DE102013204967B4

DE102013204967B4 - Verfahren zum herstellen von tonerpartikeln

Info

Publication number: DE102013204967B4
Application number: DE102013204967.6A
Authority: DE
Inventors: Yulin Wang; Kimberly Nosella; David Kurceba; Santiago Faucher
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: JP6063781B2; JP2013205843A; US8735033B2; US20130260310A1; DE102013204967A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Tonerpartikeln, das umfasst:a) Mischen einer Zusammensetzung, die eine Emulsion aus amorphem Harz, optional eine Emulsion aus kristallinem Harz, optional eine Wachsemulsion und zumindest eine Farbstoffemulsion umfasst, um eine Verbundemulsion zu bilden;b) Hinzufügen eines Aggregationsmittels zur Verbundemulsion, um ein Gemisch zu bilden, und Bilden von voraggregierten Partikeln, indem das Gemisch einem akustischen Mischvorgang bei einer g-Kraft von 50 g bis 100 g unterzogen wird, wobei das akustische Mischen bei einer Temperatur von 0 °C bis 50 °C erfolgt;c) Aggregieren der voraggregierten Partikel und optional Bilden einer Schale auf den aggregierten Partikeln, um emulsionsaggregierte Tonerpartikel zu bilden.

Description

Die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zum Herstellen von Emulsionsaggregationstonerpartikeln für Emulsionsaggregationstoner (EA-Toner), die sich für elektrostatographische Vorrichtungen eignen.
EA-Toner-Verfahren beinhalten das Koagulieren einer Kombination aus Emulsionen, d. h. Emulsionen, die, jeweils unabhängig voneinander oder d. h., dass sie gleich oder unterschiedlich sein können, ein Latex, ein Wachs, ein Pigment und dergleichen enthalten, mit einem Flockungsmittel wie Polyaluminiumchlorid und/oder Aluminiumsulfat, um eine Aufschlämmung aus primären Aggregaten zu bilden, die danach einem kontrollierten Aggregationsverfahren unterzogen wird. Der Feststoffgehalt dieser primären Aufschlämmung gibt den Gesamtdurchsatz des EA-Toner-Verfahrens vor. Auch wenn ein sogar noch höherer Feststoffgehalt wünschenswert sein kann, kann dies aufgrund der hohen Viskosität der Emulsionen und eines schlechten Vermischens, was zur Bildung von inakzeptablen primären Aggregaten führt (hoher Grobpartikelgehalt), schwierig zu erreichen sein.
Bei derzeitigen EA-Toner-Verfahren ist die Zugabe von Flockungsmittel während des Homogenisierens mit einem IKA Homogenisator für die Produktion im kleinen Maßstab oder durch einen Cavitron In-line-Homogenisator für die Produktion im großen Maßstab erforderlich. Unabhängig vom Maßstab ist die Homogenisierung notwendig, um eine gut verteilte Flockungsmittelzugabe zu gewährleisten, die zu kleinen Partikelgrößen, engen Verteilungen und einem Grobpartikelgehalt (> 16 pm) von < 1 % führt. Dies führt dann zu einem Endtonerprodukt, das der Spezifikation für Grobpartikel (> 16 pm) von < 1 % entspricht. Im Herstellungsmaßstab nimmt der Homogenisierungsschritt für gewöhnlich mindestens 60 bis 90 min in Anspruch, wodurch sich eine Gesamtproduktionszeit für EA-Toner von 8 h ergibt. Andere Nachteile bei dem derzeitigen Verfahren sind unter anderem Fehler im Zusammenhang mit der Flockungsmittelzugabe, wenn das Flockungsmittel über einen Homogenisator eingepumpt wird. Häufig ist die Einpumprate des Flockungsmittels zu schnell oder es kommt zu Leckagen. Darüber hinaus erzeugt der derzeitige Rotor-Stator-Homogenisator eine Hitze von ungefähr 10 bis 15 °C. Somit ist es wünschenswert, die Homogenisierungszeit zu verkürzen (entweder, indem die großen Agglomerate nicht produziert werden, oder durch Finden eines effektiveren Verfahrens zur Flockungsmittelverteilung), um die Toner-Gesamtzykluszeit und die aufgewendete Energie zu verringern. Es ist darüber hinaus wünschenswert, die Herstellungskosten für solche Toner zu senken und umweltfreundlichere Verfahren zu finden, und zwar durch Verringern der Flockungsmittelleckage.
US 2010/0266949 A1 offenbart ein Verfahren, umfassend die Schritte des Schmelzmischen eines Harzes in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels; gegebenenfalls Zugabe eines Tensids zum Harz; Zugabe eines oder mehrerer zusätzlicher Bestandteile einer Tonerzusammensetzung zu dem Harz, um eine Mischung zu bilden; Zugabe eines basischen Mittels und von Wasser zu dem Gemisch; Unterwerfen der Mischung einer akustischen Mischung bei einer Frequenz von etwa 15 Hertz bis etwa 2000 Hertz, um eine Emulsion zu bilden; Durchführen einer Phasenumkehrung, um eine phasenumgekehrte Emulsion zu erzeugen, die eine disperse Phase einschließt, die geschmolzenes Harz und die optionalen Bestandteile der Tonerzusammensetzung umfasst; Verfestigung von tonergroßen Tröpfchen aus der dispersen Phase zu Tonerpartikeln; und Rückgewinnung der Tonerpartikel, wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von etwa 2 Mikrometer bis etwa 12 Mikrometer haben.
DE 10 2011 002 593 A1 betrifft einen hellmagentafarbenen Toner, umfassend mindestens ein Harz, ein optionales Wachs und mindestens ein magentafarbenes Farbmittel, das ein oder mehrere magentafarbene Farbmittel in Kombination mit mindestens einem Farbton einstellenden Farbmittel umfasst, das Licht mit Wellenlängen von etwa 400 bis etwa 500 Nanometern absorbiert. D2 offenbart in den Arbeitsbeispielen weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Toners, wobei ein Homogenisierer verwendet wird. Genauer gesagt wird ein IKA Ultra Turrax T 50 Homogenisierer verwendet.
