DE102014204490A1

DE102014204490A1 - Tonerpartikel für Hochgeschwindigkeits-Ein-Komponenten-Entwicklungssystem

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Publication number: DE102014204490A1
Application number: DE102014204490.1A
Authority: DE
Inventors: Maura A. Sweeney; Daniel W. Asarese; Grazyna E. Kmiecik-Lawrynowicz; Robert D. Bayley
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-18
Also published as: KR20140113368A; JP2014178683A; MX2014003152A; CN104049482A; CA2843852A1; RU2014109392A; BR102014005138A2; US20140272701A1

Abstract

Eine Tonerzusammensetzung enthält Tonerpartikel, die ein Harz; ein optionales Wachs; und einen optionalen Farbstoff enthalten, wobei das Harz ein Drei-Latices-System ist, das einen Latexkern, eine Latexschale und ein Latexgel enthält; und eine Glasübergangstemperatur Tg des Latexkerns geringer als eine Glasübergangstemperatur Tg der Latexschale ist. Ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerzusammensetzung umfasst das Mischen eines Latexkernharzes, das ein Basispolymer enthält, und eines Latexgels und optionaler Zusatzstoffe; Hinzufügen eines Koagulans und einer Säure; Homogenisieren der Aufschlämmung; Erhöhen der Temperatur auf einen Werte nahe der Glasübergangstemperatur des Latexkernharzes unter Rühren, um aggregierte Partikel mit einer Größe von ungefähr 3 bis ungefähr 9 µm zu bilden; Hinzufügen eines Latexschalenharzes zur Aufschlämmung in einer kontrollierten Rate, um eine Charge zu bilden, die Tonerpartikel mit einem Kern und einer Schale enthält; Hinzufügen eines den pH-Wert einstellenden Mittels zur Charge, um das Wachstum der Tonerpartikel einzufrieren; Koaleszieren der Charge durch Erhöhen der Temperatur auf eine Koaleszenztemperatur, die über einer Glasübergangstemperatur der Schale liegt; Überwachen der Charge auf Partikelkreisförmigkeit; und Gewinnen der Tonerpartikel.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Tonerzusammensetzungen und Verfahren zur Herstellung solcher Toner zur Verwendung bei der Erzeugung und Entwicklung von qualitativ hochwertigen Bildern. Mehr im Detail ist diese Offenbarung auf einen Toner gerichtet, der Tonerpartikel enthält, die ein dreidimensionales Latexsystem umfassen. Solche Zusammensetzungen sind z. B. als Toner in Ein-Komponenten-Entwicklungs-(SCD)-Systemen nützlich.
Ein-Komponenten-Drucker mit höherer Geschwindigkeit wurden entwickelt, um den höheren Anforderungen des Büronetzwerkmarktes gerecht zu werden, z. B. durch Integrieren von Förderschnecken in den Drucker und Erhöhen von Druckgeschwindigkeiten. Insbesondere werden Drucker so gebaut, dass sie eine Druckgeschwindigkeit von ungefähr 50 Seiten pro Minute (ppm) aufweisen. Infolge höherer Druckgeschwindigkeiten nimmt die Druckqualität aufgrund von Problemen in Zusammensetzung mit Schmelzfixierung, Reinigung und Trommelnebel, insbesondere in den Zonen mit hoher Feuchtigkeit und Hitze (80 °C/80 % rF), ab.
1 ist eine Rasterelektronenmikroskop-(SEM)-Aufnahme eines Tonerpartikels während dessen Herstellung.
2 ist eine SEM-Aufnahme eines Tonerpartikels während dessen Herstellung.
3 ist eine SEM-Aufnahme eines Tonerpartikels während dessen Herstellung.
4 ist eine SEM-Aufnahme eines Tonerpartikels während dessen Bildung.
5 ist eine Transmissionselektronenmikroskop-(TEM)-Aufnahme von monochromen SCD-Partikeln.
6 ist eine TEM-Aufnahme von monochromen SCD-Partikeln.
Eine Tonerzusammensetzung, die Tonerpartikel enthält, die ein Harz, ein optionales Wachs und einen optionalen Farbstoff umfassen, wobei das Harz ein Drei-Latices-System ist, das einen Latexkern, der ein Basispolymer enthält; eine Latexschale, die ein Schalenpolymer enthält, und ein Latexgel umfasst, hat diverse Vorteile gegenüber herkömmlichen Tonern. Insbesondere hat der Toner eine verbesserte Hochgeschwindigkeits-Druckleistung, insbesondere eine verbesserte Schmelzfixierungs-Mindesttemperatur und eine ausgezeichnete Trennung von der Fixiereinheit. Darüber hinaus hat der Toner eine verbesserte Lagerstabilität, einen verbesserten Trommelnebel bei hoher Hitze und Feuchtigkeit (80 °C/80 % relative Feuchtigkeit) und eine bessere Druckgenauigkeit. Außerdem ermöglicht der Toner ein besseres Fließverhalten und eine bessere Mattdruckleistung.
Bei Ein-Komponenten-Entwicklern, d. h. Entwicklern, die keine Ladungsträger wie Zwei-Komponenten-Entwickler enthalten, ist es wichtig, dass die Tonerpartikel eine hohe Übertragungseffizienz aufweisen, darunter ausgezeichnete Fließeigenschaften und funktionelle Kohäsivität. Die hier beschriebenen Toner haben passende Zusammensetzungen und physikalische Eigenschaften, um sich für die Verwendung in z. B. Ein-Komponenten-Entwickler-(SCD)-Maschinen zu eignen.
Insbesondere eignen sich die hier beschriebenen Toner zur Verwendung in elektrophotographischen Hochgeschwindigkeitsmaschinen, wobei sich "Hochgeschwindigkeit" auf eine Druckrate von mehr als ungefähr 50 Seiten pro Minute (ppm) bezieht, z. B. mehr als ungefähr 52 Seiten ppm, mehr als ungefähr 55 ppm oder ungefähr 50 ppm bis ungefähr 65 ppm.
Ein beliebiges Monomer, das sich für die Herstellung eines Latex zur Verwendung in einem Toner eignet, kann als das Basispolymer, das Schalenpolymer oder das Latexgel verwendet werden, solange der Latexkern eine niedrigere Glasübergangstemperatur als die Latexschale aufweist und das Latexgel (1) eine geringere Partikelgröße als der Latexkern und die Latexschale aufweist; und (2) eine niedrigere Glasübergangstemperatur als der Latexkern und die Latexschale aufweist. Im Allgemeinen kann das Latexgel als internes Trennmittel für einen verbesserten Hot-Offset und einen verringerten Glanz verwendet werden. Beispielsweise kann die Glasübergangstemperatur Tg des Latexkerns ungefähr 40 °C bis ungefähr 65 °C betragen, z. B. ungefähr 45 °C bis ungefähr 55 °C oder ungefähr 49 °C bis ungefähr 53 °C, während die Glasübergangstemperatur Tg der Latexschale ungefähr 50 °C bis 75 °C aufweisen kann, z. B. ungefähr 55 °C bis ungefähr 65 °C oder ungefähr 56 °C bis 62 °C.
