3 Gew.-% betragen. Der Feststoffgehalt des Latex kann von ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-%, von ungefähr 20 bis ungefähr 40 Gew.-% betragen.
Das Molekulargewicht der Harzemulsionsteilchen kann von ungefähr 18000 bis ungefähr 26000 g/mol, von ungefähr 21500 bis ungefähr 25000 g/mol, von ungefähr 23000 bis ungefähr 24000 g/mol betragen.
Die resultierenden Harzteilchen in dem Latex können das Pigment in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Harzteilchens besitzen. Die resultierenden Harzteilchen in dem Latex können das Wachs in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Harzteilchens besitzen.
Sobald die Harzmischung mit Wasser in Kontakt gebracht worden ist, um eine Emulsion zu bilden, und das Lösungsmittel wie vorstehend beschrieben aus dieser Mischung entfernt worden ist, kann der resultierende Latex dann zum Bilden eines Toners durch jedes beliebige Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden. Die Latexemulsion kann mit anderen optionalen Harzen, Farbmitteln und/oder Wachsen, gegebenenfalls in einer Dispersion, und anderen Additiven in Kontakt gebracht werden, um einen ultratiefschmelzenden Toner durch ein geeignetes Verfahren, in Ausführungsformen ein Emulsionsaggregations- und Koaleszenzverfahren zu bilden.
Tonerteilchen können mit dem vorstehenden Latex, der harzverkapselte unlösliche Komponenten einschließt, durch jedes beliebige Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden. Wenngleich Ausführungsformen, die sich auf die Herstellung von Tonerteilchen beziehen, nachstehend unter Bezugnahme auf Emulsionsaggregationsverfahren beschrieben sind, kann jedes beliebige geeignete Verfahren zum Herstellen von Tonerteilchen verwendet werden, einschließlich chemischer Verfahren, wie Suspensions- und Einkapselungsverfahren.
In Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen durch Emulsionsaggregationsverfahren hergestellt werden, wie etwa ein Verfahren, welches das Aggregieren einer Mischung von einem optionalen Farbmittel, einem optionalen Wachs und beliebigen anderen gewünschten oder erforderlichen Additiven, und Emulsionen, die die vorstehend beschriebenen harzverkapselten Tonerkomponenten enthalten, gegebenenfalls in oberflächenaktiven Stoffen wie vorstehend beschrieben, und anschließend das Koaleszieren der Aggregatmischung einschließt.
Im Anschluss an die Herstellung der vorstehenden Mischung kann ein aggregierendes Mittel zu der Mischung zugegeben werden. Es kann jedes beliebige geeignete aggregierende Mittel zum Bilden eines Toners verwendet werden. Zu geeigneten aggregierenden Mitteln gehören z. B. wässrige Lösungen von einem zweiwertigen Kation- oder einem mehrwertigen Kationmaterial. Das aggregierende Mittel kann bei einer Temperatur, welche unter der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes liegt, zu der Mischung zugegeben werden.
Das aggregierende Mittel kann zu der zum Bilden eines Toners verwendeten Mischung in einer Menge von z. B. ungefähr 0 bis ungefähr 10 Gew.-%, von ungefähr 0,2 bis ungefähr 8 Gew.-%, von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung zugegeben werden.
Die Teilchen können aggregieren gelassen werden bis eine vorbestimmte gewünschte Teilchengröße erhalten wird. Eine vorbestimmte gewünschte Größe bezieht sich auf die gewünschte Teilchengröße, die erhalten werden soll, wie sie vor der Bildung bestimmt wird, wobei die Teilchengröße während des Wachstumsprozesses überwacht wird, bis eine solche Teilchengröße erreicht ist. Während des Wachstumsprozesses können Proben genommen und z. B. mit einem Coulter Counter auf die mittlere Teilchengröße hin analysiert werden. Die Aggregation kann somit vonstatten gehen durch Aufrechterhalten der erhöhten Temperatur oder langsames Anheben der Temperatur auf z. B. von ungefähr 40 °C bis ungefähr 100 °C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur während ungefähr 0,5 bis ungefähr 6 h, von ungefähr 1 bis ungefähr 5 h, während das Rühren beibehalten wird, um die aggregierten Teilchen bereitzustellen. Sobald die vorbestimmte gewünschte Teilchengröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess angehalten.