Verbesserte Verfahren für die Herstellung von Tonern, bei denen die Anzahl von Stufen und Materialien verringert ist, bleiben wünschenswert. Das akustische Mischen ist ein neuer Ansatz für das Mischen und Dispergieren von Materialien, von Nanopartikelsuspensionen hin zu viskosen Gelen. Es unterscheidet sich von der üblichen Flügelradagitation, die bei einem Planetenmischer oder Schnellmischer sowie beim Ultraschallmischen zur Anwendung kommt. niederfrequente, hochintensive akustische Energie wird verwendet, um ein einheitliches Scherfeld im gesamten Mischgefäß zu bilden. Das Ergebnis ist eine schnelle Fluidisierung (wie ein Wirbelbett) und Dispergierung von Material. Die Erfindung schlägt ein neues und effektives Verfahren zur Flockungsmittelverteilung und ein Verfahren für das Aufbrechen von Tonerpartikeln mithilfe eines akustischen Mischers unter Verwendung von niederfrequenter, hochintensiver akustischer Energie vor. Durch Verwendung eines akustischen Mischers können die Toneraufschlämmung und das Flockungsmittel miteinander vermischt werden und es kann eine gute Flockungsmittelverteilung in fünf (5) Minuten erzielt werden, wodurch die Tonerzykluszeit drastisch um ungefähr 17,8 % gesenkt wird. Darüber hinaus stehen akustische Mischer in diversen Größen zur Verfügung, vom Benchtop-Model (ungefähr 500 ml) bis hin zum Herstellungsmaßstab (30 Gallonen) (113,56 1), wodurch die Einbindung dieses Prozesses sowohl für Produktionen im kleinen als auch im großen Maßstab ermöglicht wird.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, dass das Flockungsmittel jetzt vor dem akustischen Mischen direkt zur Aufschlämmung hinzugefügt wird, wodurch die Notwendigkeit, Flockungsmittel über einen Homogenisator einzupumpen, verringert wird. An sich gibt es auch keine Leckage, da Material nicht durch die Ausrüstung fließen muss. Ferner erzeugt der akustische Mischer keinerlei Hitze und somit kann dieses Verfahren bei wärmeempfindlichen Materialien herangezogen werden.
Bei Ausführungsformen wird ein Verfahren für die Herstellung von Tonerpartikeln bereitgestellt, das umfasst:

a) Mischen einer Zusammensetzung, die eine Emulsion aus amorphem Harz, optional eine Emulsion aus kristallinem Harz, optional eine Wachsemulsion und zumindest eine Farbstoffemulsion umfasst, um eine Verbundemulsion zu bilden;
b) Hinzufügen eines Aggregationsmittels zur Verbundemulsion, um ein Gemisch zu bilden und Bilden von voraggregierten Partikeln, indem das Gemisch einem akustischen Mischvorgang bei einer g-Kraft von 50 g bis 100 g unterzogen wird, wobei das akustische Mischen bei einer Temperatur von 0°C bis 50°C erfolgt; c) Aggregieren der voraggregierten Partikel und optional Bilden einer Schale auf den aggregierten Partikeln, um emulsionsaggregierte Tonerpartikel zu bilden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Herstellung von Tonerpartikeln bereitgestellt, das umfasst: a) Mischen einer Zusammensetzung, die eine Emulsion aus amorphem Harz, eine optionale Emulsion aus kristallinem Harz, eine optionale Wachsemulsion bzw. zumindest eine Farbstoffemulsion umfasst, um eine Verbundemulsion zu bilden; b) Hinzufügen eines Aggregationsmittels zur Verbundemulsion, um voraggregierte Partikel zu bilden, indem das Gemisch einem akustischen Mischvorgang bei einer g-Kraft von ungefähr 90 g bis ungefähr 100 g unterzogen wird; c) Aggregieren der Partikel; und optional d) Bilden einer Schale auf den Partikeln, um einen emulsionsaggregierten Toner zu bilden, wobei während des Verfahrens zur Herstellung von Tonerpartikeln keine Hitze erzeugt wird.

1 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toners zeigt.
2 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toners zeigt.
3 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toners zeigt.
4 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toners zeigt.
5 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß bisherigen Prozessen hergestellten Vergleichstoners zeigt; und
6 ist ein Graph, der eine Partikelgrößenverteilung (Zahl und Volumen) eines gemäß bisherigen Prozessen hergestellten Vergleichstoners zeigt.

Harze
Bei den Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann jedes Tonerharz verwendet werden. Solche Harze können wiederum mithilfe eines geeigneten Polymerisationsverfahrens aus einem oder mehreren beliebigen Monomeren hergestellt werden. Bei Ausführungsformen kann das Harz mit einem Verfahren hergestellt werden, bei dem es sich nicht um Emulsionspolymerisation handelt. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Harz mithilfe von Kondensationspolymerisation hergestellt werden.
Bei Ausführungsformen kann das Harz ein Polyester, Polyimid, Polyolefin, Polyamid, Polycarbonat, Epoxidharz und/oder Copolymere davon sein. Bei Ausführungsformen kann das Harz ein amorphes Harz, ein kristallines Harz und/oder ein Gemisch aus kristallinen und amorphen Harzen sein. Das kristalline Harz kann in dem Gemisch aus kristallinen und amorphen Harzen beispielsweise in einer Menge von 0 bis ungefähr 50 Gew.-% des Gesamttonerharzes, bei Ausführungsformen von 5 bis ungefähr 35 Gew.-% des Tonerharzes, vorhanden sein. Das amorphe Harz kann in dem Gemisch beispielsweise in einer Menge von ungefähr 50 bis ungefähr 100 Gew.-% des Gesamttonerharzes, bei Ausführungsformen von 95 bis ungefähr 65 Gew.-% des Tonerharzes, vorhanden sein.
Bei Ausführungsformen kann das amorphe Harz aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, einem Polyamid, einem Polyimid, einem Polystyrolacrylat, einem Polystyrolmethacrylat, einem Polystyrolbutadien oder einem Polyesterimid und Mischungen davon, ausgewählt sein. Bei Ausführungsformen kann das kristalline Harz aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, einem Polyamid, einem Polyimid, einem Polyethylen, einem Polypropylen, einem Polybutylen, einem Polyisobutyrat, einem Ethylenpropylencopolymer oder einem Ethylenvinylacetatcopolymer und Mischungen davon, ausgewählt sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Harz ein kristallines Polyesterharz und/oder ein amorphes Polyesterharz sein. Bei Ausführungsformen kann das Polymer, das zur Bildung des Harzes verwendet wird, ein Polyesterharz sein, einschließlich der in den US-Patenten US 6593049 B1 und US 2004/0063020 A1 beschriebenen Harze. Geeignete Harze können darüber hinaus ein Gemisch aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz umfassen, wie in US 2004 / 0 142 266 A1 beschrieben.
