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Die vorliegende Erfindung offenbart Verfahren zum Herstellen von Tonerzusammensetzungen. Genauer gesagt werden hier Verfahren zum Herstellen von Tonern mit Ruß mit niedrigen Atomprozentwerten von Schwefel offenbart.
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Die Erzeugung und Entwicklung von Bildern auf der Oberfläche von fotoleitenden Materialien durch elektrostatische Mittel ist bekannt. Das grundlegende elektrofotografische Bilderzeugungsverfahren, wie es von C. F. Carlson in
US-Patent 2,297,691 gelehrt wird, umfasst das Aufbringen einer gleichmäßigen elektrostatischen Ladung auf eine fotoleitende Isolierschicht, die als Fotoleiter oder Fotorezeptor bezeichnet wird, das Aussetzen des Fotorezeptors einem Bild mit Licht und Schatten, um die Ladung auf den dem Licht ausgesetzten Bereichen des Fotorezeptors zu zerstreuen, und das Entwickeln des resultierenden elektrostatischen Latentbildes durch Abscheiden eines feinverteilten elektroskopischen Materials, das als Toner bezeichnet wird, auf dem Bild. Ein Toner umfasst typischerweise ein Harz und ein Farbmittel. Der Toner wird normalerweise von den Bereichen des Fotorezeptors angezogen, welche eine Ladung festhalten, wodurch ein Tonerbild erzeugt wird, das dem elektrostatischen Latentbild entspricht. Dieses entwickelte Bild kann dann auf ein Substrat wie Papier übertragen werden. Das übertragene Bild kann anschließend durch Wärme, Druck, eine Kombination von Wärme und Druck oder andere geeignete Fixiermittel wie Lösungsmittel oder eine Überzugsbehandlung permanent an dem Substrat fixiert werden.
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Der Fachmann kennt zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Tonern. Die Emulsionsaggregation (EA) ist ein solches Verfahren. Emulsionsaggregationstoner können beim Erzeugen von gedruckten und/oder xerografischen Bildern verwendet werden. Emulsionsaggregationsmethoden können die Bildung eines Emulsionslatex der Harzteilchen durch Erwärmen des Harzes, unter Verwendung einer Emulsionspolymerisation, umfassen, wie es z. B. im
US-Patent 5,853,943 offenbart ist.
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Schwarze Toner sind pigmentierte Polymerkomposite, welche genügend Ruß als das Pigment einsetzen, um nach der Übertragung und dem Aufschmelzen ein Bild mit den gewünschten Bildeigenschaften zu ergeben. Die Morphologie und Eigenschaften des Rußes können die Farbe und die elektrischen Ladungseigenschaften beeinflussen. Diese Eigenschaften ihrerseits können von der Gleichmäßigkeit der Dispersion des Rußes in dem Toner abhängen. In Emulsionsaggregationstonern ist Ruß in einer flüssigen Phase dispergiert und anschließend durch ein Aggregationsverfahren in das Polymer eingearbeitet. Es gibt keine mechanische Dispersion des Pigments und dennoch bleibt der Ruß in Phasen dispergiert, die chemisch unterschiedlich sind; das Ausmaß der Scherung, welche beim Vermischen der Tonerkomponenten angewandt werden kann, ist in einem Extruder relativ gering. Entsprechend hemmen hydrophile Oberflächenkomponenten an Ruß, wie etwa Sulfate und dergleichen, das einheitliche Vermischen des Rußes mit hydrophoben Polymerkomponenten.
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Ruß wird durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen hergestellt, welche häufig aus Erdöleinsatzmaterialien erhalten werden. Schwefel und von Schwefel abgeleitete Komponenten sind häufig Oberflächenkontaminanten in aus Erdöl gewonnenen Rußen. Ruß umfasst kugelförmige Teilchen aus elementarem Kohlenstoff, die zu Aggregaten verschmolzen sind. Die Hersteller steuern die Größe der Aggregate. Ruße für Toneranwendungen stimmen die Primärteilchengröße und Struktur ab, um Farbeigenschaften, die Leichtigkeit der Dispersion und einen kontrollierten elektrischen Widerstand zu regeln, um die Planung von Ladungseigenschaften zu ermöglichen. Die Hersteller haben in einigen Fällen ihre eigenen gesetzlich geschützten chemischen Modifikationen zum Ändern der Oberflächenchemie des Pigments entwickelt.
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Während bekannte Zusammensetzungen und Verfahren für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, besteht ein Bedarf für Toner mit reproduzierbareren Ladungseigenschaften. Außerdem besteht ein Bedarf für Toner, die Ruße enthalten, die niedrigere Gehalte an Oberflächenkontaminanten enthalten, welche die Ladungseigenschaften beeinflussen. Ferner besteht ein Bedarf für Verfahren zum Messen der Gehalte von Oberflächenkontaminanten auf in Tonern verwendeten Rußen. Zusätzlich besteht ein Bedarf für Toner, die Ruße mit niedrigeren Gehalten von schwefelhaltigen Oberflächenkontaminanten enthalten. Es besteht auch ein Bedarf für Toner, für die die Ladung über unterschiedliche Temperatur- und Feuchtigkeitszonen stabilisiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt bereit:
- (1) Ein Verfahren zum Herstellen von Tonerteilchen, welches umfasst:
(a) das Auswählen eines Rußes;
(b) das Messen des Schwefelgehalts an der Oberfläche des Rußes durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, um zu gewährleisten, dass der Schwefelgehalt an der Oberfläche nicht mehr als ungefähr 0,05 Atomprozent beträgt; und
(c) das Vermischen des Rußes mit einem Harz, um eine Tonerzusammensetzung zu erzeugen.
- (2) Ein Verfahren gemäß Punkt (1), wobei der Ruß einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm aufweist.
- (3) Ein Verfahren gemäß Punkt (1) oder (2), wobei der Ruß in dem Toner in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners vorhanden ist.
- (4) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (1)–(3), wobei der Ruß in dem Toner in einer Menge von ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners vorhanden ist.
- (5) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (1)–(4), wobei der Schwefelgehalt an der Oberfläche des Rußes, gemessen durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, nicht mehr als ungefähr 0,04 Atomprozent beträgt.
- (6) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (1)–(5), wobei der Schwefelgehalt an der Oberfläche des Rußes, gemessen durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, nicht mehr als ungefähr 0,03 Atomprozent beträgt.
- (7) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (1)–(6), wobei die Tonerteilchen durch ein Emulsionsaggregationsverfahren hergestellt werden.