Darüber hinaus kann der Latexkern ein Molekulargewicht Mw von ungefähr 15 bis ungefähr 65 kpse aufweisen, z. B. ungefähr 20 bis ungefähr 55 kpse oder ungefähr 30 bis ungefähr 45 kpse. Die Latexschale kann ein Molekulargewicht Mw von ungefähr 15 bis ungefähr 75 kpse aufweisen, z. B. ungefähr 20 bis ungefähr 60 kpse oder ungefähr 30 bis ungefähr 50 kpse.
Der Toner kann mittels Emulsionsaggregation hergestellt werden. Geeignete Monomere, die für die Bildung einer Latexpolymeremulsion und somit der entstehenden Latexpartikel in der Latexemulsion nützlich sind, umfassen z. B. Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadien, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrile, Kombinationen davon und dergleichen.
Geeignete Tonerharze umfassen thermoplastische Harze wie Vinylharze oder Styrolharze und Polyester. Geeignete thermoplastische Harze umfassen Styrolmethacrylat; Polyolefine; Styrolacrylate wie PSB-2700, erhalten von Hercules-Sanyo Inc.; Styrolbutadiene; vernetzte Styrolpolymere; Epoxide; Polyurethane; Vinylharze, darunter Homopolymere oder Copolymere von zweien oder mehr Vinylmonomeren; und polymere Veresterungsprodukte einer Dicarbonsäure und eines Diols, umfassend ein Diphenol. Andere geeignete Vinylmonomere umfassen Styrol; p-Chlorstyrol; ungesättigte Monoolefine wie Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen und dergleichen; gesättigte Monoolefine wie Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylbutyrat; Vinylester wie Ester von Monocarbonsäuren, darunter Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Acrylonitril; Methacrylonitril; Acrylamid; Mischungen davon und dergleichen. Darüber hinaus können vernetzte Harze, darunter Polymere, Copolymere und Homopolymere von Styrolpolymeren, ausgewählt werden.
Das Latexpolymer kann zumindest ein Polymer beinhalten. Beispielhafte Polymere umfassen Styrolacrylate, Styrolbutadiene, Styrolmethacrylate und mehr im Detail Poly(styrolalkylacrylat), Poly(styrol-1,3-dien), Poly(styrolalkylmethacrylat), Poly(styrolalkylacrylatacrylsäure), Poly(styrol-1,3-dienacrylsäure), Poly(styrolalkylmethacrylatacrylsäure), Poly(alkylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatarylacrylat), Poly(arylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatacrylsäure), Poly(styrolalkylacrylatacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrol-1,3-dienacrylonitrilacrylsäure), Poly(alkylacrylatacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrolbutadien), Poly(methylstyrolbutadien), Poly(methylmethacrylatbutadien), Poly(ethylmethacrylatbutadien), Poly(propylmethacrylatbutadien), Poly(butylmethacrylatbutadien), Poly(methylacrylatbutadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylatbutadien), Poly(butylacrylatbutadien), Poly(styrolisopren), 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(styrolbutadienacrylonitrilcrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatmethacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylononitril), Poly(styrolbutylacrylatacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrolbutadien), Poly(styrolisopren), Poly(styrolbutylmethacrylat), Poly(styrolbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutylmethacrylatacrylsäure), Poly(butylmethacrylatbutylacrylat), Poly(butylmethacrylatacrylsäure), Poly(acrylonitrilbutylacrylatacrylsäure) und Kombinationen davon. Die Polymere können Block-, statische oder alternierende Copolymere sein.
Ein Poly(styrolbutylacrylat) kann als das Latexpolymer verwendet werden. Die Glasübergangstemperatur dieses Latex kann ungefähr 35 °C bis ungefähr 75 °C betragen, z. B. ungefähr 40 °C bis ungefähr 70 °C.
Das Molekulargewicht kann mittels Mischbett-Gelpermeationschromatographie oder Gelpermeationschromatographie mit hohem Durchfluss gemessen werden.
Wachse
Neben dem Harz können die Toner auch ein Wachs enthalten, entweder einen einzelnen Wachstyp oder eine Mischung von zweien oder mehreren unterschiedlichen Wachsen. Ein einzelnes Wachs kann zu Tonerformulierungen hinzugefügt werden, um beispielsweise bestimmte Tonereigenschaften wie Form der Tonerpartikel, Vorhandensein und Menge von Wachs auf der Tonerpartikeloberfläche, Ladungs- und/oder Schmelzfixiercharakteristika, Glanz, Ablösung, Offset-Eigenschaften und dergleichen zu verbessern. Alternativ kann eine Kombination aus Wachsen hinzugefügt werden, um der Tonerzusammensetzung mehrere Eigenschaften zu verleihen.
Geeignete Wachse umfassen natürliche pflanzliche Wachse, natürliche tierische Wachse, mineralische Wachse, synthetische Wachse und funktionalisierte Wachse. Geeignete natürliche pflanzliche Wachse umfassen Carnaubawachs, Candelillawachs, Reiswachs, Rhuswachs, Jojobaöl, Japanwachs und Myrtenwachs. Geeignete natürliche tierische Wachse umfassen Bienenwachs, punisches Wachs, Lanolin, Lack-Wachs, Schellackwachs und Walratwachs. Geeignete Wachse auf Mineralbasis umfassen Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs, Montanwachs, Bergwachs, Ceresinwachs, Vaselinewachs und Erdölwachs. Geeignete synthetische Wachse umfassen Fischer-Tropsch-Wachs; Acrylatwachs; Fettsäureamidwachs; Silikonwachs; Polytetrafluorethylenwachs; Polyethylenwachs; Esterwachse, die von höherer Fettsäure und höherem Alkohol erhalten werden, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die von höherer Fettsäure und monovalentem oder multivalentem niederen Alkohol erhalten werden, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat und Pentaerythritoltetrabehenat; Esterwachse, die von höherer Fettsäure und multivalenten Alkoholmultimeren erhalten werden, wie Diethylenglycolmonostearat, Diglyceryldistearat, Dipropylenglycoldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitanesterwachse aus höherer Fettsäure wie Sorbitanmonostearat; und Cholesterinfettsäureesterwachse aus höherer Fettsäure wie Cholesterylstearat; Polypropylenwachs; und Mischungen davon.
Die Toner können das Wachs in einer Menge von beispielsweise ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners enthalten, z. B. ungefähr 3 bis ungefähr 15 Gew.-% oder ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gew.-% oder ungefähr 5 bis ungefähr 12 Gew.-%.