Bei Ausführungsformen kann das Harz ein Polyesterharz sein, das durch Reagieren eines Diols mit einer Disäure in der Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet wurde. Geeignete organische Diole für die Bildung eines kristallinen Polyesters umfassen aliphatische Diole mit ungefähr 2 bis ungefähr 36 Kohlenstoffatomen, wie 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, Ethylenglykol, Kombinationen davon und dergleichen. Das aliphatische Diol kann beispielsweise in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-%, des Harzes ausgewählt sein.
Beispiele für organische Disäuren oder Diestern für die Herstellung der kristallinen Harze umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Dodecandisäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalen-2,6-dicarboxylsäure, Naphthalen-2,7-dicarboxylsäure, Cyclohexandicarboxylsäure, Malonsäure und Mesakonsäure, einem Diester oder einem Anhydrid davon und Kombinationen davon. Die organische Disäure kann beispielsweise in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-%, ausgewählt sein.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylencopolymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polypropylen, Mischungen davon und dergleichen. Spezifische kristalline Harze können auf Polyester basieren, beispielsweise Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuccinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebacat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), alkalisches Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Poly(decylensebacat), Poly(decylendecanoat), Poly(ethylendecanoat), Poly(ethylendodecanoat), Poly(nonylensebacat), Poly(nonylendecanoat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylensebacat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendecanoat) und Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendodecanoat). Das kristalline Harz kann in einer Menge von beispielsweise ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-% der Tonerkomponenten vorhanden sein, bei Ausführungsformen von ungefähr 10 bis ungefähr 35 Gew.-% der Tonerkomponenten.
Das kristalline Harz kann verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, beispielsweise ungefähr 30 °C bis ungefähr 120 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 50 °C bis ungefähr 90 °C. Das kristalline Harz kann ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn), gemessen mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), von beispielsweise ungefähr 1000 bis ungefähr 50.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 2000 bis ungefähr 25.000, und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw), ermittelt mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrolstandards, von beispielsweise ungefähr 2000 bis ungefähr 100.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 3000 bis ungefähr 80.000, aufweisen. Die Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) des kristallinen Harzes kann beispielsweise ungefähr 2 bis ungefähr 6, bei Ausführungsformen von ungefähr 3 bis ungefähr 4, betragen.
Beispiele für Disäure oder Diester für die Herstellung von amorphen Polyestern umfassen Dicarboxylsäuren oder - diester wie Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinanhydrid, Glutarsäure, Glutaranhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat und Kombinationen davon. Die organische Disäure oder der organische Diester kann beispielsweise in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-% des Harzes, bei Ausführungsformen von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-% des Harzes, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-% des Harzes, vorhanden sein.
Beispiele für Diole, die bei der Herstellung des amorphen Polyesters verwendet werden, umfassen 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, Diethylenglykol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglykol, Dibutylen und Kombinationen davon. Die Menge des ausgewählten organischen Diols kann variieren und kann beispielsweise in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol-% des Harzes, bei Ausführungsformen von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol-% des Harzes, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol-% des Harzes, vorhanden sein.
Bei Ausführungsformen können die Polykondensationskatalysatoren bei der Bildung der Polyester verwendet werden. Polykondensationskatalysatoren, die für den kristallinen und/oder amorphen Polyester verwendet werden können, umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide wie Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinne wie Dibutylzinndilaurat und Dialkylzinnoxidhydroxide wie Butylzinnoxidhydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinnoxid oder Kombinationen davon. Solche Katalysatoren können in Mengen von beispielsweise ungefähr 0,01 Mol-% bis ungefähr 5 Mol-% auf Basis der Ausgangsdisäure oder des Ausgangsdiesters, der zur Bildung des Polyesterharzes verwendet wurde, herangezogen werden.
Bei Ausführungsformen umfassen geeignete amorphe Harze Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylencopolymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polypropylen, Mischungen davon und dergleichen. Beispiele für amorphe Harze, die verwendet werden können, umfassen alkalisulfonierte Polyesterharze, verzweigte alkalisulfonierte Polyesterharze, alkalisulfonierte Polyimidharze und verzweigte alkalisulfonierte Polyimidharze. Alkalisulfonierte Polyesterharze können bei Ausführungsformen nützlich sein, beispielsweise die Metall- oder Alkalisalze von Copoly(ethylenterephthalat)-copoly(ethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenterephthalat)-copoly(propylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(diethylenterephthalat)-copoly(diethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylendiethylenterephthalat)-copoly(propylendiethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenbutylenterephthalat)-copoly(propylenbutylen-5-sulfoisophthalat) und Copoly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(propoxyliertes Bisphenol A-5-sulfoisophthalat) .
Bei Ausführungsformen kann ein ungesättigtes amorphes Polyesterharz als Latexharz verwendet werden. Beispiele für solche Harze umfassen die im US-Patent Nr. US 6063827 A offenbarten. Beispielhafte ungesättigte amorphe Polyesterharze sind Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(butyloxyliertes 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(butyloxyliertes 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(butyloxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(1,2-propylenitaconat) und Kombinationen davon, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Das amorphe Harz kann verschiedene Glasübergangstemperaturen (Tg) aufweisen, beispielsweise ungefähr 40 °C bis ungefähr 100 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 50 °C bis ungefähr 70 °C. Das kristalline Harz kann ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von beispielsweise ungefähr 1000 bis ungefähr 50.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 2000 bis ungefähr 25.000, und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (M_w), ermittelt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) unter Verwendung von Polystyrolstandards, von beispielsweise ungefähr 2000 bis ungefähr 100.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 3000 bis ungefähr 80.000, aufweisen. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann beispielsweise ungefähr 2 bis ungefähr 6, bei Ausführungsformen von ungefähr 3 bis ungefähr 4, betragen.