- (8) Ein Verfahren zum Herstellen von Tonerteilchen, welches umfasst:
(a) das Auswählen eines Rußes;
(b) das Messen des Schwefelgehalts an der Oberfläche des Rußes durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, um zu gewährleisten, dass der Schwefelgehalt an der Oberfläche nicht mehr als 0,05 Atomprozent beträgt;
(c) das Erzeugen von Polyesterlatexteilchen durch das Mischen eines Polyesterharzes in der Schmelze in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels, gegebenenfalls das Zugeben eines oberflächenaktiven Stoffes zu dem Harz, und das Zugeben von einem basischen Mittel und Wasser zu dem Harz, um eine Emulsion von Harzteilchen zu bilden; und
(d) das Vermischen des Rußes mit den Polyesterlatexteilchen durch ein Emulsionsaggregationsverfahren, um eine Tonerzusammensetzung zu erzeugen.
- (9) Ein Verfahren gemäß Punkt (8), wobei der Ruß einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm aufweist.
- (10) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8) oder (9), wobei der Ruß in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners in dem Toner vorhanden ist.
- (11) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8)–(10), wobei der Ruß in einer Menge von ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners in dem Toner vorhanden ist.
- (12) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8)–(11), wobei der Schwefelgehalt an der Oberfläche des Rußes, gemessen durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, nicht mehr als ungefähr 0,04 Atomprozent beträgt.
- (13) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8)–(12), wobei der Schwefelgehalt an der Oberfläche des Rußes, gemessen durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, nicht mehr als ungefähr 0,03 Atomprozent beträgt.
- (14) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8)–(13), wobei ein oberflächenaktiver Stoff zu dem Harz zugegeben wird.
- (15) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (8)–(14), wobei im Anschluss an das Zugeben von einem basischen Mittel und Wasser zu dem Harz zum Bilden einer Emulsion von Harzteilchen, die Emulsion einen pH von ungefähr 11 bis ungefähr 13 aufweist.
- (16) Ein Verfahren zum Herstellen von Tonerteilchen, welches umfasst:
(a) das Auswählen eines Rußes;
(b) das Messen des Schwefelgehalts an der Oberfläche des Rußes durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie, um zu gewährleisten, dass der Schwefelgehalt an der Oberfläche nicht mehr als ungefähr 0,05 Atomprozent beträgt;
(c) das Erzeugen von Polyesterlatexteilchen durch:
(i) das Bereitstellen von wenigstens einem Polyesterharz, das wenigstens eine Säuregruppe besitzt, in einem Reaktionsgefäß;
(ii) das Neutralisieren der wenigstens einen Säuregruppe durch Inkontaktbringen des Harzes mit einer Base;
(iii) das Emulgieren des neutralisierten Harzes durch Inkontaktbringen des neutralisierten Harzes mit wenigstens einem oberflächenaktiven Stoff in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels, um eine Latexemulsion bereitzustellen, die Latexteilchen enthält; und
(iv) das kontinuierliche Gewinnen der Latexteilchen; und
(d) das Vermischen des Rußes mit den Polyesterlatexteilchen durch ein Emulsionsaggregationsverfahren, um eine Tonerzusammensetzung zu erzeugen.
- (17) Ein Verfahren gemäß Punkt (16), wobei die Base ausgewählt ist aus Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Lithiumhydroxid, Kaliumcarbonat, Triethylamin, Triethanolamin, Pyridin, Pyridinderivaten, Diphenylamin, Diphenylaminderivaten, Poly(ethylenamin), Poly(ethylenamin)derivaten oder Mischungen davon.
- (18) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (16) oder (17), wobei der Ruß einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm aufweist.
- (19) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (16)–(18), wobei der Ruß in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners in dem Toner vorhanden ist.
- (20) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (16)–(19), wobei der Ruß in einer Menge von ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners in dem Toner vorhanden ist.
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Der zur Verwendung in den hier offenbarten Tonern geeignete Ruß weist wünschenswerterweise relativ niedrige Gehalte an schwefelhaltigen Kontaminanten auf seiner Oberfläche auf. Idealerweise beträgt der Gehalt an schwefelhaltigen Kontaminanten auf der Oberfläche 0 Atomprozent. In einer Ausführungsform hat der Ruß nicht mehr als ungefähr 0,05 Atomprozent Schwefel, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,04 Atomprozent Schwefel, in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,03 Atomprozent Schwefel und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,02 Atomprozent Schwefel und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,01 Atomprozent Schwefel, wenngleich die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
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Der Schwefelgehalt an der Oberfläche kann durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) gemessen werden, eine Oberflächenanalysemethode, welche Elementaranalysen, Analysen des chemischen Zustands und quantitative Analysen bereitstellt. Durch Messen des Schwefelgehalts an der Oberfläche auf dem Ruß vor der Verwendung kann man feststellen, ob der Gehalt für die Verwendung in den hier offenbarten Tonern geeignet ist.
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Der für die hier offenbarten Toner geeignete Ruß kann jede beliebige gewünschte oder geeignete Teilchengröße aufweisen, in einer Ausführungsform wenigstens 100 Nanometer, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 120 nm, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 300 nm und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 200 nm, wenngleich die Teilchengröße außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Die Teilchengröße bezieht sich hier auf den volumengemittelten Durchmesser, gemessen unter Verwendung eines Messgeräts wie etwa eines Beckman Coulter Multisizer 3, das gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird. Eine repräsentative Probenahme kann wie folgt vonstatten gehen: eine kleine Menge einer Tonerprobe, ungefähr 1 Gramm, kann erhalten und durch ein 25-Mikrometer-Sieb filtriert werden, anschließend in isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von ungefähr 10% zu erhalten, wobei die Probe dann in einem Beckman Coulter Multisizer 3 gemessen wird.
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Der Ruß ist in dem Toner in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden, in einer Ausführungsform in einer Menge von wenigstens ungefähr 1 Gew.-% des Toners, und in einer anderen Ausführungsform in einer Menge von wenigstens ungefähr 2 Gew.-% des Toners, und in einer Ausführungsform in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-% des Toners und in einer anderen Ausführungsform in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 15 Gew.-% des Toners, wenngleich die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
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Falls es gewünscht wird, können auch andere Farbmittel wie Pigmente, Farbstoffe oder Mischungen davon zusammen mit dem Ruß in dem Toner vorhanden sein.