Sobald die gewünschte endgültige Größe der Tonerteilchen erreicht ist, kann der pH der Mischung mit einer Base auf einen Wert von ungefähr 3 bis ungefähr 10, und in Ausführungsformen von ungefähr 5 bis ungefähr 9 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann verwendet werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, d. h. anzuhalten. Die zum Anhalten des Tonerwachstums verwendete Base kann jede beliebige geeignete Base wie z. B. Alkalimetallhydroxide wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen einschließen. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) kann zugegeben werden, um das Einstellen des pH-Werts auf die vorstehend erwähnten gewünschten Werte zu unterstützen.
Die Größe der Teilchen beträgt ungefähr 2 bis ungefähr 12 µm, ungefähr 3 bis ungefähr 10 µm.
Nach der Aggregation, aber vor der Koaleszenz kann ein Harzüberzug auf die aggregierten Teilchen aufgebracht werden, um eine Hülle darüber zu bilden. Es kann jedes beliebige vorstehend beschriebene Harz als die Hülle verwendet werden. Ein amorpher Polyesterharzlatex wie vorstehend beschrieben kann in der Hülle enthalten sein. Der vorstehend beschriebene amorphe Polyesterharzlatex kann mit einem anderen Harz kombiniert werden und anschließend als ein Harzüberzug zu den Teilchen zugegeben werden, um eine Hülle zu bilden.
Es können mehrere Harze in beliebigen geeigneten Mengen verwendet werden.
Das Hüllenharz kann durch jedes beliebige Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, auf die aggregierten Teilchen aufgebracht werden.
Die Bildung der Hülle kann stattfinden, während auf eine Temperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 80 °C, von ungefähr 35 °C bis ungefähr 70 °C erwärmt wird. Die Bildung der Hülle kann während eines Zeitraums von ungefähr 5 min bis ungefähr 10 h, von ungefähr 10 min bis ungefähr 5 h stattfinden.
Die Hülle kann in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 80 Gew.-%, von ungefähr 10 bis ungefähr 40 Gew.-%, von ungefähr 20 bis ungefähr 35 Gew.-% der Tonerkomponenten vorhanden sein.
Im Anschluss an die Aggregation bis zu der gewünschten Teilchengröße und das Aufbringen einer optionalen Hülle können die Teilchen zu der endgültigen Form koalesziert werden, wobei die Koaleszenz z. B. durch Erwärmen der Mischung auf ungefähr 45 °C bis ungefähr 100 °C, von ungefähr 55 °C bis ungefähr 99 °C, welches eine Temperatur sein kann, die der Tg der verwendeten Harze entspricht oder darüber liegt, und/oder Verringern des Rührens, z. B. von ungefähr 1000 U/min auf ungefähr 100 U/min, von ungefähr 800 U/min auf ungefähr 200 U/min erreicht wird. Die Koaleszenz kann über einen Zeitraum von ungefähr 0,01 bis ungefähr 9 h, von ungefähr 0,1 bis ungefähr 4 h zustande gebracht werden.
Nach der Aggregation und/oder Koaleszenz kann die Mischung auf Raumtemperatur gekühlt werden. Das Kühlen kann schnell oder langsam sein, je nach Wunsch. Nach dem Kühlen können die Tonerteilchen gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und dann getrocknet werden.
Die Tonerteilchen können auch weitere optionale Additive, je nach Wunsch oder Erfordernis, enthalten. Zum Beispiel kann der Toner positive oder negative Ladungskontrollmittel enthalten, z. B. in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-%, von ungefähr 1 bis ungefähr 3 Gew.-% des Toners.
Nach der Bildung können auch äußerliche Additivteilchen mit den Tonerteilchen vermischt werden, einschließlich Fließhilfsmitteladditive, wobei diese Additive auf der Oberfläche der Tonerteilchen vorhanden sein können. Zu Beispielen für diese Additive gehören Metalloxide; kolloidale und amorphe Siliciumdioxide; Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren usw.
Jedes von diesen äußerlichen Additiven kann in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Gew.-%, von ungefähr 0,25 bis ungefähr 3 Gew.-% des Toners vorhanden sein, wenngleich die Menge der Additive außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Es wurde festgestellt, dass Toner, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine geringe Abstoßung der Pigmente und/oder Wachse aufweisen, welche andernfalls in dem zum Bilden der Tonerteilchen verwendeten Latex unlöslich wären. So können z. B. wenigstens ungefähr 80 Gew.-% des beim Bilden des Latex verwendeten Pigments oder Wachses in einem später mit dem Latex hergestellten Toner vorhanden sein, von ungefähr 90 Gew.-% bis ungefähr 100 Gew.-%, von ungefähr 92 Gew.-% bis ungefähr 98 Gew.-% des beim Bilden des Latex verwendeten Pigments oder Wachses können in einem später mit dem Latex hergestellten Toner vorhanden sein.
Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist. So wie es hier verwendet wird bezieht sich „Raumtemperatur (RT)“ auf eine Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 25 °C.
Beispiele
Vergleichsbeispiel 1
Herstellung eines Emulsionsaggregations(EA)-Toners, bei dem eine Pigmentdispersion getrennt in die Tonerformulierung zugegeben wurde. In einen 1000 ml-Glasbecher, der mit einem Magnetrührstab und einer Heizplatte ausgestattet war, wurden ungefähr 296,74 g einer Emulsion, die 100 Gew.-% eines Harzes auf biologischer Basis, hergestellt aus 50 % Isosorbid, 45 % Bernsteinsäure und 5 % Azelainsäure, enthielt, ungefähr 20,45 g einer Cyanpigmentdispersion (Pigment Blue 15:3) (17 Gew.-%) und ungefähr 2,91 g DOWFAX™ 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat (Dow Chemical Co. DE) (ungefähr 47 Gew.-%) zugegeben. Die vorstehende Mischung wurde unter Verwendung eines Eisbades auf ungefähr 8 °C gekühlt. Nachdem der pH auf ungefähr 4,2 eingestellt worden war, wurden ungefähr 22,29 g einer Al₂(SO₄)₃-Lösung (ungefähr 1 Gew.-%) unter Homogenisierung zugegeben. Die Temperatur der Mischung wurde auf ungefähr 17,9 °C erhöht, wobei mit ungefähr 900 U/min gerührt wurde. Die Teilchengröße wurde mit einem Coulter Counter überwacht, bis die Kernteilchen eine volumengemittelte Teilchengröße von ungefähr 5,83 µm mit einer volumengemittelten geometrischen Größenverteilung (GSDv) von ungefähr 1,27 erreichten.
Eine an diesem Punkt genommene Probe zeigte erkennbar eine starke Pigmentabstoßung.
Der pH der Reaktionsaufschlämmung wurde unter Verwendung von ungefähr 1,72 g EDTA (ungefähr 39 Gew.-%) und NaOH (ungefähr 4 Gew.-%) auf ungefähr 7,5 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren. Nach dem Einfrieren wurde die Reaktionsmischung auf ungefähr 40,7 °C erwärmt und der pH wurde zur Koaleszenz auf ungefähr 7,01 verringert. Der Toner wurde abgeschreckt und die endgültige Teilchengröße betrug ungefähr 5,48 µm, die GSDv ungefähr 1,33 und die Rundheit ungefähr 0,965.
Eine Probe der vorstehenden Toneraufschlämmung wurde genommen und in einer Glasphiole absetzen gelassen. Die Probe wies eine starke Pigmentabstoßung auf und ein Toner mit einer sehr hellen Farbe setzte sich am Boden der Phiole ab.
Beispiel 1
Herstellung von Latex mit in Bioharzteilchen eingekapseltem Pigment. Ungefähr 56,7 g des Harzes auf 100 % biologischer Basis, das vorstehend in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben ist, wurden in einen 2-Liter-Becher abgemessen, der ungefähr 500 g Dichlormethan (DCM) enthielt. Die Mischung wurde mit ungefähr 300 U/min bei RT gerührt, um das Harz in dem DCM zu lösen, wodurch eine Harzlösung gebildet wurde.
Ungefähr 21,16 g der vorstehend in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Cyanpigmentdispersion (ungefähr 17 Gew.-%, enthaltend 9 Teile pro Hundert (pph) eines verzweigten Natriumdodecylbenzolsulfonat-Tensids bzw. oberflächenaktiven Stoffs von Tayca Corporation (Japan)) wurden zusammen mit ungefähr 1,14 g Natriumhydrogencarbonat und ungefähr 2,41 g DOWFAX™ 2A1 in einen 3-Liter-Pyrexglaskolbenreaktor abgemessen, der ungefähr 300 g DIW enthielt, wobei eine wässrige Lösung gebildet wurde. Die Homogenisierung wurde mit einem IKA Ultra Turrax T50-Homogenisator, der mit ungefähr 4000 U/min betrieben wurde, gestartet. Die Harzlösung wurde dann langsam in die wässrige Lösung gegossen. Während die Mischung weiterhin homogenisiert wurde, wurde die Homogenisatorgeschwindigkeit auf ungefähr 8000 U/min erhöht und die Homogenisierung wurde ungefähr 30 min durchgeführt. Nach der Beendigung der Homogenisierung wurde der Glaskolbenreaktor in einen Heizmantel gestellt und mit einer Destillationsvorrichtung verbunden.