Bei Ausführungsformen kann ein geeignetes amorphes Polyesterharz ein Poly(propoxyliertes Bisphenol A-co-fumarat)-Harz mit der folgenden Formel (1) sein:
wobei m ungefähr 5 bis ungefähr 1000, bei Ausführungsformen ungefähr 10 bis ungefähr 500, bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 15 bis ungefähr 200, sein kann. Beispiele für solche Harze und Verfahren zu deren Herstellung umfassen die in der US 6,063,827 A offenbarten.
Ein Beispiel für ein lineares Propoxyliertes-Bisphenol-A-Fumarat-Harz, das als Tonerharz verwendet werden kann, ist unter dem Handelsnamen SPARII von Resana S/A Industries Quimicas, Sao Paulo, Brasilien erhältlich. Weitere Propoxyliertes-Bisphenol-A-Fumarat-Harze, die verwendet können und im Handel erhältlich sind, umfassen GTUF und FPESL-2 von Kao Corporation, Japan, sowie EM181635 von Reichhold, Research Triangle Park, North Carolina, und dergleichen.
Geeignete kristalline Harze, die wie oben beschrieben optional in Kombination mit einem amorphen Harz verwendet werden können, umfassen die in der US 2006/0222991 A1 offenbarten. Bei Ausführungsformen kann ein geeignetes kristallines Harz ein Harz umfassen, das aus Ethylenglykol und einem Gemisch aus Dodecandisäure- und Fumarsäurecomonomeren gebildet wurde, mit der folgenden Formel:
wobei b ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt und d ungefähr 5 bis ungefähr 2000 beträgt.
Beispielsweise kann ein Poly(propoxyliertes Bisphenol A-co-fumarat)-Harz der Formel I, wie oben beschrieben, bei Ausführungsformen mit einem kristallinen Harz der Formel II kombiniert werden, um ein Harz zu bilden, das sich für die Herstellung eines Toners eignet.
Beispiele für geeignete Tonerharze oder -polymere, die verwendet werden können, umfassen jene auf Basis von Styrolen, Acrylaten, Methacrylaten, Butadienen, Isoprenen, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrilen und Kombinationen davon. Beispielhafte zusätzliche Harze oder Polymere umfassen Poly(styrolbutadien), Poly(methylstyrolbutadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylatbutadien), Poly(propylmethacrylatbutadien), Poly(butylmethacrylatbutadien), Poly(methylacrylatbutadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylatbutadien), Poly(butylacrylatbutadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrolisopren), Poly(methylmethacrylatisopren), Poly(ethylmethacrylatisopren), Poly(propylmethacrylatisopren), Poly(butylmethacrylatisopren), Poly(methylacrylatisopren), Poly(ethylacrylatisopren), Poly(propylacrylatisopren), Poly(butylacrylatisopren); Poly(styrolpropylacrylat), Poly(styrolbutylacrylat), Poly(styrolbutadienacrylsäure), Poly(styrolbutadienmethacrylsäure), Poly(styrolbutadienacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatmethacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylonitril) und Poly(styrolbutylacrylatacrylonitrilacrylsäure) und Kombinationen davon, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Dass Polymer kann Block-, statische oder alternierende Copolymere sein.
Bei Ausführungsformen können die Harze Polyesterharze mit einer Glasübergangstemperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 80 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 35 °C bis ungefähr 70 °C, umfassen. Bei weiteren Ausführungsformen können die im Toner verwendeten Harze eine Schmelzviskosität von ungefähr 10 bis ungefähr 1.000.000 Pa*S bei ungefähr 130 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 20 bis ungefähr 100.000 Pa*S, aufweisen.
Ein, zwei oder mehr Tonerharze können verwendet werden. Bei Ausführungsformen, bei denen zwei oder mehr Tonerharze verwendet werden, können die Tonerharze in einem beliebigen geeigneten Verhältnis (z. B. Gewichtsverhältnis) vorliegen, beispielsweise zu ungefähr 10 % (erstes Harz)/90 % (zweites Harz) bis ungefähr 90 % (erstes Harz)/10 % (zweites Harz).
Bei Ausführungsformen kann das Harz mithilfe von Emulsionsaggregationsverfahren gebildet werden. Bei Verwendung solcher Verfahren kann das Harz in einer Harzemulsion vorliegen, die danach mit anderen Komponenten und Zusatzstoffen kombiniert werden kann, um einen Toner der vorliegenden Offenbarung zu bilden.
Das Polymerharz kann in einer Menge von ungefähr 65 bis ungefähr 95 Gew.-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 75 bis ungefähr 85 Gew.-%, der Tonerpartikel (d. h. die Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe) auf Feststoffbasis vorhanden sein. Wenn das Harz eine Kombination aus einem kristallinen Harz und einem amorphen Harz ist, kann sich das Verhältnis von kristallinem Harz zu amorphem Harz bei Ausführungsformen auf ungefähr 1:99 bis ungefähr 30:70, bei Ausführungsformen auf ungefähr 5:95 bis ungefähr 25:75, bei Ausführungsformen auf ungefähr 5:95 bis ungefähr 15:95, belaufen.
Tenside
Bei Ausführungsformen können Harze, Farbstoffe, Wachse und andere Zusatzstoffe, die zur Bildung von Tonerzusammensetzungen verwendet werden, in tensidhaltigen Dispersionen vorliegen. Darüber hinaus können Tonerpartikel durch Emulsionsaggregationsverfahren gebildet werden, wobei das Harz und andere Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside platziert werden, eine Emulsion gebildet wird und Tonerpartikel aggregiert, koalesziert, optional gewaschen und getrocknet und gewonnen werden.
Ein, zwei oder mehr Tenside können verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nicht-ionischen Tensiden ausgewählt sein. Anionische und kationische Tenside sind vom Ausdruck „ionische Tenside“ umfasst. Bei Ausführungsformen kann das Tensid verwendet werden, so dass es in einer Menge von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, beispielsweise ungefähr 0,75 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, bei Ausführungsformen ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, vorhanden ist.
Beispiele für nicht-ionische Tenside, die verwendet werden können, umfassen Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(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™. Andere Beispiele für geeignete nicht-ionische Tenside umfassen ein Blockcopolymer von Polyethylenoxid und Polypropylenoxid, darunter jene, die im Handel als SYNPERONIC PE/F, bei Ausführungsformen SYNPERONIC PE/F 108, erhältlich sind.