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Wenngleich es nicht gewünscht wird, dass man auf eine bestimmte Theorie beschränkt ist, wird angenommen, dass durch das Bereitstellen von Ruß mit niedrigen und reproduzierbaren Gehalten an schwefelhaltigen Kontaminanten auf seiner Oberfläche der Toner, der den Ruß enthält, in einigen Ausführungsformen reproduzierbarere triboelektrische Ladungswerte von Charge zu Charge aufweisen kann, wodurch das Erfordernis zum Variieren von anderen Additiven darin, wie etwa Ladungsadditiven, verringert oder eliminiert wird. Außerdem wird, wenngleich es nicht gewünscht wird, dass man auf eine bestimmte Theorie beschränkt ist, angenommen, dass durch das Bereitstellen von Ruß mit niedrigen und reproduzierbaren Gehalten an schwefelhaltigen Kontaminanten auf seiner Oberfläche der Ruß leichter in dem Tonerharz dispergiert werden kann, da viele schwefelhaltige Kontaminanten Wasser an die Teilchenoberfläche anziehen, wodurch sie sie hydrophil machen, während Tonerharze dazu neigen, hydrophob zu sein. Wenngleich es nicht gewünscht wird, dass man auf eine bestimmte Theorie beschränkt ist, wird außerdem angenommen, dass durch Bereitstellen von Ruß mit niedrigen und reproduzierbaren Gehalten an schwefelhaltigen Kontaminanten auf seiner Oberfläche und einer kleineren Teilchengröße des Rußes in einigen Ausführungsformen niedrigere Gehalte an Ruß in dem Toner verwendet werden können.
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Die hier offenbarten Toner können eine beliebige gewünschte Konfiguration aufweisen, wie etwa herkömmliche in der Schmelze vermischte Toner, eingekapselte Toner, Emulsionsaggregationstoner oder dergleichen. Emulsionsaggregationstoner werden hier ausführlicher beschrieben; es versteht sich, dass ähnliche Materialien in anderen Arten von Tonern, die im Fachgebiet bekannt sind, verwendet werden können, und dass die hier offenbarten Toner nicht auf Emulsionsaggregationstoner beschränkt sind.
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Herkömmliche Toner können durch jedes beliebige gewünschte Verfahren hergestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf bekannte Verfahren wie Mahlen in einer Kugelmühle, Sprühtrocknen, das Banbury-Verfahren, Extrusion oder dergleichen.
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Eingekapselte Toner können durch jedes beliebige gewünschte Verfahren hergestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf diejenigen, die in den
US-Patenten 6,365,312 und
4,937,167 offenbart sind.
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Harze
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Die hier offenbarten Toner können aus beliebigen gewünschten oder geeigneten Harzen hergestellt werden, die zur Verwendung beim Bilden eines Toners geeignet sind. Solche Harze können ihrerseits aus jedem beliebigen geeigneten Monomer oder Monomeren hergestellt werden. Zu geeigneten Monomeren, die zum Bilden des Harzes brauchbar sind, gehören Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylnitrile, Ester, Diole, Disäuren, Diamine, Diester, Diisocyanate, Mischungen davon und dergleichen, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
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Zu Beispielen für geeignete Polyesterharze gehören sulfonierte, nicht-sulfonierte, kristalline, amorphe, Kombinationen davon und dergleichen, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Die Polyesterharze können linear, verzweigt, Kombinationen davon und dergleichen sein. Polyesterharze können diejenigen Harze einschließen, die in den
US-Patenten 6,593,049 und
6,756,176 offenbart sind. Zu geeigneten Harzen gehören auch Mischungen von amorphen Polyesterharzen und kristallinen Polyesterharzen, wie sie in
US-Patent 6,830,860 offenbart sind.
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Zu weiteren Beispielen für geeignete Polyester gehören diejenigen, die durch Umsetzen eines Diols mit einer Disäure oder einem Diester in Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet werden. Zu geeigneten organischen Diolen zum Bilden eines kristallinen Polyesters gehören aliphatische Diole mit ungefähr 2 bis ungefähr 36 Kohlenstoffatomen, wie etwa 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol, Ethylenglycol, Kombinationen davon und dergleichen, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Das aliphatische Diol kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge ausgewählt werden, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 40 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 42 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 45 Molprozent, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 60 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 55 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 53 Molprozent, und das sulfo-aliphatische Diol mit einem Alkaligegenion kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge ausgewählt werden, in einer Ausführungsform 0 Molprozent und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 1 Molprozent und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 10 Molprozent und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 4 Molprozent des Harzes, wenngleich die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
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Zu Beispielen für geeignete organische Disäuren oder Diester zur Herstellung von kristallinen Harzen gehören Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Dodecandisäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, ein Diester oder Anhydrid davon, und dergleichen, sowie Kombinationen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Die organische Disäure kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge ausgewählt werden, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 40 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 42 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 45 Molprozent, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 60 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 55 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 53 Molprozent, wenngleich die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
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Zu Beispielen für geeignete kristalline Harze gehören Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen, und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Spezielle kristalline Harze können auf einem Polyester basieren, wie etwa Poly(ethylen-adipat), Poly(propylen-adipat), Poly(butylen-adipat), Poly(pentylen-adipat), Poly(hexylen-adipat), Poly(octylen-adipat), Polyethylen-succinat), Poly(propylen-succinat), Poly(butylen-succinat), Poly(pentylen-succinat), Poly(hexylen-succinat), Poly(octylen-succinat), Poly(ethylen-sebacat), Poly(propylen-sebacat), Poly(butylen-sebacat), Poly(pentylen-sebacat), Poly(hexylen-sebacat), Poly(octylen-sebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylen-adipat), Poly(decylen-sebacat), Poly(decylen-decanoat), Poly-(ethylen-decanoat), Poly-(ethylen-dodecanoat), Poly(nonylen-sebacat), Poly(nonylen-decanoat), Copoly(ethylen-fumarat)-copoly(ethylen-sebacat), Copoly(ethylen-fumarat)-copoly(ethylen-decanoat), Copoly(ethylen-fumarat)-copoly(ethylen-dodecanoat) und dergleichen, sowie Mischungen davon. Das kristalline Harz kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 5 Gew.-% der Tonerkomponenten, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 10 Gew.-% der Tonerkomponenten, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% der Tonerkomponenten, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 35 Gew.-% der Tonerkomponenten, wenngleich die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Das kristalline Harz kann jeden beliebigen gewünschten oder wirksamen Schmelzpunkt besitzen, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 30°C, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 50°C, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 120°C, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 90°C, wenngleich der Schmelzpunkt außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Das kristalline Harz kann jedes beliebige gewünschte oder wirksame zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn), gemessen durch Gelpermeationschromatografie (GPC), aufweisen, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 1000, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 2000 und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 50000, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 25000, wenngleich das Mn außerhalb dieser Bereiche liegen kann, und jedes beliebige gewünschte oder wirksame gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) aufweisen, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 2000 und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 3000 und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 100000, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 80000, wenngleich das Mw außerhalb dieser Bereiche liegen kann, bestimmt durch Gelpermeationschromatografie unter Verwendung von Polystyrolstandards. Die Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) des kristallinen Harzes kann jede beliebige gewünschte oder wirksame Zahl betragen, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 2 und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 3, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 6 und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 4, wenngleich die Molekulargewichtsverteilung außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
