DE102014209709A1

DE102014209709A1 - Kern-/hüllen-charge-kontroll-latex für ea-partikel

Info

Publication number: DE102014209709A1
Application number: DE102014209709.6A
Authority: DE
Inventors: Robert D. Bayley; Maura A. Sweeney; Grazyna E. Kmiecik-Lawrynowicz; Shigang Steven Qiu; Tie Hwee Ng
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20140356776A1; JP2014235431A; CA2852408A1; BR102014011812A2

Abstract

Ein Tonerpartikel enthält einen Kern, einschließlich wenigstens eines Harzes, optional ein Wachs und ein Färbemittel sowie eine Hülle, umfassend wenigstens ein Ladekontrollmittel. Der Kern ist im Wesentlichen frei von Ladekontrollmittel. Der Tonerpartikel weist eine verbesserte Ladeleistung im Vergleich zu Kern-/Hüllen-Tonerpartikeln mit dem Ladekontrollmittel im Kern des Tonerpartikels auf.

Description

Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen Tonerpartikel bereit, die für Toner für Hochgeschwindigkeitsdrucken mit verbesserter Charge-Leistung geeignet sind. Die Tonerpartikel der hierin beschriebenen Ausführungsformen weisen eine Kern-Hüllenstruktur mit einem Charge-Kontrollmittel (CCA) in der Hülle, aber im Wesentlichen nicht im Kern auf. Der Tonerpartikel gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine verbesserte Charge-Leistung im Vergleich zu einem Kern-Hüllentonerpartikel mit einem dem Kern des Tonerpartikels hinzugefügten CCA auf.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Tonerpartikel durch Emulsionsaggregationsprozesse hergestellt werden, wie z.B. einem Prozess, der das Aggregieren einer Mischung aus einem optionalen Färbemittel, einem optionalen Wachs sowie gegebenenfalls anderen gewünschten oder erforderlichen Zusatzstoffen, und Emulsionsharzen, optional in Tensiden und dann dem Verschmelzen der Aggregatmischung. Eine Mischung kann durch Hinzufügen eines Färbemittels und optional eines Wachses oder anderen Materials hergestellt werden, dass ebenfalls optional in einer Dispersion, einschließlich einem Tensid, vorhanden sein kann, zur Emulsion, die eine Mischung aus zwei oder mehr Emulsionen mit dem Harz sein kann. Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann durch eine Säure eingestellt werden. Weiterhin kann bei manchen Ausführungsformen die Mischung homogenisiert werden. Dann kann eine Hülle angewendet werden, um die aggregierten Partikel einzukapseln.
Obwohl manche Ausführungsformen bezüglich der Tonerpartikelherstellung nachfolgend in Bezug auf Emulsionsaggregationsprozesse beschrieben werden, kann ein beliebiges Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln eingesetzt werden, einschließlich chemischer Prozesse, wie z.B. eine Suspension.
Kern des Tonerpartikels
Es kann bei der Bildung eines Tonerkerns der hierin beschriebenen Ausführungsformen ein beliebiges Latexharz eingesetzt werden. Solche Harze können wiederum aus einem beliebigen geeigneten Monomer hergestellt werden. Ein beliebiges Monomer, das eingesetzt wird, kann je nach dem zu verwendenden partikulären Polymer ausgewählt werden.
Das Monomer kann durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden. Zu den geeigneten Monomeren, die bei der Bildung einer Latexemulsion nützlich sind, und somit den resultierenden Latexpartikeln in der Latexemulsion, zählen, jedoch ohne Beschränkung, Styrol; p-Chlorstyrol ungesättigte Mono-Olefine, wie z.B. Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen und dergleichen; gesättigte Mono-Olefine, wie z.B. Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylbutyrat; Vinylester, wie z.B. die Ester von Monocarboxylsäuren, einschließlich Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Acrylnitril; Methacrylnitril; Acrylamid; Mischungen davon und dergleichen. Weiterhin können quervernetzte Harze, einschließlich die Polymere, Copolymere und Homopolymer von Styrolpolymeren, ausgewählt werden. Das Latexharz kann ebenfalls aus einem amorphen Harz, einem kristallinen Harz und/oder einer Kombination davon hergestellt werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Polymer, das zum Bilden des Harzkerns eingesetzt wird, ein Polyesterharz, eine Mischung aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz sein.