Anionische Tenside, die verwendet werden können, umfassen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalensulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und -sulfonate, Säuren wie Abitinsäure, erhältlich von Aldrich, NEOGEN R™, NEOGEN SC™, erhältlich von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon und dergleichen. Andere geeignete anionische Tenside umfassen bei Ausführungsformen DOWFAX™ 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), bei denen es sich um verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate handelt. Bei Ausführungsformen können Kombinationen aus diesen Tensiden und den vorstehenden anionischen Tensiden verwendet werden.
Beispiele für die kationischen Tenside, die für gewöhnlich positiv geladen sind, umfassen Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂-, C₁₅-, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halidsalze von quaternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL™ und ALKAQUAT™, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals und dergleichen sowie Mischungen davon.
Farbstoffe
Als hinzuzufügender Farbstoff können verschiedene bekannte geeignete Farbstoffe im Toner enthalten sein, beispielsweise Färbemittel, Pigmente, Mischungen von Färbemitteln, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Färbemitteln und Pigmenten und dergleichen. Der Farbstoff kann im Toner in einer Menge von beispielsweise ungefähr 0,1 bis ungefähr 35 Gew.-% des Toners oder ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners oder von ungefähr 3 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners enthalten sein.
Beispiele für geeignete Farbstoffe sind Ruß wie REGAL 330^®; Magnetiten wie Mobay Magnetiten MO8029™, MO8060™; Columbian Magnetiten; MAPICO BLACKS™ und oberflächenbehandelte Magnetiten; Pfizer Magnetiten CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™; Bayer Magnetiten, BAYFERROX 8600™, 8610™; Northern Pigments Magnetiten, NP-604™, NP-608™; Magnox Magnetiten TMB-100™ oder TMB-104™; und dergleichen. Als gefärbte Pigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden Cyan-, Magenta- oder Gelbpigmente oder - Farbmittel oder Mischungen davon verwendet. Das eine oder die mehreren Pigmente werden im Allgemeinen als Pigmentdispersionen auf Wasserbasis verwendet.
Spezifische Beispiele für Pigmente sind 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 Farbstoffe, die gewählt werden können, Schwarz, Cyan, Magenta oder Gelb und Mischungen davon. Beispiele für Magenta sind 2,9-Dimethylsubstituiertes Chinacridon- und Anthrachinon-Färbemittel, im Color Index identifiziert als CI 60710, CI Dispersed Red 15, Diazo-Färbemittel, im Color Index identifiziert als CI 26050, CI Solvent Red 19 und dergleichen. Veranschaulichende Beispiele für Cyan umfassen Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, im Color Index gelistet als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3 und Anthrathrene Blue, im Color Index identifiziert als CI 69810, Special Blue X-2137 und dergleichen. Veranschaulichende Beispiele für Gelb sind Diarylidgelb-3,3-dichlorbenzidenacetoacetanilide, ein Monoazo-Pigment, 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-sulfonanilidphenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid und Permanent Yellow FGL. Gefärbte Magnetiten wie Mischungen aus MAPICO BLACK™ und Cyan-Komponenten können ebenfalls als Farbstoffe ausgewählt werden. Andere bekannte Farbstoffe können ausgewählt werden, z. B. Levanyl Black A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals) und gefärbte Färbemittel 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 3871K (BASF), Paliogen Red 3340 (BASF), Lithol Fast Scarlet L4300 (BASF), Kombinationen des Vorstehenden und dergleichen.
Wachs
Optional kann auch ein Wachs mit dem Harz und einem optionalen Farbstoff kombiniert werden, um Tonerpartikel zu bilden. Wenn enthalten, kann das Wachs in einer Menge von beispielsweise ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% der Tonerpartikel, bei Ausführungsformen von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% der Tonerpartikel, vorhanden sein.
Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von beispielsweise ungefähr 500 bis ungefähr 20.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 1.000 bis ungefähr 10.000. Wachse, die verwendet werden können, umfassen beispielsweise Polyolefin wie Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutenwachse, wie sie im Handel von Allied Chemical und Petrolite Corporation erhältlich sind, z. B. POLYWAX™ Polyethylenwachse von Baker Petrolite, Wachsemulsionen, erhältlich von Michaelman, Inc. und Daniels Products Company, EPOLENE N-15™, im Handel erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc., und VISCOL 550-P™, ein Polypropylen mit einem geringen gewichtsgemittelten Molekulargewicht, erhältlich von Sanyo Kasei K. K.; Wachse auf pflanzlicher Basis wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs Japan-Wachs und Jojobaöl; Wachse auf tierischer Basis wie Bienenwachs; Wachse auf Mineralbasis und Wachse auf Erdölbasis, wie Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs und Fischer-Tropsch-Wachs; Esterwachse, die aus höherer Fettsäure und höherem Alkohol erhalten werden, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die aus höherer Fettsäure und monovalentem oder multivalentem Alkohol erhalten werden, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat und Pentaerythritoltetrabehenat; Esterwachse, die aus höherer Fettsäure und multivalenten Alkoholmultimeren erhalten werden, wie Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Esterwachse aus Sorbitan und höherer Fettsäure, wie Sorbitanmonostearat, und Esterwachse aus Cholesterin und höherer Fettsäure, wie Cholesterylstearat. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, umfassen 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, z. B. MICROSPERSION 19™, ebenfalls erhältlich von Micro Powder Inc., Imide, Ester, quaternäre Amine, Carboxylsäuren oder Acrylpolymeremulsion, z. B. JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, jeweils erhältlich von SC Johnson Wax, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical und Petrolite Corporation und SC Johnson Wax. Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse können bei Ausführungsformen ebenfalls verwendet werden. Wachse können enthalten sein, z. B. als Fixierwalzen-Freisetzungsmittel.
Tonerherstellung
Die Tonerpartikel können mithilfe eines beliebigen Verfahrens hergestellt werden, das im Wissen des Fachmanns liegt. Obwohl Ausführungsformen, die sich auf die Tonerpartikelherstellung beziehen, im Folgenden unter Bezugnahme auf Emulsionsaggregationsverfahren beschrieben sind, kann jedes geeignete Verfahren zum Herstellen von Tonerpartikeln verwendet werden, einschließlich chemischer Verfahren wie Suspensions- und Verkapselungsverfahren, die in US 5,290,654 A und US 5,302,486 A offenbart sind. Bei Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen und Tonerpartikel durch Aggregations- und Koaleszenzprozesse hergestellt werden, bei denen Harzpartikel kleiner Größe in die geeignete Tonerpartikelgröße aggregiert und danach koalesziert werden, um die finale Tonerpartikelform und Morphologie zu erzielen.