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Zu Beispielen für geeignete Disäure oder Diester zur Herstellung von amorphen Polyestern gehören Dicarbonsäuren, Anhydride oder Diester, wie Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat, und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Die organische Disäure oder der Diester können in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 40 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 42 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 45 Molprozent, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 60 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 55 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 53 Molprozent des Harzes, wenngleich die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
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Zu Beispielen für geeignete Diole zum Erzeugen von amorphen Polyestern gehören 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, Pentandiol, Hexandiol, 2,2-Dimethylpropandiol, 2,2,3-Trimethylhexandiol, Heptandiol, Dodecandiol, Bis(hydroxyethyl)-Bisphenol A, Bis(2-hydroxypropyl)-Bisphenol A, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol, Xyloldimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglycol, Dibutylenglycol und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Das organische Diol kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 40 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 42 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 45 Molprozent, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 60 Molprozent, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 55 Molprozent und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 53 Molprozent des Harzes, wenngleich die Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
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Zu Beispielen für geeignete amorphe Harze gehören Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen und dergleichen, sowie Mischungen davon. Zu speziellen Beispielen für amorphe Harze, welche verwendet werden können, gehören Poly(styrol-acrylat)-Harze, z. B. von ungefähr 10 Prozent bis ungefähr 70 Prozent vernetzt, Poly(styrol-acrylat)-Harze, Poly(styrol-methacrylat)-Harze, vernetzte Poly(styrol-methacrylat)-Harze, Poly(styrol-butadien)-Harze, vernetzte Poly(styrol-butadien)-Harze, sulfonierte Polyesterharze mit einem Alkaligegenion, verzweigte sulfonierte Polyesterharze mit einem Alkaligegenion, sulfonierte Polyimidharze mit einem Alkaligegenion, verzweigte sulfonierte Polyimidharze mit einem Alkaligegenion, sulfonierte Poly(styrol-acrylat)-Harze mit einem Alkaligegenion, vernetzte sulfonierte Poly(styrol-acrylat)-Harze mit einem Alkaligegenion, Poly(styrol-methacrylat)-Harze, vernetzte sulfonierte-Poly(styrol-methacrylat)-Harze mit einem Alkaligegenion, sulfonierte Poly(styrol-butadien)-Harze mit einem Alkaligegenion, vernetzte sulfonierte Poly(styrol-butadien)-Harze mit einem Alkaligegenion und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Sulfonierte Polyesterharze mit einem Alkaligegenion können in Ausführungsformen nützlich sein, wie etwa die Metall- oder Alkalisalze von Copoly(ethylen-terephthalat)-copoly(ethylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly(propylen-terephthalat)-copoly(propylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly(diethylen-terephthalat)-copoly(diethylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly(propylen-diethylen-terephthalat)-copoly(propylen-diethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylen-butylen-terephthalat)-copoly(propylen-butylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly(propoxyliertes Bisphenol A-fumarat)-copoly(propoxyliertes Bisphenol A-5-sulfoisophthalat) und dergleichen, sowie Mischungen davon.
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Es können auch ungesättigte Polyesterharze verwendet werden. Zu Beispielen für solche Harze gehören die im
US-Patent 6,063,827 offenbarten Harze. Zu beispielhaften ungesättigten Polyesterharzen gehören Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(butoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(1,2-propylenfumarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(butoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(1,2-propylenmaleat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(butoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(1,2-propylen-itaconat) und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
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Ein spezielles geeignetes amorphes Polyesterharz ist ein Poly(propoxyliertes Bisphenol A-co-fumarat)-Harz mit der folgenden Formel:
worin m von ungefähr 5 bis ungefähr 1000 betragen kann, wenngleich m außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Zu Beispielen für solche Harze und Verfahren zu ihrer Herstellung gehören die im
US-Patent 6,063,827 offenbarten Harze und Verfahren.
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Ebenfalls geeignet sind die Polyesterharze, die im
US-Patent 7,528,218 offenbart sind. Zu speziellen Beispielen für geeignete Harze gehören (1) die Polykondensationsprodukte von Mischungen der folgenden Disäuren:
und der folgenden Diole:
und (2) die Polykondensationsprodukte von Mischungen der folgenden Disäuren:
und der folgenden Diole:
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Zu geeigneten kristallinen Harzen gehören auch die in
US-Patent 7,329,476 offenbarten Harze. Ein spezielles geeignetes kristallines Harz umfasst Ethylenglycol und eine Mischung von Dodecandisäure- und Fumarsäure-Comonomeren mit der folgenden Formel:
worin b ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt und d ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt, wenngleich die Werte von b und d außerhalb dieser Bereiche liegen können. Ein weiteres geeignetes kristallines Harz hat die Formel
worin n die Zahl der sich wiederholenden Monomereinheiten bedeutet.
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Zu Beispielen für weitere geeignete Latexharze oder Polymere, welche verwendet werden können, gehören Poly(styrol-butadien), Poly(methylstyrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmeth-acrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylat-butadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren); Poly(styrol-propylacrylat), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-methacrylsäure), Poly(styrol-butadien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-methacrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril) und Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Die Polymere können Blockcopolymere, statistische Copolymere oder alternierende Copolymere, sowie Kombinationen davon sein.
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Emulgierung
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Die Emulsion zum Herstellen von Emulsionsaggregationsteilchen kann durch ein beliebiges gewünschtes oder wirksames Verfahren wie etwa ein lösungsmittelfreies Emulgierungsverfahren oder Phaseninversionsverfahren, wie es z. B. in den
US-Patentveröffentlichungen 2007/0141494 und
2009/0208864 offenbart ist, hergestellt werden.
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Ebenfalls geeignet zum Herstellen der Emulsion ist ein Verfahren, bei dem das Lösungsmittel schnell verdampft wird, wie es z. B. im
US-Patent 7,029,817 offenbart ist.
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Es kann auch jedes beliebige andere gewünschte oder wirksame Emulgierungsverfahren verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform ist das Harz ein Polyester und wird durch ein kontinuierliches, von organischem Lösungsmittel freies Emulgierungsverfahren hergestellt, wie es z. B. in den
US-Patentveröffentlichungen 2009/0208864 und
2009/0246680 offenbart ist.