Beispielhafte Polymere sind Styrolacrylate, Styrolbutadiene, Styrolmethacrylate und eher insbesondere Poly(styrol-alkylacrylat), Poly(styrol-1,3-dien), Poly(styrol-alkylmethacrylat), Poly(styrol-alkylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-1,3-dien-acrylsäure), Poly(styrol-alkylmethacrylat-acrylsäure), Poly(alkylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat-arylacrylat), Poly(arylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-alkylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-1,3-dien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(alkylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butadien), Poly(methylstyrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylat-butadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren), Poly(styrol-propylacrylat), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-methacrylsäure), Poly(styrol-Butadien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-methacrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnonitril), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(styrol-butylmethacrylat), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(butylmethacrylat-butylacrylat), Poly(butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butylacrylat-acrylsäure) und Kombinationen davon. Beim Polymer kann es sich um die Block-, Zufalls- oder Wechsel-Copolymere handeln. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Poly(styrol-Butylacrylat) als das Latex eingesetzt werden. Die Glasübergangstemperatur des Poly(styrol-butylacrylats) kann von etwa 35 °C bis etwa 75 °C und bei anderen Ausführungsformen von etwa 40 °C bis etwa 70 °C oder von etwa 45 °C bis etwa 55 °C betragen.
Ein Beispiel eines linearen, propoxylierten Bisphenol A Fumaratharzes, das als ein Latexharz eingesetzt werden kann, ist unter dem Handelsnamen SPARII erhältlich. Andere propoxylierte Bisphenol A Fumaratharze, die eingesetzt werden können, sind gewerblich erhältliche.
Geeignete kristalline Harze, die, optional mit einem amorphen Harz, eingesetzt werden können, sind ein Harz, das aus Ethylenglykol und einer Mischung aus Dodecanedisäure- und Fumarsäure-Comonomeren:
Bei manchen Ausführungsformen kann das Latexharz ein quervernetzbares Harz sein. Ein quervernetzbares Harz ist ein Harz, einschließlich einer quervernetzbaren Gruppe oder Gruppen, wie z.B. eine C=C-Bindung. Das Harz kann z.B. durch eine freie Radikale-Polymerisation mit einem Initiator quervernetzt werden. Daher kann ein Harz, das zur Bildung des Kerns verwendet wird, teilweise quervernetzt sein, was in manchen Ausführungsformen als „teilweise quervernetztes Polyesterharz“ oder ein „Polyestergel“ bezeichnet sein kann. Bei manchen Ausführungsformen kann von etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% des Polyestergels quervernetzt sein und bei anderen Ausführungsformen kann von etwa 5 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% des Polyestergels quervernetzt sein.
Initiatoren
Bei verschiedenen Ausführungsformen können Initiatoren zur Bildung des Latex hinzugefügt werden. Beispiele geeigneter Initiatoren sind wasserlösliche Initiatoren, wie z.B. Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat sowie organische lösliche Initiatoren, einschließlich organische Peroxide und Azo-Verbindungen, einschließlich Vazo-Peroxide, wie z.B. VAZO 64^TM2-Methyl 2-2´-Azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2-2´-Azobisisobutyramiddehydrat sowie Kombinationen davon. Andere wasserlösliche Initiatoren, die verwendet werden können, sind Azoamidinverbindungen, z.B. 2,2´-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)dihydrochlorid, 2,2′-Azobis[N-(4-chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]di-hydrochlorid, 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, wie z.B. von etwa 0,1 bis etwa 8 Gewichtsprozent und in manchen Ausführungsformen von etwa 0,2 bis etwa 5 Gewichtsprozent der Monomere. Bei anderen Ausführungsformen können Initiatoren von etwa 0,3 bis etwa 4,5 oder von etwa 0,4 bis etwa 4 oder von etwa 0,9 bis etwa 3,5 Gewichtsprozent der Monomere vorhanden sein.
Bei manchen Ausführungsformen kann das Latexharz durch Emulsionspolymerisationsverfahren gebildet werden.