Das Wachs kann ein Paraffinwachs sein. Geeignete Paraffinwachse umfassen Paraffinwachse, die modifizierte kristalline Strukturen besitzen, auf die hier als modifizierte Paraffinwachse Bezug genommen werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Paraffinwachsen, die eine symmetrische Verteilung linearer Kohlenstoffe und verzweigter Kohlenstoffe aufweisen können, können die modifizierten Paraffinwachse verzweigte Kohlenstoffe in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% des Wachses aufweisen, z. B. ungefähr 8 bis ungefähr 16 Gew.-%, wobei lineare Kohlenstoffe in einer Menge von ungefähr 80 bis 99 Gew.-% oder ungefähr 84 bis ungefähr 92 Gew.-% vorhanden sind.
Darüber hinaus können die Isomere, d. h. verzweigte Kohlenstoffe, die in solchen modifizierten Paraffinwachsen vorhanden sind, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von ungefähr 520 bis ungefähr 600 aufweisen, z. B. von ungefähr 550 bis ungefähr 570 oder ungefähr 560. Die in solchen Wachsen vorhandenen linearen Kohlenstoffe können ein Mn von ungefähr 505 bis ungefähr 530 aufweisen, z. B. ungefähr 512 bis ungefähr 525 oder ungefähr 518. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (Mw) der verzweigten Kohlenstoffe in den modifizierten Paraffinwachsen kann sich auf ungefähr 530 bis ungefähr 580 belaufen, z. B. ungefähr 555 bis ungefähr 575, und das Mw der linearen Kohlenstoffe in den modifizierten Paraffinwachsen kann ungefähr 480 bis ungefähr 550 betragen, z. B. ungefähr 515 bis ungefähr 535.
In Bezug auf die verzweigten Kohlenstoffe kann das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (Mw) der modifizierten Paraffinwachse kann eine Anzahl von Kohlenstoffatomen von ungefähr 31 bis ungefähr 59 Kohlenstoffatomen aufweisen, z. B. ungefähr 34 bis ungefähr 50 Kohlenstoffatome, mit einer Spitze bei ungefähr 41 Kohlenstoffatomen, und in Bezug auf die linearen Kohlenstoffe kann das Mw eine Anzahl von Kohlenstoffatomen von ungefähr 24 bis ungefähr 54 Kohlenstoffatomen oder von ungefähr 30 bis ungefähr 50 Kohlenstoffatomen aufweisen, mit einer Spitze bei ungefähr 36 Kohlenstoffatomen.
Das modifizierte Paraffinwachs kann in einer Menge von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% des Toners vorhanden sein, z. B. ungefähr 4 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% oder ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 13 Gew.-%.
Die Toner können darüber hinaus zumindest einen Farbstoff enthalten. Geeignete Farbstoffe oder Pigmente umfassen Pigment, Färbemittel, Mischungen aus Pigment und Färbemittel, Pigmentmischungen, Färbemittelmischungen und dergleichen. Der Einfachheit halber bezieht sich der Ausdruck "Farbstoff" auf Farbstoffe, Färbemittel, Pigmente und Mischungen, außer wenn als bestimmtes Pigment oder eine andere Farbstoffkomponente spezifiziert. Der Farbstoff kann ein Pigment, ein Färbemittel, Mischungen davon, Carbonschwarz, Magnetit, Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Blau, Braun und Mischungen davon in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 35 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der Zusammensetzung umfassen, beispielsweise ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-%.
Der Farbstoff, beispielsweise Carbonschwarz, Cyan, Magenta und/oder Gelb, kann in einer Menge integriert werden, die ausreichend ist, um dem Toner die gewünschte Farbe zu verleihen. Im Allgemeinen wird Pigment oder Färbemittel in einer Menge im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 35 Gew.-% der Tonerpartikel auf Feststoffbasis verwendet, beispielsweise von ungefähr 5 bis ungefähr 25 Gew.-% oder ungefähr 5 bis ungefähr 15 Gew.-%.
Koagulanzien, die bei den Emulsionsaggregationsverfahren zur Herstellung von Tonern verwendet werden, umfassen monovalente metallische Koagulanzien, divalente metallische Koagulanzien, Polyionkoagulanzien und dergleichen. "Polyionkoagulans" bezieht sich auf ein Koagulans, das ein Salz oder ein Oxid ist, beispielsweise ein Metallsalz oder ein Metalloxid, das aus einer Metallspezies mit einer Valenz von zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 gebildet ist.
Die Koagulanzien können während der Partikelaggregation in die Tonerpartikel integriert werden. An sich kann das Koagulans in den Tonerpartikeln in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 5 Gew.-% der Tonerpartikel, z. B. ungefähr mehr als 0 bis ungefähr 3 Gew.-% der Tonerpartikel, auf Trockengewichtbasis vorhanden sein, wobei externe Zusatzstoffe nicht berücksichtigt sind.
Farbstoffe, Wachse und andere Zusatzstoffe, die zur Bildung von Tonerzusammensetzungen verwendet werden, können in tensidhaltigen Dispersionen vorliegen. Darüber hinaus können Tonerpartikel durch Emulsionsaggregationsverfahren gebildet werden, wobei das Harz und andere Komponenten des Toners in Kontakt mit einem oder mehreren Tensiden 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 Tenside und kationische Tenside sind vom Ausdruck "ionische Tenside" umfasst. Das Tensid kann in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, z. B. ungefähr 0,75 bis ungefähr 4 Gew.-% oder von 1 bis ungefähr 3 Gew.-%, vorliegen.
Initiatoren können für die Bildung des Latexpolymers hinzugefügt werden. Geeignete Initiatoren umfassen wasserlösliche Initiatoren wie Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat sowie in organischen Substanzen lösliche Initiatoren, einschließlich organischer Peroxide, und Azo-Verbindungen, einschließlich Vazo-Peroxiden, wie VAZO 64^TM, 2-Methyl 2-2′-azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2-2′-Azobisisobutyramiddehydrat und Kombinationen davon. Andere wasserlösliche Initiatoren, der verwendet werden können, umfassen Azoamidverbindungen, beispielsweise 2,2'-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-hydroxyphenyl)-2-methyl-propionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-amino-phenyl)-2-methylpropionamidin]tetrahydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N(phenylmethyl)propionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N-2-propenylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(2-hydroxy-ethyl)2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2(5-methyl-2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(4,5,6,7-tetrahydro-1H-1,3-diazepin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(5-hydroxy-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}dihydrochlorid, Kombinationen davon und dergleichen.
Initiatoren können in geeigneten Mengen hinzugefügt werden, z. B. von ungefähr 0,1 bis ungefähr 8 Gew.-% der Monomere oder von ungefähr 0,2 bis ungefähr 5 Gew.-%.