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Toner
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Die Tonerteilchen können durch jedes beliebige gewünschte oder wirksame Verfahren hergestellt werden. Wenngleich Ausführungsformen, die sich auf die Tonerteilchenherstellung beziehen, nachstehend mit Bezug auf Emulsionsaggregationsverfahren beschrieben sind, kann jedes beliebige geeignete Verfahren zum Herstellen von Tonerteilchen verwendet werden, einschließlich chemischer Verfahren, wie Suspensions- und Einkapselungsverfahren, die in den
US-Patenten 5,290,654 und
5,302,486 offenbart sind. Tonerzusammensetzungen und Tonerteilchen können durch Aggregations- und Koaleszenzverfahren hergestellt werden, in denen Harzteilchen von geringer Größe zu der passenden Tonerteilchengröße aggregiert und anschließend koalesziert werden, um die endgültige Tonerteilchenform und -morphologie zu erreichen.
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Tonerzusammensetzungen können durch Emulsions-Aggregations-Verfahren hergestellt werden, welche das Aggregieren einer Mischung aus dem Ruß, einem optionalen Wachs, beliebigen anderen gewünschten oder erforderlichen Additiven, und Emulsionen, die die vorstehend beschriebenen ausgewählten Harze, gegebenenfalls in oberflächenaktiven Stoffen, enthalten, und anschließend das Koaleszieren der Aggregatmischung einschließen. Eine Mischung kann durch Zugeben des Rußes und gegebenenfalls eines Wachses oder anderer Materialien, welche ebenfalls gegebenenfalls in einer Dispersion(en), die einen oberflächenaktiven Stoff enthält bzw. enthalten, vorliegen können, zu der Emulsion hergestellt werden, welche auch eine Mischung aus zwei oder mehr Emulsionen sein kann, die das Harz enthalten.
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Wachs
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Gegebenenfalls kann auch ein Wachs mit dem Harz und anderen Tonerkomponenten beim Bilden von Tonerteilchen vereinigt werden. Wenn es enthalten ist, kann das Wachs in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 1 Gew.-% und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 5 Gew.-%, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-%, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 20 Gew.-%, wenngleich die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Zu Beispielen für geeignete Wachse gehören diejenigen, die z. B. ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 500, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 1000 und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 20000, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 10000, aufweisen, wenngleich das gewichtsmittlere Molekulargewicht außerhalb dieser Bereiche liegen kann, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Zu Beispielen für geeignete Wachse gehören Polyolefine wie Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutenwachse, einschließlich derjenigen, die von Allied Chemical und Petrolite Corporation kommerziell erhältlich sind, z. B. POLYWAXTM Polyethylenwachse von Baker Petrolite, Wachsemulsionen, die von Michaelman, Inc. und Daniels Products Company erhältlich sind, EPOLENE N-15TM, das von Eastman Chemical Products, Inc., kommerziell erhältlich ist, und VISCOL 500-PTM, ein Polypropylen mit niedrigem gewichtsmittleren Molekulargewicht, das von Sanyo Kasei K. K. erhältlich ist, und dergleichen; Wachse auf Pflanzenbasis, wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs, Jojobaöl und dergleichen; Wachse auf tierischer Basis, wie Bienenwachs und dergleichen; Wachse auf Mineralbasis und Wachse auf Erdölbasis, wie etwa Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs, Fischer-Tropsch-Wachs, und dergleichen; Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und höheren Alkoholen erhalten werden, wie Stearylstearat, Behenylbehenat und dergleichen; Esterwachse, die aus einer höheren Fettsäure und einwertigen oder mehrwertigen niederen Alkoholen erhalten werden, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythritol-tetrabehenat und dergleichen; Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholmultimeren erhalten werden, wie Diethylenglycolmonostearat, Dipropylenglycoldistearat, Diglyceryldistearat, Triglyceryltetrastearat, und dergleichen, Sorbitanesterwachse von einer höheren Fettsäure, wie Sorbitanmonostearat und dergleichen; und Cholesterolesterwachse von einer höheren Fettsäure, wie Cholesterylstearat und dergleichen; und dergleichen sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Zu Beispielen für geeignete funktionalisierte Wachse gehören Amine, Amide, z. B. AQUA SUPERSLIP 6550TM, SUPERSLIP 6530TM, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, z. B. POLYFLUO 190TM, POLYFLUO 200TM, POLYSILK 19TM, POLYSILK 14TM, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, z. B. MICROSPERSION 19TM erhältlich von Micro Powder Inc., Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsionen, z. B. JONCRYL 74TM, 89TM, 130TM, 537TM und 538TM, alle erhältlich von SC Johnson Wax, chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical und Petrolite Corporation und SC Johnson Wachs, und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Es können auch Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse verwendet werden. Wachse können z. B. als Aufschmelzwalzentrennmittel enthalten sein. Wenn es enthalten ist, kann das Wachs in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge, in einer Ausführungsform in einer Menge von wenigstens ungefähr 1 Gew.-%, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 5 Gew.-%, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-%, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 20 Gew.-%, vorhanden sein, wenngleich die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
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Bildung einer Hülle
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Anschließend kann eine optionale Hülle auf die gebildeten aggregierten Tonerteilchen aufgebracht werden. Jedes beliebige vorstehend beschriebene Harz, das für das Kernharz geeignet ist, kann als das Hüllenharz verwendet werden. Das Hüllenharz kann auf die aggregierten Teilchen durch jedes beliebige gewünschte oder wirksame Verfahren aufgebracht werden. Zum Beispiel kann das Hüllenharz in einer Emulsion vorliegen, die einen oberflächenaktiven Stoff enthält. Die vorstehend beschriebenen aggregierten Teilchen können mit der Hüllenharzemulsion vereinigt werden, so dass das Hüllenharz eine Hülle über den gebildeten Aggregaten bildet. In einer speziellen Ausführungsform kann ein amorpher Polyester verwendet werden, um eine Hülle über den Aggregaten zu bilden, um Tonerteilchen mit einer Kern-Hülle-Konfiguration zu bilden.
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Optionale Additive
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Die Tonerteilchen können je nach Wunsch auch andere optionale Additive enthalten. Zum Beispiel kann der Toner positive oder negative Ladungskontrollmittel in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge enthalten, in einer Ausführungsform in einer Menge von wenigstens ungefähr 0,1 Gew.-% des Toners, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 1 Gew.-% des Toners, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 10 Gew.-% des Toners, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 3 Gew.-% des Toners, wenngleich Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können. Zu Beispielen für geeignete Ladungskontrollmittel gehören quartäre Ammoniumverbindungen, einschließlich Alkylpyridiniumhalogenide; Bisulfate; Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich der in
US-Patent 4,298,672 offenbarten Alkylpyridiniumverbindungen; organische Sulfat- und Sulfonatzusammensetzungen, einschließlich der in
US-Patent 4,338,390 offenbarten Zusammensetzungen; Cetylpyridiniumtetrafluorborate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie BONTRON E84
TM oder E88
TM (Hodogaya Chemical); und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Solche Ladungskontrollmittel können gleichzeitig mit dem optionalen Hüllenharz, das vorstehend beschrieben ist, aufgebracht werden, oder nach dem Aufbringen des optionalen Hüllenharzes aufgebracht werden.