Bei Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen durch Emulsionsaggregationsprozesse hergestellt werden, wie ein Prozess, der das Aggregieren eines Gemischs aus einem optionalen Farbstoff, einem optionalen Wachs und anderen gewünschten oder erforderlichen Zusatzstoffen und Emulsionen, die die oben beschriebenen Harze, optional in Tensiden, enthalten, wie oben beschrieben, und danach das Koaleszieren des Aggregatgemischs umfasst. Bei Ausführungsformen werden Emulsionen aus jeder der Komponenten hergestellt und danach gemeinsam in eine Verbundemulsion kombiniert. Ein Gemisch kann hergestellt werden, indem ein Farbstoff und optional ein Wachs oder andere Materialien, die auch optional in einer oder mehreren tensidhaltigen Dispersionen vorliegen können, zur Emulsion hinzugefügt werden, die ein Gemisch aus zwei oder mehreren Emulsionen, die das Harz enthalten, sein kann. Der pH-Wert des entstehenden Gemischs kann mithilfe einer Säure, z. B. Essigsäure, Salpetersäure oder dergleichen, eingestellt werden. Bei Ausführungsformen kann der pH-Wert des Gemischs auf ungefähr 4 bis ungefähr 5 eingestellt werden.
Nach Herstellung des oben beschriebenen Gemischs kann ein Aggregationsmittel oder Flockungsmittel zum Gemisch hinzugefügt werden. Es kann jedes geeignete Aggregationsmittel verwendet werden, um einen Toner zu bilden. Geeignete Aggregationsmittel umfassen beispielsweise wässrige Lösungen eines divalenten Kationen- oder multivalenten Kationenmaterials. Das Aggregationsmittel kann beispielsweise Polyaluminiumhalide wie Polyaluminiumchlorid (PAC) oder das entsprechende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilicate wie Polyaluminiumsulfosilicat (PASS) und wasserlösliche Metallsalze wie Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat und Kombinationen davon. Bei Ausführungsformen kann das Aggregationsmittel bei einer Temperatur zum Gemisch hinzugefügt werden, die geringer als die Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes ist.
Das Aggregationsmittel kann zu dem Gemisch, das zur Bildung eines Toners verwendet wird, in einer Menge von beispielsweise ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 8 Gew.-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,2 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.% oder bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-%, des Harzes im Gemisch hinzugefügt werden. Dadurch wird eine ausreichende Menge an Aggregationsmittel bereitgestellt.
Bei Ausführungsformen wird das Aggregationsmittel zur Aufschlämmung hinzugefügt und danach im LabRAM ResonantAcoustic Mixer vermischt, wobei eine g-Kraft von ungefähr 90 g bis ungefähr 100 g (1 g = 9,81 m/S²) angelegt wird, um die Ladung zu mischen. Das resonante akustische Mischen unterscheidet sich von der üblichen Flügelradagitation, die bei einem Planetenmischer oder beim Ultraschallmischen zur Anwendung kommt. niederfrequente, hochintensive akustische Energie wird verwendet, um ein einheitliches Scherfeld im gesamten Mischgefäß zu bilden. Das Ergebnis ist eine schnelle Fluidisierung (wie ein Wirbelbett) und Dispergierung von Material. Das resonante akustische Mischen unterscheidet sich dahingehend vom Ultraschallmischen, dass die Frequenz der akustischen Energie Größenordnungen niedriger ist. Folglich ist der Mischmaßstab größer. Im Gegensatz zur Flügelradagitation, bei der das Mischen durch Massenstrominduktion erfolgt, erfolgt das akustische Mischen in Bezug auf das gesamte Mischvolumen im Mikrobereich.
Beim akustischen Mischen wird akustische Energie zu den zu vermischenden Komponenten zugeführt. Ein mechanischer Oszillationsantrieb erzeugt eine Bewegung in einem mechanischen System, das aus gefertigten Platten, exzentrischen Gewichten und Federn besteht. Diese Energie wird dann akustisch auf das zu vermischende Material übertragen. Das zugrundeliegende technologische Prinzip ist, dass das System bei Resonanz arbeitet. Auf diese Weise erfolgt ein beinahe vollständiger Austausch von Energie zwischen den Massenelementen und den Elementen im mechanischen System. Beim resonanten akustischen Mischen ist das einzige Element, das Energie absorbiert (von gewissen vernachlässigbaren Reibungsverlusten abgesehen) die Mischladung selbst. Somit stellt das resonante akustische Mischen eine höchst effiziente Methode zum Übertragen von mechanischer Energie direkt in die Mischmaterialien bereit. Beim Mischen des Entwicklers ist die resonante Frequenz der Behälter und dessen Inhalte, beispielsweise die Tonerpartikel und die Trägerpartikel.
Bei Ausführungsformen erfolgt das akustische Mischen für einen Zeitraum von ungefähr 5 min bis ungefähr 10 min oder für einen Zeitraum von ungefähr 4 min bis ungefähr 5 min. Das Mischen kann mit verschiedenen Mahlmedien, beispielsweise Kugeln, durchgeführt werden. Die Mahlmedien können ein Material umfassen, das aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Stahl, Keramik und Mischungen davon, ausgewählt ist. Das akustische Mischen erfolgt bei einer Temperatur von ungefähr 0 °C bis ungefähr 50 °C oder ungefähr 20 °C bis ungefähr 30 °C. Die Aufschlämmung kann bei einer Resonanzfrequenz von ungefähr 15 Hz bis ungefähr 2000 Hz oder ungefähr 20 Hz bis ungefähr 1800 Hz oder ungefähr 20 Hz bis ungefähr 1700 Hz vermischt werden. Die vom akustischen Mischer an die Mischladung angelegte g-Kraft kann sich auf ungefähr 50 g bis ungefähr 100 g belaufen. Bei einer spezifischen Ausführungsform wird die Aufschlämmung für ungefähr 5 min bei einer g-Kraft von ungefähr 90 g vermischt. Bei Ausführungsformen weist die Toneraufschlämmung einen Feststoffgehalt von ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gew.-% Feststoffe basierend auf dem Gesamtgewicht der Toneraufschlämmung auf.