Auch Kettenregler können bei der Bildung des Latexpolymers verwendet werden. Geeignete Kettenregler umfassen Dodecanthiol, Octanthiol, Kohlenstofftetrabromid, Kombinationen davon und dergleichen in Mengen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-%, z. B. von ungefähr 0,2 bis ungefähr 5 Gew.-% Monomere, um die Molekulargewichtseigenschaften des Latexpolymers zu kontrollieren, wenn eine Emulsionspolymerisation gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
Ein sekundäres Latex kann zum nicht-vernetzten Latexharz hinzugefügt werden, im Tensid suspendiert. Ein sekundäres Latex kann sich auf ein vernetztes Harz oder Polymer oder Mischungen davon oder ein nicht-vernetztes Harz, wie oben beschrieben, beschrieben, das einer Vernetzung unterzogen wurde.
Das sekundäre Latex kann vernetzte Harzpartikel im Submikrometerbereich enthalten, die einen volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 10 bis ungefähr 200 Nanometern aufweisen, z. B. ungefähr 20 bis 100 Nanometer. Das sekundäre Latex kann in einer wässrigen Phase von Wasser suspendiert sein, die ein Tensid enthält, wobei das Tensid in einer Menge von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-% der Gesamtfeststoffe vorhanden ist, z. B. von ungefähr 0,7 bis ungefähr 2 Gew.-%.
Das vernetzte Harz kann ein vernetztes Polymer sein, z. B. vernetzte Polystyrolacrylate, Polystyrolbutadiene und/oder Polystyrolmethacrylate. Beispielhafte vernetzte Harze umfassen vernetzte/s Poly(styrolalkylacrylat), Poly(styrolbutadien), Poly(styrolisopren), Poly(styrolalkylmethacrylat), Poly(styrolalkylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutadienacrylsäure), Poly(styrolisoprenacrylsäure), Poly(styrolalkylmethacrylatacrylsäure), Poly(alkylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatarylacrylat), Poly(arylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatacrylsäure), Poly(styrolalkylacrylatacrylonitrilacrylsäure), vernetzte Poly(alkylacrylatacrylonitrilacrylsäure) und Mischungen davon.
Ein Vernetzungsmittel, z. B. Divinylbenzol oder andere aromatische Divinyl- oder Divinylacrylat- oder Methyacrylatmonomere, kann im vernetzten Harz verwendet werden. Das Vernetzungsmittel kann in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 25 Gew.-% des vernetzten Harzes vorhanden sein, z. B. ungefähr 0,5 bis ungefähr 15 Gew.-%.
Die vernetzten Harzpartikel können in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% des Toners vorhanden sein, z. B. von ungefähr 4 bis ungefähr 15 Gew.-% oder von ungefähr 5 bis ungefähr 14 Gew.-%.
Das zur Bildung des Toners verwendete Harz kann eine Mischung aus einem Gelharz und einem nicht-vernetzten Harz sein.
Ein funktionelles Monomer kann integriert werden, wenn ein Latexpolymer und die Partikel, die das Polymer ausmachen, gebildet werden. Geeignete funktionelle Monomere umfassen Monomere mit Carbonsäurefunktionalität. Solche funktionellen Monomere können die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei R1 Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist; R2 und R3 unabhängig voneinander aus Alkylgruppen, die ungefähr 1 bis ungefähr 12 Kohlenstoffe enthalten, oder einer Phenylgruppe ausgewählt sind; und n ungefähr 0 bis ungefähr 20, z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 10, ist. Beispiele für solche funktionellen Monomere umfassen beta-Carboxyethylacrylat (β-CEA), Poly(2-carboxyethyl)acrylat, 2-Carboxyethylmethacrylat, Kombinationen davon und dergleichen. Andere funktionelle Monomere, die verwendet werden können, umfassen Acrylsäure und deren Derivate.
Das funktionelle Monomer mit Carbonsäurefunktionalität kann auch eine kleine Menge an metallischen Ionen, beispielsweise Natrium, Kalium und/oder Calcium, enthalten, um bessere Emulsionspolymerisationsergebnisse zu erzielen. Die metallischen Ionen können in einer Menge von ungefähr 0,001 bis ungefähr 10 Gew.-% des funktionellen Monomers mit Carbonsäurefunktionalität vorhanden sein, z. B. von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-%
Wenn vorhanden, kann das funktionelle Monomer in Mengen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% des Toners vorhanden sein, z. B. von ungefähr 0,05 bis ungefähr 2 Gew.-%.
Jedes beliebige Aggregationsmittel, das in der Lage ist, eine Komplexierung zu bewirken, kann bei der Bildung von Tonern der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Sowohl Erdalkalimetall- oder Übergangsmetallsalze können als Aggregationsmittel verwendet werden. Alkali(II)-Salze können ausgewählt werden, um Latexharzkolloide mit einem Farbstoff zu aggregieren, um die Bildung eines Toner-Verbundstoffs zu ermöglichen.
Eine Schale kann auf den aggregierten Partikeln gebildet werden. Wie oben angemerkt, kann ein beliebiges oben offenbartes, zur Bildung des Kernlatex verwendetes Latex verwendet werden, um das Schalenlatex zu bilden, solange die Glasübergangstemperatur der Schale größer als die Glasübergangstemperatur des Kerns ist. Beispielsweise kann ein Styrol-n-butylacetatcopolymer verwendet werden, um das Schalenlatex zu bilden. Das Schalenlatex kann eine Glasübergangstemperatur von ungefähr 45 °C bis ungefähr 75 °C aufweisen, z. B. ungefähr 50 °C bis ungefähr 70 °C oder ungefähr 55 °C bis 75 °C.
Wenn vorhanden, kann ein Schalenlatex mithilfe eines beliebigen, auf dem Gebiet bekannten Verfahrens aufgetragen werden, beispielsweise Eintauchen, Aufsprühen und dergleichen. Das Schalenlatex kann aufgetragen werden, bis die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erzielt ist, z. B. ungefähr 3 bis ungefähr 12 Mikrometer, z. B. ungefähr 4 bis ungefähr 9 Mikrometer. Das Schalenlatex kann mithilfe von beeimpfter semikontinuierlicher In-situ-Emulsionscopolymerisation des Latex hergestellt werden und das Schalenlatex kann hinzugefügt werden, nachdem sich die aggregierten Partikel gebildet haben.
Wenn vorhanden, kann das Schalenlatex in einer Menge von 20 bis 40 Gew.-% des trockenen Tonerpartikels vorhanden sein, z. B. ungefähr 26 bis ungefähr 36 Gew.-% oder ungefähr 27 bis ungefähr 34 Gew.-% des trockenen Tonerpartikels.
Die Toner können durch Kombinieren eines Harzes, eines Wachs und eines optionalen Farbstoffs im Aggregations- und Koaleszenzprozess, darauf folgendes Waschen und Trocknen der Partikel und danach Vermischen der Tonerpartikel mit optionalen externen Oberflächenzusatzstoffen hergestellt werden. Das Harz kann mit einem beliebigen auf dem Gebiet bekannten Verfahren hergestellt werden. Wie oben beschrieben, kann das Harz ein Drei-Latices-System sein, das einen Latexkern, der ein Basispolymer enthält; eine Latexschale, die ein Schalenpolymer enthält, und ein Latexgel umfasst. Jedes des Basispolymers, Schalenpolymers und Latexgels kann mittels Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt werden. Ein Weg zur Herstellung des Harzes sind Emulsionspolymerisationsverfahren, darunter semikontinuierliche Emulsionspolymerisation.