Die Mischung wurde mit ungefähr 200 U/min gerührt und die Temperatur der Mischung wurde mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 °C pro Minute auf ungefähr 50 °C erhöht, um das DCM aus der Mischung abzudestillieren. Das Rühren wurde bei ungefähr 50 °C ungefähr 180 min fortgesetzt, gefolgt von einem Kühlen mit ungefähr 2 °C pro Minute bis auf RT. Das Produkt wurde durch ein 25 µm-Sieb gesiebt.
Die resultierende Harzemulsion enthielt ungefähr 19,39 Gew.-% Feststoffe in Wasser, mit einer mittleren Teilchengröße von 141,2 nm.
Beispiel 2
Herstellung eines EA-Toners mit in einer Bioharzemulsion eingekapseltem Pigment. In einem 1000 ml-Glasbecher, der mit einem Magnetrührstab und einer Heizplatte ausgestattet war, wurden ungefähr 3,07 g DOWFAX™ 2A1 mit ungefähr 304,05 g des Latex von Beispiel 1, welcher das Harz auf biologischer Basis mit eingekapseltem Cyanpigment enthielt, vereinigt. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Eisbades auf ungefähr 8 °C gekühlt. Nachdem der pH der Komponenten auf ungefähr 4,2 eingestellt worden war, wurden ungefähr 23,02 g Al₂(SO₄)₃-Lösung unter Homogenisierung zugegeben. Die Temperatur der Mischung wurde auf ungefähr 19 °C erhöht, wobei mit ungefähr 900 U/min gemischt wurde. Die Teilchengröße wurde mit einem Coulter Counter überwacht, bis die Kernteilchen eine volumengemittelte Teilchengröße von ungefähr 6,15 µm mit einer GSDv von ungefähr 1,26 erreichten.
Eine an diesem Punkt genommene Probe wies eine klare Mutterlauge auf. Der pH der Reaktionsaufschlämmung wurde dann unter Verwendung von ungefähr 1,79 g EDTA und NaOH auf ungefähr 7,3 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren.
Nach dem Einfrieren wurde die Reaktionsmischung auf ungefähr 40,3 °C erwärmt und der pH betrug ungefähr 7. Der Toner wurde nach der Koaleszenz abgeschreckt und hatte eine endgültige Teilchengröße von ungefähr 5,48 µm, eine volumengemittelte geometrische Größenverteilung von ungefähr 1,26 und eine Rundheit von ungefähr 0,969.
Eine Probe der vorstehenden Toneraufschlämmung wurde genommen und in einer Glasphiole absetzen gelassen. Die Probe wies eine ziemlich klare Mutterlauge auf und der Toner hatte die erwartete Cyanfarbe und setzte sich am Boden ab.
Das Pigment auf organischer Basis blieb in den Latexteilchen und in dem Toner.
Beispiel 3
Herstellung eines Latex mit in Bioharzteilchen eingekapseltem Wachs. Ungefähr 69 g des Harzes auf biologischer Basis, das vorstehend in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben ist, wurden in einen 2-Liter-Becher abgemessen, der ungefähr 700 g DCM enthielt. Die Mischung wurde mit ungefähr 300 U/min bei RT gerührt, um das Harz in dem DCM zu lösen, wodurch eine Harzlösung gebildet wurde.
Ungefähr 36,45 g eines Polyethylenwachses, kommerziell erhältlich von IGI, in einer Dispersion (ungefähr 30,37 Gew.-%), und ungefähr 41,8 g der Cyanpigmentdispersion, die vorstehend in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben ist (ungefähr 17 Gew.-% enthaltend 9 Teile pro Hundert (pph) des verzweigten Natriumdodecylbenzolsulfonat-Tensids bzw. oberflächenaktiven Stoffs von Tayca Corporation) wurden zusammen mit ungefähr 1,1 g Natriumhydrogencarbonat und ungefähr 2,94 g DOWFAX™ 2A1 in einen 3-Liter-Pyrexglaskolbenreaktor abgemessen, der ungefähr 500 g DIW enthielt, wobei eine wässrige Lösung gebildet wurde. Die Homogenisierung wurde mit einem IKA Ultra Turrax T50-Homogenisator, der mit ungefähr 4000 U/min betrieben wurde, gestartet. Die Harzlösung wurde dann langsam in die wässrige Lösung gegossen. Während die Mischung weiter homogenisiert wurde, wurde die Homogenisatorgeschwindigkeit auf ungefähr 8000 U/min erhöht und die Homogenisierung wurde ungefähr 30 min durchgeführt.