Die Partikel dürfen möglicherweise aggregieren, bis eine vorab definierte gewünschte Partikelgröße erhalten ist. Eine vorab definierte gewünschte Größe bezieht sich auf die gewünschte zu erzielende Partikelgröße, wie vor der Bildung bestimmt, wobei die Partikelgröße während des Wachstumsvorgangs überwacht wird, bis eine solche Partikelgröße erzielt ist. Während des Wachstumsvorgangs können Proben genommen und auf ihre durchschnittliche Partikelgröße analysiert werden, beispielsweise mit einem Coulter Counter. Die Aggregation kann somit fortschreiten, indem die erhöhte Temperatur gehalten wird oder die Temperatur langsam erhöht wird, beispielsweise auf ungefähr 30 °C bis ungefähr 99 °C, und das Gemisch für einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 10 h, bei Ausführungsformen von ungefähr 1 h bis ungefähr 5 h, auf dieser Temperatur gehalten wird, während gleichzeitig gerührt wird, um die aggregierten Partikel bereitzustellen. Nachdem die vorab definierte Partikelgröße erreicht wurde, wird der Wachstumsvorgang angehalten. Bei Ausführungsformen liegt die vorab definierte gewünschte Partikelgröße innerhalb der oben genannten Tonerpartikelgrößenbereiche.
Bei Ausführungsformen können die Tonerpartikel die folgenden Charakteristika aufweisen:

(1) einen volumengemittelten Durchmesser (auch als „volumengemittelter Partikeldurchmesser“ bezeichnet) von ungefähr 1,15 µm bis ungefähr 1,25 µm.
(2) eine zahlengemittelte geometrische Größenverteilung (GSDn) von ungefähr 1 bis ungefähr 25 und/oder eine volumengemittelte geometrische Größenverteilung (GSDv) von ungefähr 1,10 bis ungefähr 1,28.

Die Charakteristika der Tonerpartikel können mithilfe eines geeigneten Verfahrens und Geräts ermittelt werden. Der volumengemittelte Partikeldurchmesser D50, die GSDv und die GSDn können mithilfe eines Messinstruments gemessen werden, beispielsweise einem Beckman Coulter, das gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird. Danach wird eine in 4 % NaOH und DIW gequenchte Probe genommen und im Coulter Counter einer Partikelgrößenmessung unterzogen.
REFERENZBEISPIEL 1
Ein Emulsionsaggregationstoner wurde wie folgt hergestellt. Kurz gesagt wurden ungefähr 17,5 g eines linearen amorphen Harzes A in einer Emulsion (ungefähr 35 Gew.-% Harz) und 17,9 g eines linearen amorphen Harzes B in einer Emulsion (ungefähr 34 Gew.-% Harz) zu einem 200-ml-Kunststoffbehälter (mit Deckel) hinzugefügt. Die linearen amorphen Harze A und B hatten die folgenden Formeln:
wobei m für das lineare amorphe Harz A ungefähr 2 bis ungefähr 10 beträgt, und m für das lineare amorphe Harz B ungefähr 2 bis ungefähr 10 beträgt; diese Harze wurden gemäß den in der US 6,063,827 A beschriebenen Verfahren hergestellt. Ungefähr 4,7 g eines kristallinen Polyesterharzes, zusammengesetzt aus Dodecandisäure und 1,9-Nonandiol mit der folgenden Formel:
wobei b ungefähr 5 bis ungefähr 2000 und d ungefähr 5 bis ungefähr 2000 ist, in einer Emulsion (ungefähr 10 Gew.-% Harz), synthetisiert gemäß den in der US 2006/0222991 A1 beschriebenen Verfahren, wurden mit ungefähr 8,5 g eines Cyan-Pigments, Pigment Blue 15:3 (ungefähr 1 Gew.-%), ungefähr 0,59 g Tensid (Dowfax), ungefähr 7,4 g eines Polyethylenwachses (ungefähr 1,5 Gew.-%) und ungefähr 84 g entionisiertem Wasser zum Behälter hinzugefügt. Der pH-Wert des Gemischs wurde durch die Zugabe von Salpetersäure (ungefähr 0,3 M) auf ungefähr 4,2 eingestellt. Ungefähr 0,12 g Al₂(SO₄)₃ (ungefähr 27,8 Gew.-%) wurden als Flockungsmittel zur Aufschlämmung hinzugefügt. Ungefähr 83 g 3-mm-Edelstahlkugeln wurden zur entstehenden Aufschlämmung hinzugefügt. Danach wird der Kunststoffbehälter mit einem Deckel verschlossen und für 5 min bei einer Resonanzfrequenz von ungefähr 65 Hz in einem akustischen Mischer (einem LABRAM Mischer von Resodyn Acoustic Mixers, Inc. (Butte, Mont.)) platziert. Nach dem Mischen wurden die Partikelcharakteristika mithilfe eines Coulter Counters gemessen, wobei die Ergebnisse in 1 (Coulter Protokoll der Toneraufschlämmung nach Resodyn Mischer bei einem Grobpartikelgehalt von 0 %) gezeigt sind. Unter Verwendung eines Homogenisators erfolgt auf diese Weise eine tropfenweise In-line-Flockungsmittelzugabe während des Homogenisierens.
Danach wird die Aufschlämmung in einen 200-mm-Glasbecher mit einem P4-Mischblatt auf einer Heizplatte übertragen. Die finale Toneraufschlämmung weist einen Grobpartikelgehalt von 0,39 % auf. Die Partikelcharakteristika wurden erneut mithilfe eines Coulter Counters gemessen, wobei die Ergebnisse in 2 (Coulter Protokoll des finalen EA-Toners mit einem Grobpartikelgehalt von 0,39 %) gezeigt sind.
Danach werden die Tonerpartikel aggregiert und optional können sie eine über den Partikeln gebildete Schale aufweisen.