Insbesondere können die Toner durch Bilden einer Aufschlämmung hergestellt werden, die eine Emulsion enthält, die ein Harz, das ein primäres Harz und ein Trennharz umfasst, ein optionales Wachs, ein optionales Koagulans, ein optionales Tensid, einen oder mehrere weitere optionale Zusatzstoffe, ein den pH-Wert einstellendes Mittel und ein Trennmittel enthält.
Die Aufschlämmung kann danach für ungefähr 10 bis ungefähr 150 min, z. B. ungefähr 10 bis ungefähr 50 min, ungefähr 20 bis ungefähr 90 min oder ungefähr 70 bis ungefähr 150 min, bei einer gehaltenen Homogenisierungstemperatur von weniger als ungefähr 40 °C, z. B. weniger als ungefähr 30 °C, von ungefähr 5 °C bis ungefähr 30 °C oder von ungefähr 0 °C bis ungefähr 20 °C, homogenisiert werden.
Nach Homogenisierung kann die Aufschlämmung bei einer Temperatur größer gleich der Glasübergangstemperatur des primären Harzes in einem Reaktor vermischt werden, um primäre Partikel mit einem geeigneten Partikeldurchmesser zu züchten, z. B. von ungefähr 3,0 bis ungefähr 10 µm oder von ungefähr 5,0 bis ungefähr 8,0 µm oder von ungefähr 5,5 bis ungefähr 7,5 µm oder von ungefähr 5,8 bis ungefähr 7,2 µm.
Ein Schalenharz kann danach in einer kontrollierten Rate zur Aufschlämmung hinzugefügt werden, z. B. ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 %/min, ungefähr 2 bis ungefähr 10 %/min oder ungefähr 2,5 bis ungefähr 6 %/min, um eine Charge zu bilden, die Tonerpartikel enthält. Die Schalenharzpartikel dürfen ggf. für ungefähr 30 min, z. B. ungefähr 40 min oder ungefähr 1 h, wachsen und sich an den Kern anhaften.
Nachdem die Schalenharzpartikel gewachsen sind und sich an den Kern angehaftet haben, kann ein den pH-Wert einstellendes Mittel zur Aufschlämmung hinzugefügt werden, um das Wachstums der Tonerpartikel einzufrieren und den pH-Wert der Charge zu erhöhen. Beispielsweise kann der pH-Wert auf einen Wert von ungefähr 4 bis ungefähr 6, z. B. ungefähr 5 bis ungefähr 5,5, ungefähr 5,4 bis ungefähr 5,8 oder ungefähr 5,7 bis ungefähr 6,2, erhöht werden.
Nachdem das Wachstum der Partikel eingefroren wurde und die Charge gehalten wurde, kann die Temperatur des Reaktors auf ungefähr 94 °C erhöht werden, z. B. ungefähr 96 °C oder ungefähr 98 °C. Während die Charge zur Koaleszenz erhöht wird, kann die Charge in Bezug auf Partikelkreisförmigkeit überwacht werden, z. B. unter Verwendung eines Sysmex 3000 Analysators. Wenn die Kreisförmigkeit ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,998, z. B. ungefähr 0,950 bis ungefähr 0,980 oder ungefähr 0,955 bis ungefähr 0,965 beträgt, kann der pH-Wert erneut auf ungefähr 6,8 eingestellt werden, z. B. ungefähr 6,9 oder ungefähr 7,0. Die Temperatur in dem Reaktor kann danach auf ungefähr 60 °C, z. B. ungefähr 63 °C oder ungefähr 65 °C, eingestellt werden, um die Charge in einer Rate von ungefähr 0,4 °C/min, z. B. ungefähr 0,6 °C/min oder ungefähr 0,8 °C/min, zu kühlen. Nachdem die Charge die Reaktortemperatur erreicht hat, kann der pH-Wert auf ungefähr 8,7 eingestellt werden, z. B. ungefähr 8,8 oder ungefähr 8,9. Nachdem der pH-Wert eingestellt wurde, kann die Aufschlämmung auf ungefähr 35 °C, z. B. ungefähr 40 °C oder ungefähr 45 °C, gekühlt und danach in ein Sieb abgegossen, gesiebt, gewaschen und getrocknet werden.
Ein den pH-Wert einstellendes Mittel kann hinzugefügt werden, um die Rate des Emulsionsaggrations- und Koaleszenzprozesses zu kontrollieren. Das den pH-Wert einstellende Mittel kann eine beliebige Säure oder Base sein, die die zu produzierenden Produkte nicht negativ beeinflusst. Geeignete Basen umfassen Metallhydroxide wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid und Kombinationen davon. Geeignete Säuren umfassen Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Zitronensäure, Essigsäure und Kombinationen davon.
Optionale Zusatzstoffe können mit dem Toner kombiniert werden. Geeignete Zusatzstoffe umfassen beliebige Zusatzstoffe, die die Eigenschaften der Tonerzusammensetzung verbessern. Beispielsweise kann der Toner Mittel zum Steuern der positiven oder negativen Ladung in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners, z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 5 Gew.-% oder ungefähr 1 bis ungefähr 3 Gew.-%, enthalten. Beispiele für geeignete Ladungskontrollmittel umfassen quaternäre Ammoniumverbindungen, darunter Alkylpyridiniumhalide; Bisulfate; Alkylpyridiniumverbindungen; organische Sulfat- und Sulfonatzusammensetzungen; Cetylpyridiniumtetrafluorborat; Distearydimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie GBONTRON E88^TM oder Zinksalze wie E-84 (Orient Chemical); Kombinationen davon und dergleichen.
Andere Zusatzstoffe umfassen einen organischen Abstandhalter, z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA). Der organische Abstandhalter kann einen volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 300 bis ungefähr 600 nm, z. B. ungefähr 300 bis ungefähr 400 nm oder ungefähr 350 bis ungefähr 450 nm, z. B. 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm oder 500 nm, aufweisen. Beispielsweise kann ein organischer 400-Nanometer-PMMA-Abstandhalter verwendet werden.
Andere Zusatzstoff umfassen Oberflächenzusatzstoffe, Farbverstärker usw. Oberflächenzusatzstoffe, die nach dem Waschen oder Trocknen zu den Tonerzusammensetzungen hinzugefügt werden können, umfassen beispielsweise Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Siliciumdioxide, Metalloxide, Strontiumtitanate, Kombinationen davon und dergleichen, wobei die Zusatzstoffe jeweils in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners vorhanden sein können, z. B. ungefähr 0,5 bis ungefähr 7 Gew.-%. Andere Zusatzstoffe umfassen Zinkstearat und AEROSIL R972^®, erhältlich von Degussa. Die beschichteten Siliciumdioxide können auch in Mengen von z. B. ungefähr 0,05 bis ungefähr 5 Gew.-% des Toners ausgewählt werden, z. B. ungefähr 0,1 bis ungefähr 2 Gew.-%. Diese Zusatzstoffe können während der Aggregation hinzugefügt oder in das gebildete Tonerprodukt vermischt werden.