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Es können mit den Tonerteilchen auch äußerliche Additivteilchen, einschließlich Fließhilfsmitteladditive, vermischt werden, welche auf den Oberflächen der Tonerteilchen vorhanden sein können. Zu Beispielen für diese Additive gehören Metalloxide, wie Titanoxid, Siliciumoxid, Zinnoxid und dergleichen, sowie Mischungen davon; kolloidale und amorphe Siliciumdioxide wie AEROSIL
®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinnstearat, Aluminiumoxide, Ceroxide und dergleichen, sowie Mischungen davon, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Jedes von diesen äußerlichen Additiven kann in jeder beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorhanden sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,1 Gew.-% des Toners, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,25 Gew.-% des Toners, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 5 Gew.-% des Toners, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 3 Gew.-% des Toners, wenngleich Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können. Zu geeigneten Additiven gehören die in den
US-Patenten 3,590,000 ,
3,800,588 und
6,214,507 offenbarten Additive, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Wiederum können diese Additive gleichzeitig mit einem vorstehend beschriebenen optionalen Hüllenharz aufgebracht werden oder nach dem Aufbringen eines optionalen Hüllenharzes aufgebracht werden.
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Die Tonerteilchen können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerteilchen können mit Trägerteilchen vermischt werden, um eine Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu erzielen. Die Tonerkonzentration in dem Entwickler kann jede beliebige gewünschte oder wirksame Konzentration sein, in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 1 Gew.-%, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 2 Gew.-%, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 25 Gew.-%, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Entwicklers, wenngleich Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
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Die Tonerteilchen weisen eine Rundheit von in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,920, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,940, in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,962 und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 0,965, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,999, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,990, und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 0,980 auf, wenngleich der Wert außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Eine Rundheit von 1,000 bedeutet eine vollkommen runde Kugel. Die Rundheit kann z. B. mit einem Sysmex FPIA 2100-Analysator gemessen werden.
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Emulsionsaggregationsverfahren ergeben eine größere Kontrolle über die Verteilung von Tonerteilchengrößen und können die Menge von sowohl feinen als auch groben Tonerteilchen in dem Toner beschränken. Die Tonerteilchen können eine relativ enge Teilchengrößenverteilung mit einer niedrigeren geometrischen Standardabweichung des Zahlenverhältnisses (number ratio geometric standard deviation) (GSDn) von in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 1,15, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 1,18, und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 1,20, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 1,40, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 1,35, in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 1,30, und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 1,25 aufweisen, wenngleich der Wert außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
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Die Tonerteilchen können einen volumengemittelten Durchmesser (auch als ”volumengemittelten Teilchendurchmesser” oder ”D50v” bezeichnet) von in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 3 μm, in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 4 μm und in noch einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 5 μm, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 25 μm, in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 15 μm und in noch einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 12 μm aufweisen, wenngleich der Wert außerhalb dieser Bereiche liegen kann. D50v, GSDv und GSDn können unter Verwendung eines Messgeräts wie eines Beckman Counter Multisizer 3, das gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird, bestimmt werden. Eine repräsentative Probenahme kann wie folgt erfolgen: eine kleine Menge einer Tonerprobe, ungefähr 1 Gramm, kann erhalten und durch ein 25-Mikrometer-Sieb filtriert werden, anschließend in eine isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von ungefähr 10% zu erhalten, wobei die Probe dann in einem Beckman Coulter Multisizer 3 gemessen wird.
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Die Tonerteilchen können einen Formfaktor von in einer Ausführungsform wenigstens ungefähr 105, und in einer anderen Ausführungsform wenigstens ungefähr 110, und in einer Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 170, und in einer anderen Ausführungsform nicht mehr als ungefähr 160, SF1*a, aufweisen, wenngleich der Wert außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) kann zum Bestimmen der Formfaktoranalyse der Toner durch SEM und Bildanalyse (IA) verwendet werden. Die mittleren Teilchenformen werden durch Einsatz der folgenden Formfaktor (SF1*a)-Formel quantifiziert: SF1*a = 100πd2/(4A), wobei A die Fläche des Teilchens ist und d seine Hauptachse ist. Ein vollkommen rundes oder kugelförmiges Teilchen hat einen Formfaktor von genau 100. Der Formfaktor SF1*a nimmt zu, wenn die Form irregulärer oder länglicher mit einer höheren Oberfläche wird.
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Die charakteristischen Eigenschaften der Tonerteilchen können durch jede beliebige geeignete Methode und Apparatur bestimmt werden und sind nicht auf die vorstehend angegebenen Geräte und Methoden beschränkt.
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In Ausführungsformen, bei denen das Tonerharz vernetzbar ist, kann ein solches Vernetzen auf jede beliebige gewünschte oder wirksame Weise durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Tonerharz während des Aufschmelzens des Toners auf das Substrat vernetzt werden, wenn das Tonerharz bei der Aufschmelztemperatur vernetzbar ist. Das Vernetzen kann auch durch Erwärmen des aufgeschmolzenen Bildes auf eine Temperatur, bei der das Tonerharz vernetzt wird, z. B. in einem Arbeitsgang nach dem Aufschmelzen, bewirkt werden. In speziellen Ausführungsformen kann das Vernetzen bei Temperaturen von in einer Ausführungsform ungefähr 160°C oder weniger, in einer anderen Ausführungsform von ungefähr 70°C bis ungefähr 160°C, und in noch einer anderen Ausführungsform von ungefähr 80°C bis ungefähr 140°C bewirkt werden, wenngleich Temperaturen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen beschrieben. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Beispiel 1
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Ruße, die von verschiedenen Herstellern und verschiedenen Lieferanten oder Chargennummern für diese Hersteller erhalten wurden, wurden durch Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) auf die Gehalte von Schwefel auf der Oberfläche hin analysiert. Die obersten 2 bis 5 Nanometer der Oberfläche der Probe und ein Bereich mit ungefähr 1 Millimeter Durchmesser wurden analysiert. Die Probe wurde der Röntgenquelle durch Bestäuben eines leitfähigen Kupferbandes mit den Pulvern präsentiert. Die Nachweisgrenzen der Methode betrugen ungefähr 0,1 Atomprozent für die obersten 2 bis 5 nm. Die quantitativen Analysen wiesen eine Genauigkeit innerhalb von 5% des gemessenen Wertes für Hauptbestandteile und 10% des gemessenen Werts für Nebenbestandteile auf.