Nach der Beendigung der Homogenisierung wurde der Glaskolbenreaktor in einen Heizmantel gestellt und mit einer Destillationsvorrichtung verbunden. Die Mischung wurde mit ungefähr 200 U/min gerührt und die Temperatur der Mischung wurde mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 °C pro min auf ungefähr 50 °C erhöht, um das DCM aus der Mischung abzudestillieren. Das Rühren der Mischung wurde bei ungefähr 50 °C ungefähr 150 min fortgesetzt, gefolgt von einem Kühlen mit ungefähr 2 °C pro min auf RT. Das Produkt wurde durch ein 25 µm-Sieb gesiebt. Die resultierende Harzemulsion enthielt ungefähr 14,26 Gew.-% Feststoffe in Wasser.
Beispiel 4
Herstellung eines EA-Toners mit dem in Harz eingekapselten Wachs. Ungefähr 3,59 g DOW-FAX™ 2A1 und ungefähr 391,13 g des Latex von Beispiel 3 wurden in einen 2-Liter-Glasreaktor zugegeben, der mit einem Überkopfrührer ausgestattet war. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Eisbades auf ungefähr 8 °C gekühlt und der pH wurde auf ungefähr 4,2 eingestellt. Ungefähr 46,79 g Al₂(SO₄)₃-Lösung wurden unter Homogenisierung zugegeben. Die Temperatur wurde auf ungefähr 17,1 °C erhöht, wobei mit ungefähr 300 U/min gerührt wurde. Die Teilchengröße wurde mit einem Coulter Counter überwacht, bis die Kernteilchen eine volumengemittelte Teilchengröße von ungefähr 4,78 µm erreichten, mit einer GSDv von 1,19. Ungefähr 150,48 g des gleichen Harzes auf biologischer Basis, das in Beispiel 3 verwendet wurde, in einer Emulsion (ungefähr 17,84 Gew.-%, ohne Wachs oder Pigment) wurden als Hülle zugegeben, was zu Teilchen mit ungefähr 6,21 µm und einer GSDv von ungefähr 1,23 führte.
Danach wurde der pH der Reaktionsaufschlämmung unter Verwendung von ungefähr 3,62 g EDTA und NaOH auf ungefähr 8 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren. Nach dem Einfrieren wurde die Reaktionsmischung auf ungefähr 40,3 °C erwärmt und der pH betrug ungefähr 7. Der Toner wurde nach der Koaleszenz abgeschreckt und wies eine endgültige Teilchengröße von ungefähr 9,44 µm und eine volumengemittelte GSD von ungefähr 1,35 auf.
Eine Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC) der Tonerprobe zeigte, dass ungefähr 11 % des Wachses in den Toner eingearbeitet war, verglichen mit 9 % Wachs, welches anfänglich in die Tonerformulierung gegeben wurde. Somit zeigte die DSC, nach dem Aggregieren des Wachs enthaltenden Latex, dass das IGI-Polyethylenwachs erfolgreich in den Toner eingearbeitet wurde.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Toners, der Tonerteilchen aufweist, wobei die Tonerteilchen durch Aggregieren und anschließendes Koaleszieren einer Mischung, die einen Latex umfasst, hergestellt werden, wobei der Latex, Harzteilchen umfasst, umfassend wenigstens ein Polyesterharz, das eine Komponente einkapselt, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Wachs, einem Pigment und Kombinationen davon, wobei das Polyesterharz gebildet ist aus Isosorbid und entweder Bernsteinsäure oder Azelainsäure, oder einer Mischung aus Bernsteinsäure und Azelainsäure.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach Anspruch 1, worin das Pigment in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 35 Gew.-% des Harzteilchens vorhanden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin das Wachs in einer Menge von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% des Harzteilchens vorhanden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Latex einen Feststoffgehalt von 5 % bis 50 % aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Latex eine Teilchengröße von 10 nm bis 500 nm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach Anspruch 1, worin die Komponente ein Wachs ist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach Anspruch 6, worin der Latex einen Feststoffgehalt von 5 % bis 50 % aufweist und worin der Latex eine Teilchengröße von 10 nm bis 500 nm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach Anspruch 1, worin die Komponente ein Pigment ist.