Emulsionsaggregationsverfahren bieten eine bessere Kontrolle über die Verteilung der Tonerpartikelgrößen, indem sie die Menge sowohl der feinen als auch der groben Tonerpartikel im Toner begrenzen. Bei einigen Ausführungsformen besitzen die Tonerpartikel eine relativ enge Partikelgrößenverteilung mit einer zahlengemittelten niedrigen geometrischen Standardabweichung (GSDn) von ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,35 wie beispielsweise ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,30 oder ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,25. Die Tonerpartikel können darüber hinaus eine volumengemittelte obere geometrische Standardabweichung (GSD) im Bereich von ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,35 wie beispielsweise ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,30 oder ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,25 aufweisen.
Die Tonerpartikel können einen Partikeldurchmesser von ungefähr 3,0 bis ungefähr 10 µm, z. B. ungefähr 5,0 bis ungefähr 8,0 µm oder ungefähr 5,5 bis ungefähr 7,5 µm, aufweisen. Der Partikeldurchmesser kann unter Verwendung eines beliebigen bekannten Mittels gemessen werden, z. B. mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops (SEM). Mit einer korrekten Kreisförmigkeit können die Toner eine optimierte Maschinenleistung unterstützen.
Die Tonerpartikel können eine Kreisförmigkeit von ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,998, z. B. von ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,980 oder von ungefähr 0,950 bis ungefähr 0,970 oder von ungefähr 0,955 bis ungefähr 0,965, aufweisen und können somit insbesondere für Rakelreinigungssysteme, d. h. Ein-Komponenten-Entwicklungs-(SCD)-Systeme, geeignet sein. Bei einer Kreisförmigkeit von mehr als ungefähr 0,965 besteht die Tendenz der Produktion von Tonern mit Trommelnebelproblemen, insbesondere Trommelfrühnebel, in einer Zone hoher Feuchtigkeit/hoher Hitze (80 °C/80 % rF). Die Kreisförmigkeit kann beispielsweise mit einem Sysmex FPIA 2100 oder 3000 Analysator gemessen werden. Eine Kreisförmigkeit von 1,000 indiziert eine vollständig kreisförmige Form.
2Die Tonerpartikel können einen Oberflächenbereich von ungefähr 0,5 m /g bis ungefähr 1,4 m²/g aufweisen, z. B. von ungefähr 0,6 m²/g bis ungefähr 1,2 m²/g oder von ungefähr 0,7 m²/g bis ungefähr 1,10 m²/g. Der Oberflächenbereich kann mithilfe der Methode nach Brunauer, Emmett und Teller (BET) ermittelt werden. Der BET-Oberflächenbereich einer Kugel kann anhand der folgenden Gleichung berechnet werden:
Oberflächenbereich (m²/g) = 6 / (Partikeldurchmesser (um)·Dichte (g/cm³)).
Die Tonerpartikel können einen volumengemittelten Durchmesser (auch als "volumengemittelter Partikeldurchmesser" oder "D_50v" bezeichnet) von ungefähr 3 bis ungefähr 25 µm, z. B. von ungefähr 4 bis ungefähr 15 µm oder ungefähr 5 bis ungefähr 12 µm oder von ungefähr 6,5 bis ungefähr 8 µm, aufweisen. D_50v, GSDv und GSDn können unter Verwendung eines Messinstruments, beispielsweise dem Beckman Coulter Multisizer 3, gemäß den Instruktionen des Herstellers betrieben bestimmt werden. Eine repräsentative Probennahme kann wie folgt durchgeführt werden: eine kleine Tonerprobe (ungefähr 1 g) kann entnommen und durch ein 25-µm-Sieb filtriert und danach in eine isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von ungefähr 10 % zu erhalten, wobei die Probe danach durch einen Beckman Coulter Multisizer 3 laufen gelassen wird.
Die Tonerpartikel können einen Formfaktor von ungefähr 105 bis ungefähr 170 aufweisen, z. B. ungefähr 110 bis ungefähr 140 oder ungefähr 130 bis ungefähr 150. Mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Bildanalyse (IA) kann der Formfaktor analysiert bzw. bestimmt werden. Die durchschnittlichen Partikelformen werden gemäß der folgenden Formfaktor-(SF1·a)-Formel quantifiziert: SF1·a = 100πd²/ (4A), wobei A die Fläche des Partikels und d dessen Hauptachse ist. Ein vollständig kreis- oder kugelförmiger Partikel weist einen Formfaktor von genau 100 auf. Der Formfaktor SF1·a erhöht sich, wenn die Form mit einem größeren Oberflächenbereich unregelmäßiger oder länglicher wird.
Die Tonerpartikel können ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von ungefähr 10.000 bis ungefähr 65.000 pse, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) im Bereich von ungefähr 2.500 bis ungefähr 30.000 pse und ein MWD (Verhältnis des Mw zum Mn der Tonerpartikel, ein Messwert der Polydispersität oder Breite des Polymers) von ungefähr 1,2 bis ungefähr 10 aufweisen.
Die Charakteristika der Tonerpartikel können mit einem beliebigen geeigneten Verfahren und einer beliebigen geeigneten Vorrichtung bestimmt werden und sind nicht auf die hier im oberen Abschnitt angeführten Instrumente und Verfahren beschränkt.
Darüber hinaus können die Toner nach Wunsch ein bestimmtes Verhältnis zwischen Molekulargewicht des Latexbindemittels und Molekulargewicht der Tonerpartikel aufweisen, die gemäß dem Emulsionsaggregationsverfahren erhalten wurden. Wie auf dem Gebiet verstanden, durchläuft das Bindemittel während der Verarbeitung eine Vernetzung, wobei das Ausmaß der Vernetzung während des Verfahrens kontrolliert werden kann. Das Verhältnis ist am besten unter Bezug auf die molekularen Spitzenwerte (Mp) für das Bindemittel ersichtlich, die die höchste Spitze des Mw darstellen. Das Bindemittel kann Mp-Werte im Bereich von ungefähr 5.000 bis ungefähr 50.000 pse, z. B. ungefähr 7.500 bis 45000, aufweisen. Die aus dem Bindemittel hergestellten Tonerpartikel können darüber hinaus eine hohe molekulare Spitze aufweisen, beispielsweise von ungefähr 5000 bis ungefähr 43.000, z. B. ungefähr 7.500 bis ungefähr 40.500 pse, was indiziert, dass die molekulare Spitze von den Eigenschaften des Bindemittels und nicht von einer anderen Komponente wie dem Farbstoff beeinflusst wird.