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Die gemessen Rußproben waren REGAL 330, CABOT-Ruß Charge #TPX1067 und CABOT-Ruß Charge #TPX1337, erhalten von Cabot, Billerica, MA, NIPEX 35, erhalten von Evonik Carbon Black GmbH, Rodenbacher, Chaussee 4, Deutschland (Germany) und NIPEX 35, erhalten von Evonik Industries, Belpre, OH. Die Ergebnisse waren wie folgt:
Probe | Hersteller | Atomprozent Kohlenstoff | Atomprozent Sauerstoff | Atomprozent Schwefel |
REGAL 330 CB | Cabot | 98,92 | 0,68 | 0,40 |
NIPEX 35 | Evonik Germany | 99,76 | 0,19 | 0,04 |
NIPEX 35 | Evonik Ohio | 99,33 | 0,36 | 0,31 |
TPX1067 | Cabot | 99,15 | 0,57 | 0,28 |
TPX1337 | Cabot | 99,48 | 0,48 | 0,03 |
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Wie die Ergebnisse zeigen, sind NIPEX 35, erhalten von Evonik Germany, mit 0,04 Atomprozent Schwefel, und Cabot TPX1337, mit 0,03 Atomprozent Schwefel, für die Verwendung mit den hier offenbarten Tonern geeignet.
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Beispiel II
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Ein schwarzer Emulsionsaggregationstoner wird im 20-Gallonen-Pilotmaßstab (11 g trockener theoretischer Toner) hergestellt. Die Emulsion A eines amorphen Polyesters enthält eine Polyesterharzemulsion mit einem Mw von ungefähr 19400, einem Mn von ungefähr 5000 und einem Tg-Onset von ungefähr 60°C, und ungefähr 35% Feststoffe. Die Emulsion B eines amorphen Polyesters enthält eine Polyesterharzemulsion mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht (Mw) von ungefähr 86000, einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von ungefähr 5600, einer Onset-Glasübergangstemperatur (Tg-Onset) von ungefähr 56°C und ungefähr 35% Feststoffen. Die kristalline Polyesteremulsion enthält eine Polyesterharzemulsion mit einem Mw von ungefähr 23300, einem Mn von ungefähr 10500, einer Schmelztemperatur (Tm) von ungefähr 71°C und ungefähr 35,4% Feststoffen. Beide amorphe Harze haben die Formel
worin m ungefähr 5 bis ungefähr 1000 beträgt. Das kristalline Harz hat die Formel
worin b ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt und d ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt. Zwei amorphe Emulsionen (7 kg amorpher Polyester A und 7 kg amorpher Polyester B), enthaltend 2% oberflächenaktiven Stoff (DOWFAX 2A1), 2 kg kristalline Emulsion, enthaltend 2% oberflächenaktiven Stoff (DOWFAX 2A1), 3 kg Wachs (IGI), 6 kg NIPEX 35 Ruß, erhältlich von Evonik Germany, mit einem Gehalt von 0,04 Atomprozent Schwefel an der Oberfläche, gemessen durch XPS durch das in Beispiel I beschriebene Verfahren, und 917 g Cyanpigment (Pigment Blue 15:3 Dispersion, ungefähr 17% Feststoffe, erhältlich von Sun Chemical Corporation) werden in dem Reaktor vermischt, gefolgt vom Einstellen des pH-Werts auf 4,2 unter Verwendung von 0,3M Salpetersäure. Die Aufschlämmung wird anschließend durch einen Cavitron-Homogenisator mit Verwendung einer Umwälzungsschleife insgesamt 60 Minuten homogenisiert, wobei während der ersten 8 Minuten das Koagulationsmittel, bestehend aus 2,96 g Al
2(SO
4)
3 vermischt mit 36,5 g entionisiertem Wasser, inline zugegeben wird. Die Reaktor-U/min wird von 100 U/min auf ein eingestelltes Mischen bei 300 U/min erhöht, sobald das ganze Koagulationsmittel zugegeben ist. Die Aufschlämmung wird dann bei einer Chargentemperatur von 42°C aggregiert. Während der Aggregation wird eine Hülle, welche die gleichen amorphen Emulsionen wie im Kern umfasst, mit Salpetersäure auf einen pH von 3,3 eingestellt und zu der Charge zugegeben. Danach wird die Charge weiter erwärmt, um die angestrebte Teilchengröße zu erreichen. Sobald die angestrebte Teilchengröße erreicht ist, wird der Aggregationsschritt mit einer pH-Einstellung auf 7,8 unter Verwendung von NaOH und EDTA eingefroren. Das Verfahren läuft ab, wobei die Reaktortemperatur angehoben wird, um 85°C zu erreichen. Bei der gewünschten Temperatur wird der pH unter Verwendung von Natriumacetat/Essigsäure-Puffer mit pH 5,7 auf 6,8 eingestellt, bei dem die Teilchen zu koaleszieren beginnen. Nach ungefähr 2 Stunden erreichen die Teilchen > 0,965 und werden durch Kühlung unter Verwendung eines Wärmetauschers abgeschreckt. Der Toner wird mit drei Waschungen mit entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur gewaschen und unter Verwendung eines Aljet ”Thermajet”-Trockners Modell 4 getrocknet.