REFERENZBEISPIEL 2
Ein EA-Toner wurde gemäß den in Bezug auf das obige Beispiel 1 beschriebenen Verfahren und Materialzusammensetzungen hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Edelstahlkugeln verwendet wurden. Nach dem Mischen wurden die Partikelcharakteristika für die Toneraufschlämmung nach dem akustischen Mischen und den finalen Toner mithilfe des Coulter Counter gemessen, wobei die Ergebnisse in 3 (Coulter Protokoll der Toneraufschlämmung nach Resodyn Mischer bei einem Grobpartikelgehalt von 0,49 %) und 4 (Coulter Protokoll des finalen EA-Pinot-Toners mit einem Grobpartikelgehalt von 0,47 %) gezeigt sind.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Kurz gesagt wurden die beiden amorphen Harze (ungefähr 147 g des linearen amorphen Harzes A in einer Emulsion (ungefähr 35,2 Gew.-% Harz) und ungefähr 154 g des linearen amorphen Harzes B in einer Emulsion (ungefähr 33 Gew.-% Harz) mit 45 g einer kristallinen Polyesterharzemulsion, 4,89 g eines Tensids (Dowfax), 62 g Wachs (IGI), 71 g Cyan-Pigment, Pigment Blue 15:3 (ungefähr 15,6 Gew.-%) und ungefähr 589 g entionisiertem Wasser in einen 2-1-Kunststoffbecher hinzugefügt. Der pH-Wert des Gemischs wurde durch Zugabe von ungefähr 5 g Salpetersäure (ungefähr 0,3 M) auf ungefähr 4,2 eingestellt. Danach wird die Aufschlämmung für insgesamt 5 min bei 3000 bis 4000 U/min homogenisiert, während das Flockungsmittel, ungefähr 49,8 g Al₂(SO₄)₃ (ungefähr 10 Gew.- %) hinzugefügt wird. Danach wird eine in 4 % NaOH und entionisiertem Wasser gequenchte Probe für eine Partikelgrößenmessung auf dem Coulter Counter entnommen, wobei die Ergebnisse in 5 (Coulter Protokoll nach Flockungsmittelzugabe unter Verwendung eines IKA Homogenisators mit einem Grobpartikelgehalt von 0 %) und 6 (Coulter Protokoll nach Flockungsmittelzugabe unter Verwendung eines IKA Homogenisators mit einem Grobpartikelgehalt von 2,83 %) gezeigt sind.

Toner aus diesem Vergleichsbeispiel 1 wurden mit den in Beispiel 1 und Beispiel 2 hergestellten Tonern verglichen. Partikelgröße, volumengemittelte geometrische Größenverteilung (GSD_v), zahlengemittelte geometrische Größenverteilung (GSD_n) und prozentualer Grobpartikelgehalt sind unten in Tabelle 1 angeführt. TABELLE 1

	D₅₀ (µm)	GSD_V	GSD_n	% Grobpartikelgehalt
Beispiel 1 (K694C mit Edelstahlkugeln)	2,86	1,3552	1,369	0
Beispiel 2 (K689C ohne Edelstahlkugeln)	2,78	1,3265	1,3405	0,49
Vergleichsbeispiel 1 (KNPE529C unter Verwendung des IKA Homogenisators)	1,3268	1,3268	1,3564	0

Wie in der obigen Tabelle 1 ersichtlich, zeigten die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellten EA-Tonerpartikel (Beispiel 1 und 2) ähnliche Eigenschaften wie der Toner aus Vergleichsbeispiel 1, mit einer verringerten Tonergesamtzykluszeit von 17,8 %. Die entstehenden Tonerpartikel zeigen darüber hinaus ähnliche GSD-Werte, wodurch belegt wird, dass das zum Herstellen des Toners verwendete Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine minimale Auswirkung auf die finalen Tonereigenschaften hat.
Die vorliegenden Ausführungsformen stellen ein Verfahren für die Herstellung von Tonerpartikeln bereit, das eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bisherigen Verfahren bietet, beispielsweise die Möglichkeit, Flockungsmittel (mit oder ohne Kugeln) in eine EA-Toneraufschlämmung ohne Homogenisator einzumischen, wobei vorzeitiges Tonerwachstum verhindert wird, was für wärmeempfindliche Materialien nützlich ist (durch das Mischen wird keine Hitze erzeugt), ein „1-Topf“-System mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit eines Versagens der Ausrüstung durch Leckage oder falsches Pumpen, und eine Verringerung der Tonergesamtzykluszeit um bis zu 20 %.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Tonerpartikeln, das umfasst: a) Mischen einer Zusammensetzung, die eine Emulsion aus amorphem Harz, optional eine Emulsion aus kristallinem Harz, optional eine Wachsemulsion und zumindest eine Farbstoffemulsion umfasst, um eine Verbundemulsion zu bilden; b) Hinzufügen eines Aggregationsmittels zur Verbundemulsion, um ein Gemisch zu bilden, und Bilden von voraggregierten Partikeln, indem das Gemisch einem akustischen Mischvorgang bei einer g-Kraft von 50 g bis 100 g unterzogen wird, wobei das akustische Mischen bei einer Temperatur von 0 °C bis 50 °C erfolgt; c) Aggregieren der voraggregierten Partikel und optional Bilden einer Schale auf den aggregierten Partikeln, um emulsionsaggregierte Tonerpartikel zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das akustische Mischen in Schritt (b) bei einer Resonanzfrequenz von 15 Hz bis 2000 Hz durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das akustische Mischen in Schritt (b) mit oder ohne Mahlmedien durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Mahlmedien ein Material umfassen, das aus der Gruppe, bestehend aus Glas, Stahl, Keramik und Mischungen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das akustische Mischen für einen Zeitraum von 5 bis 10 min erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das amorphe Harz aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, einem Polyamid, einem Polyimid, einem Polystyrolacrylat, einem Polystyrolmethacrylat, einem Polystyrolbutadien oder einem Polyesterimid und Mischungen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung in Schritt a) ein kristallines Harz enthält, und wobei das kristalline Harz aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, einem Polyamid, einem Polyimid, einem Polyethylen, einem Polypropylen, einem Polybutylen, einem Polyisobutyrat, einem Ethylenpropylencopolymer oder einem Ethylenvinylacetatcopolymer und Mischungen davon, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gemisch ferner zumindest ein Tensid umfasst.