Toner der vorliegenden Offenbarung können ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, darunter Mindestschmelzfixierung, Schmelzfixierungsverhätltnis und Dichte. Beispielsweise können die Toner niedrige Mindestschmelzfixierungstemperaturen, d. h. Temperaturen, bei denen mit dem Toner hergestellte Bilder an ein Substrat fixiert werden, von z. B. ungefähr 135 °C bis ungefähr 220 °C aufweisen, z. B. von ungefähr 155 °C bis ungefähr 220 °C. Die Toner können einen Schmelzfixierungsprozentsatz von ungefähr 50 % bis ungefähr 100 % oder von ungefähr 60 % bis ungefähr 90 % aufweisen. Der Schmelzfixierungsprozentsatz eines Bildes kann wie folgt bewertet werden. Toner wird je nach Ausgangssollwert bei niedrigen bis hohen Temperaturen schmelzfixiert. Die Toneradhäsion an Papier wird gemessen, indem die Bereiche von Interesse mit einem Band entfernt werden und danach die Dichte gemessen wird. Die Dichte des getesteten Bereichs wird durch die Dichte des Bereichs vor Entfernung geteilt und danach mit 100 multipliziert, um die prozentuale Schmelzfixierung zu erhalten. Die optische Dichte wird mit einem Spektrometer gemessen (z. B. 938 Spectrodensitometer, hergestellt von X-Rite). Danach werden die auf diese Weise bestimmten optischen Dichten verwendet, um das Schmelzfixierungsverhältnis gemäß der folgenden Gleichung zu berechnen.
Schmelzfixierung (%) = Bereich vor Entfernung / Bereich nach Entfernung × 100
Die Toner können auch ausgezeichnete Ladungscharakteristika aufweisen, wenn Bedingungen extremer relativer Feuchtigkeit (rF) ausgesetzt. Die Zone mit geringer Feuchtigkeit kann ungefähr 12 °C/15 % rF sein, während die Zone mit hoher Feuchtigkeit ungefähr 28 °C/85 % rF sein kann. Toner der vorliegenden Offenbarung können ein Ausgangstonerladung-pro-Masse-Verhältnis (Q/M) in der Zone mit geringer Feuchtigkeit von ungefähr –25 µC/g bis ungefähr –95 µC/g, z. B. ungefähr bis ungefähr –45 µC/g bis ungefähr –95 µC/g, und eine Endtonerladung nach Oberflächenzusatzstoffvermischung von ungefähr –8 µC/g bis ungefähr –90 µC/g, beispielsweise von ungefähr –50 µC/g bis ungefähr –85 µC/g, aufweisen. Toner der vorliegenden Offenbarung können ein Ausgangstonerladung-pro-Masse-Verhältnis (Q/M) in der Zone mit hoher Feuchtigkeit von ungefähr –2 µC/g bis ungefähr –50 µC/g, z. B. ungefähr bis ungefähr –4 µC/g bis ungefähr –35 µC/g, und eine Endtonerladung nach Oberflächenzusatzstoffvermischung von ungefähr –8 µC/g bis ungefähr –40 µC/g, beispielsweise von ungefähr –10 µC/g bis ungefähr –25 µC/g, aufweisen.
Die Toner können eine hohe Hot-Offset-Temperatur von beispielsweise ungefähr 200 °C bis ungefähr 230 °C, z. B. ungefähr 200 °C bis ungefähr 220 °C oder ungefähr 205 °C bis ungefähr 215 °C, aufweisen.
Die Tonerzusammensetzung kann ein gutes Fließvermögen aufweisen, wie mittels Hosokawa-Powder-Flow-Tester gemessen. Toner der vorliegenden Offenbarung können ein Fließverhalten von ungefähr 5 bis ungefähr 55 % oder von ungefähr 10 bis ungefähr 50 % aufweisen.
Die Tonerzusammensetzung kann hinsichtlich Komprimierbarkeit gemessen werden, die teilweise eine Funktion des Fließverhaltens ist. Toner der vorliegenden Offenbarung können eine Komprimierbarkeit von ungefähr 8 bis ungefähr 14 % oder von ungefähr 10 bis ungefähr 12 % bei 0,5 bis 10,5 kPa aufweisen.
Die Trommelverschmutzung nach Verwendung der Tonerzusammensetzungen kann gemessen werden, indem die Trommel entfernt und danach gewogen wird. Toner der vorliegenden Offenbarung können eine Trommelverschmutzung von ungefähr 0 bis ungefähr 20 % oder von ungefähr 1 bis ungefähr 8 % aufweisen.
Die Dichte der Tonerzusammensetzungen kann mithilfe eines Densitometers gemessen werden. Toner der vorliegenden Offenbarung können eine Dichte von ungefähr 1,1 bis ungefähr 1,6 oder von ungefähr 1,1 bis ungefähr 1,4 aufweisen.
Toner gemäß der vorliegenden Offenbarung können bei einer Vielzahl von Bildgebungsvorrichtungen verwendet werden, einschließlich Druckern, Kopiergeräten und dergleichen. Die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toner eignen sich ausgezeichnet für Bildgebungsverfahren, insbesondere xerographische Verfahren, und können qualitativ hochwertige Farbbilder mit ausgezeichneter Bildauflösung, annehmbaren Signal-Rausch-Verhältnis und Bildgleichmäßigkeit bereitstellen. Darüber hinaus können die Toner der vorliegenden Offenbarung für elektrophotographische Bildgebungs- und Druckprozesse wie digitale Bildgebungssysteme und -prozesse ausgewählt werden.
Jeder beliebige bekannte Bildentwicklungssystemtyp kann in einer Bildentwicklungsvorrichtung verwendet werden, um Bilder mit dem hier beschriebenen Tonersatz zu erzeugen, darunter z. B. Magnetbürstenentwicklung, Ein-Komponenten-Entwicklung (SCD), Zwei-Komponenten-Entwicklungs-(TCD)-System, Hybrid-Scavengeless-Development (HSD) und dergleichen. Da diese Entwicklungssysteme auf dem Gebiet bekannt sind, bedarf es keiner weiteren Erläuterung des Betriebs dieser Vorrichtungen, um ein Bild zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, eignet sich die Tonerzusammensetzung zur Verwendung in elektrographischen Hochgeschwindigkeitsmaschinen, z. B. jene mit einer Druckrate von zumindest ungefähr 50 ppm.
Ein Vorteil der hier offenbarten Formulierung besteht in der verringerten Verschmutzung der Grundladungswalze (BCR, Bias Charge Roll). Diese Toner eignen sich besonders gut für Drucker mit Reinigungssystemen, die eine BCR und eine elektrostatische Walze zum Laden des Photorezeptors enthalten. Dies bedeutet, dass die Formulierungen auch für eine Verwendung in Druckern in kleinen Büros besonders gut geeignet sind.