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Beispiel III
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Eine Vormischung aus ungefähr 1,9% 0,02M HNO3, ungefähr 24,7% eines Latexkerns, enthaltend ein Styrol/n-Butylacrylat/β-Carboxyethylacrylat-Copolymer in einem Verhältnis von ungefähr 74:23:3, ungefähr 12,2% einer Latexhülle, enthaltend ein Styrol/n-Butylacrylat/β-Carboxyethylacrylat-Copolymer in einem Verhältnis von ungefähr 74:23:3, ungefähr 6,7% NIPEX 35 Ruß, erhältlich von Evonik Germany, mit einem Gehalt von 0,04 Atomprozent Schwefel an der Oberfläche, gemessen durch XPS durch das in Beispiel I beschriebene Verfahren, und ungefähr 54,5% entioniertes Wasser werden in einen Doppelschneckenextruder (ZSK25, hergestellt von Coperion) mittels einer Druckpumpe zur Aggregation und Koaleszenz injiziert. Das Länge/Durchmesser(L/D)-Verhältnis des Extruders beträgt ungefähr 53 und das Schnecken-L/D-Verhältnis beträgt ungefähr 54,16. Die Schneckenkonfiguration weist eine Förderschnecke, gefolgt von neutralen Knetelementen, rechtsgängigen Knetelementen, neutralen Knetblöcken, linksgängigen Knetelementen und Förderelementen mit kleiner Steigung auf, um Belastung, Spannung, Verweilzeit und das Pumpen der Vormischungsmaterialien zu regeln. Die Zufuhrrate wird von ungefähr 48 g/min auf ungefähr 97 g/min eingestellt und die Temperatur beträgt ungefähr 40–100°C. Die Schneckengeschwindigkeit variiert von ungefähr 200–800 U/min. Die Größe der Harzteilchen wird gemessen unter Verwendung eines FPIA2100, hergestellt von Sysmex Corporation. Die Teilchen wachsen von einer Anfangsteilchengröße von ungefähr 0,μ u bis ungefähr 2,53 μ. Bei einer höheren Schneckengeschwindigkeit und Zufuhrrate erfolgt ein besseres Wachstum der Teilchen und die Teilchen bleiben suspendiert.
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Beispiel IV
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Eine schwarze Entwicklerzusammensetzung wird wie folgt hergestellt. 92 Gewichtsteile eines Styrol-n-butylmethacrylatharzes, 6 Gewichtsteile NIPEX 35-Ruß, erhältlich von Evonik Germany, mit einem Gehalt von 0,04 Atomprozent Schwefel an der Oberfläche, gemessen durch XPS durch das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren, und 2 Gewichtsteile Cetylpyridiniumchlorid werden in einem Extruder in der Schmelze gemischt, wobei die Düse auf einer Temperatur zwischen ungefähr 130–145°C gehalten wird und die Zylindertemperatur im Bereich von ungefähr 80–100°C liegt, gefolgt von einer Mikronisierung und Luftklassierung, um Tonerteilchen mit einer Größe von 12 μ als volumengemitteltem Durchmesser zu erhalten. Anschließend werden Trägerteilchen hergestellt durch Beschichten eines Hoeganoes Anchor Steel-Kerns mit einem Teilchendurchmesserbereich von ungefähr 75–150 Mikrometer, erhältlich von Hoeganoes Company, in Lösung mit 0,4 Gewichtsteilen einer Beschichtung, umfassend 20 Gewichtsteile Vulcan-Ruß, erhältlich von Cabot Corporation, homogen dispergiert in 80 Gewichtsteilen eines Chlortrifluorethylen-Vinylchlorid-Copolymers, kommerziell erhältlich als OXY 461 von Occidental Petroleum Company, wobei die Beschichtung aus einem Methylethylketon-Lösungsmittel in Lösung aufgebracht wird. Der schwarze Entwickler wird anschließend durch Vermischen von 97,5 Gewichtsteilen der beschichteten Trägerteilchen mit 2,5 Gewichtsteilen des Toners in einem Lodige Blender während ungefähr 10 Minuten hergestellt, was zu einem Entwickler mit einem Toner führt, der eine positive triboelektrische Ladung aufweist.
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Beispiel V
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Ein durch Wärme aufschmelzbarer mikroverkapselter Toner wird durch die folgende Arbeitsweise hergestellt. In eine 250 ml-Polyethylenflasche werden 15,3 g Styrolmonomer, 61,3 g n-Butylmethacrylatmonomer, 22,4 g Copolymer, umfassend ungefähr 52 Gew.-% Styrol und 48 Gew.-% n-Butylmethacrylat, und 21,0 g einer Mischung aus NIPEX 35-Ruß, erhältlich von Evonik Germany, mit einem Gehalt von 0,04 Atomprozent Schwefel an der Oberfläche, gemessen durch XPS durch das in Beispiel I beschriebene Verfahren, vordispergiert in einem Styrol/n-Butylmethacrylat-Copolymer, umfassend 65 Gew.-% Styrol und 35 Gew.-% n-Butylmethacrylat, gegeben, wobei das Pigment zu Copolymer-Verhältnis 50/50, bezogen auf das Gewicht, beträgt. Das Polymer und Pigment werden 24–48 h an einem Burrell-Schüttler (Burrell wrist shaker) in das Monomer hinein dispergiert. Sobald die pigmentierte Monomerlösung homogen war, wird 19,0 g Terephthaloylchlorid, 3,066 g 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) und 0,766 g 2,2'-Azobisisobutyronitril durch Schütteln der Flaschen an einem Burrell-Schüttler während 10 Minuten in die Mischung hinein dispergiert. In einem 2 l-Edelstahlbecher, enthaltend 600 ml 0,5% Polyvinylalkohollösung, Mw 96000, 88% hydrolysiert, und 0,1% Natriumdodecylsulfat, wird die pigmentierte Monomerlösung mit einem Brinkmann PT45/80-Homogenisator und einer PTA-35/4G-Sonde bei 10000 U/min 3 mm dispergiert. Die Dispersion wird in einem kalten Wasserbad bei 15°C durchgeführt. Anschließend wird die Dispersion in einen 2 l-Glasreaktor überführt, der mit einem mechanischen Rührer und einem Ölbad unter dem Becher ausgestattet ist. Während die Lösung kräftig gerührt wird, wird eine wässrige Lösung von 11,0 g 1,6-Hexandiamin, 13,0 g Natriumcarbonat und 100 ml destilliertem Wasser in den Reaktor gegossen und die Mischung wird 2 h bei Raumtemperatur gerührt. Während dieser Zeit erfolgt die Grenzflächenpolymerisation unter Bildung einer nichtvernetzten Polyamidhülle um das Kernmaterial herum. Während immer noch gerührt wird, wird das Volumen der Reaktionsmischung mit 1,0% Polyvinylalkohollösung auf 1,5 l erhöht und eine wässrige Lösung, enthaltend 1,0 g Kaliumiodid, gelöst in 10,0 ml destilliertem Wasser, wird zugegeben. Der pH der Lösung wird mit verdünnter Chlorwasserstoffsäure auf pH 7–8 eingestellt und anschließend wird 12 h auf 85°C erwärmt, während immer noch gerührt wird. Während dieser Zeit erfolgt eine freie radikalische Polymerisation des monomeren Materials, um die Bildung des polymeren Kerns zu vervollständigen. Die Lösung wird anschließend auf Raumtemperatur gekühlt und 10-mal mit destilliertem Wasser gewaschen, indem die Teilchen durch Schwerkraft absetzen gelassen werden. Die Teilchen werden feucht durch 425 und 250 μ-Siebe gesiebt und anschließend sprühgetrocknet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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