Tonerpartikel werden hergestellt, indem der Latexkern, das Latexgel, das Paraffinwachs, Carbonschwarzpigment, Cyanpigment, Polyaluminiumchlorid (PAC) und Salpetersäure (HNO₃) in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen kombiniert werden, um eine Aufschlämmung zu bilden. Tabelle 1: Monochrome SCD-Formulierung

Partikel	Verwendung	Gew.-%
Latexkern	Basispolymer	42–52
Latexschale	Schalenpolymer	26–36
Latexgel	Trennung	6–12
Paraffinwachs	Trennung	10–14
Regal 330-CB-Pigment	Pigmentation	2–6
Cyan-15:3-Pigment	Pigmentation	0,5–2,5
PAC-100	Koagulans	0,12–0,18 pph
HNO₃	Säure	Einstellung
NaOH	Basis	Einstellung

Die Mischung wird für 20 bis 90 Minuten homogenisiert, während eine Temperatur von 30 °C oder weniger gehalten wird. Nach der Homogenisierung wird die Mischung aus der Homogenisatorschleife entnommen und in einem Reaktor bei kontrollierter Rate und Temperatur größer gleich der Glasübergangstemperatur des primären (Basis-)Polymers vermischt. Nachdem der primäre Partikel eine entsprechende Größe erreicht hat, wird das Schalenharz in einer kontrollierten Rate hinzugefügt. Das Schalenharz darf für 30 min wachsen, bis das gewünschte Wachstum und eine korrekte Anhaftung an den Kern erreicht sind.
Nach der Schalenzugabe wird eine Base hinzugefügt, um das Wachstum des Partikels einzufrieren und den pH-Wert auf 4,0 bis 6,0 zu erhöhen. Nachdem das Partikelwachstum eingefroren und die Charge gehalten wurde, wird die Temperatur auf 96 °C erhöht. Die Erhöhung zur Koaleszenz wird sorgfältig beobachtet und bei 80 °C wird der pH-Wert auf 4,9 bis 5,3 eingestellt. Nachdem eine Koaleszenz von 96 °C erreicht ist, wird die Charge mithilfe eines Sysmex 3000 Analysators auf Partikelkreisförmigkeit überwacht.
Nachdem die Kreisförmigkeit 0,960 erreicht hat, wird der pH-Wert auf 6,8 bis 7,0 eingestellt. Die Temperatur im Reaktor wird sodann auf 58 bis 63 °C eingestellt, und die Aufschlämmung wird bei einer Rate von ungefähr 0,4 bis 0,6 °C/min gekühlt. Nachdem die Aufschlämmung eine Temperatur von ungefähr 58 bis 63 °C erreicht hat, wird der pH-Wert auf 8,5 bis 8,9 eingestellt und die Temperatur der Aufschlämmung danach auf 30 bis 40 °C gesenkt. Nachdem die Temperatur auf 30 bis 40 °C gesenkt wurde, wird die Aufschlämmung in ein Sieb entladen, gesiebt, danach gewaschen und getrocknet.
Die 1 bis 4 sind SEM-Aufnahmen, die das Herstellungs-Scale-up des Partikels mit einer Größe von 7,0 bis 7,8 µm und einer Kreisförmigkeit von 0,955 bis 0,965 zeigen. Die 5 und 6 sind TEM-Aufnahmen, die die Pigment- und Wachsverteilung in den gesamten Partikeln zeigen.

Claims

Tonerzusammensetzung, umfassend: Tonerpartikel, umfassend: ein Harz; ein optionales Wachs; und einen optionalen Farbstoff, wobei: das Harz ein Drei-Latices-System ist, umfassend: einen Latexkern, der ein Basispolymer enthält; eine Latexschale, die ein Schalenpolymer enthält; und ein Latexgel; und eine Glasübergangstemperatur Tg des Latexkerns geringer als eine Glasübergangstemperatur Tg der Latexschale ist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Tonerpartikel einen Partikeldurchmesser von ungefähr 3 bis ungefähr 10 µm, eine Kreisförmigkeit von ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,988 und einen BET-Oberflächenbereich von ungefähr 0,8 m²/g bis ungefähr 1,5 m²/g aufweisen.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei: die Glasübergangstemperatur Tg des Latexkerns ungefähr 40 °C bis ungefähr 65 °C beträgt; und die Glasübergangstemperatur Tg der Latexschale ungefähr 50 °C bis ungefähr 75 °C beträgt.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei: ein Molekulargewicht Mw des Latexkerns ungefähr 15 kpse bis ungefähr 65 kpse beträgt; und ein Molekulargewicht Mw der Latexschale ungefähr 15 kpse bis ungefähr 65 kpse beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Tonerzusammensetzung, umfassend: Bilden einer Aufschlämmung, die Partikel enthält, durch Kombinieren von: einer Emulsion, die ein Harz, das ein Latexkernharz umfasst, das ein Basispolymerharz umfasst, und ein Latexgel enthält; eines Trennharzes; optional einer Wachsdispersion in einem Tensid; optional einer Farbstoffdispersion; und einer oder mehrerer weiterer optionaler Zusatzstoffe; Hinzufügen einer Säure und eines Koagulans; Homogenisieren der Aufschlämmung und Aggregieren der Partikel bei einer Homogenisierungstemperatur; Hinzufügen eines Latexschalenharzes zum Toner, um eine Charge zu bilden, die Tonerpartikel mit einem Kern und einer Schale enthält; Hinzufügen eines den pH-Wert einstellenden Mittels zur Charge, um das Wachstum der Tonerpartikel einzufrieren und den pH-Wert der Charge einzustellen; Koaleszieren der Charge durch Erhöhen der Temperatur auf eine Koaleszenztemperatur; Überwachen der Charge auf Partikelkreisförmigkeit; und Gewinnen der Tonerpartikel.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Tonerpartikel einen Endpartikeldurchmesser von ungefähr 3,0 bis ungefähr 10 µm, und eine Endkreisförmigkeit von ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,988 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Glasübergangstemperatur Tg des Latexkerns niedriger als eine Glasübergangstemperatur Tg der Latexschale ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Koaleszenztemperatur über einer Glasübergangstemperatur der Schale liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Base den pH-Wert der Charge auf einen Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 6,0 erhöht.
Tonerzusammensetzung, umfassend: Tonerpartikel, umfassend: ein Harz; ein optionales Wachs; und einen optionalen Farbstoff, wobei: das Harz ein Drei-Latices-System ist, umfassend: einen Latexkern, der ein Basispolymer enthält; eine Latexschale, die ein Schalenpolymer enthält; und ein Latexgel; die Tonerpartikel einen Partikeldurchmesser von ungefähr 7,3 bis ungefähr 10 µm; die Tonerpartikel eine Kreisförmigkeit von ungefähr 0,945 bis ungefähr 0,998; und die Tonerpartikel einen BET-Oberflächenbereich von ungefähr 0,8 m²/g bis ungefähr 1,5 m²/g aufweisen.