Bei manchen Ausführungsformen können Färbemittel, Wachse sowie andere Zusatzmittel, die eingesetzt werden, um den Kern des Tonerpartikels zu bilden, in Dispersionen, einschließlich Tensiden, vorhanden sein. Weiterhin können Tonerpartikel durch Emulsionsaggregationsverfahren gebildet werden, wobei das Harz und die anderen Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside gegeben werden; eine Emulsion gebildet wird; und die Tonerpartikel aggregiert, miteinander verschmolzen, optional gewaschen und getrocknet sowie wiedergewonnen werden.
Tenside
Bei manchen Ausführungsformen kann das Latexharz in einer wässrigen Phase, enthaltend ein Tensid oder Co-Tensid, hergestellt werden. Tenside, die mit dem Harz zur Bildung einer Latexdispersion verwendet werden können, können ionische oder nichtionische Tenside in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 15 Gewichtsprozent der Feststoffe und in anderen Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Feststoffe sein.
Anionische Tenside, die verwendet werden können, sind Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzensulfonat, Natriumdodecylnaphthalensulfat, Dialkylbenzenalkylsulfate und Sulfonate, Säuren, wie z.B. Abietinsäure, Kombinationen davon und dergleichen. Andere anionische Tenside sind in manchen Ausführungsformen DOWFAX^TM 2A1, eine Alkyldiphenyloxiddisulfonatform, die verzweigte Natriumdodecylbenzensulfonate sind. Kombinationen dieser Tenside und der vorgenannten anionischen Tenside können in den Ausführungsformen verwendet werden.
Beispiele kationischer Tenside sind, jedoch ohne Einschränkung, Ammonium, z.B. Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzenealkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, C12, C15, C17 Trimethylammoniumbromide, Kombinationen davon und dergleichen. Andere kationische Tenside sind Cetylpyridiniumbromid, die Halidsalze von quaternären Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL und ALKAQUAT, SANISOL (Benzalkoniumchlorid), Kombinationen davon und dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen enthält ein geeignetes kationisches Tensid SANISOL B-50, das hauptsächlich ein Benzyldimethylalkoniumchlorid ist.
Beispiele von nichtionischen Tensiden sind, jedoch ohne Einschränkung, Alkohole, Säuren und Ether, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxylethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylenecetylether, Polyoxyethylenelaurylether, Polyoxyethyleneoctylether, Polyoxyethyleneoctylphenylether, Polyoxyethyleneoleylether, Polyoxyethylenesorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenestearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol, Kombination davon und dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen können gewerblich verfügbare Tenside, wie z.B. IGEPAL CA-210^TM, IGEPAL CA-520^TM, IGEPAL CA-720^TM, IGEPAL CO-890^TM, IGEPAL CO-720^TM, IGEPAL CO-290^TM, IGEPAL CA-210^TM, ANTAROX 890^TM und ANTAROX 897^TM eingesetzt werden.
Färbemittel
Die Färbemittel können Farbstoffe, Pigmente, Mischungen aus Farbstoffen, Mischungen aus Pigmenten, Mischungen aus Farbstoffen und Pigmenten und dergleichen enthalten und können im Toner enthalten sein. Das Färbemittel kann im Kern des Tonerpartikels in einer Menge von z.B. etwa 0,1 bis etwa 35 Gew.-% des Toners oder von etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% des Toners oder von etwa 3 bis etwa 10 Gew.-% des Toners enthalten sein.
Als Beispiele geeigneter Färbemittel können Kohlenschwarz erwähnt werden, wie z.B. REGAL 330^®; Magnetit, wie z.B. die Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; kolumbische Magnetite; MAPICO BLACKS^TM sowie oberflächenbehandelte Magnetite; die Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; die Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; die Northern Pigments-Magnetite, NP-604^TM, NP-608^TM; die Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM; und dergleichen. Gefärbte Pigmente können ausgewählt werden aus Cyan, Magenta, gelb, rot, grün, braun, blau oder Mischungen davon. Im Allgemeinen werden Cyan, Magenta oder gelbe Pigmente oder Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden im Allgemeinen als Pigmentdispersionen auf Wasserbasis verwendet.
Spezifische Beispiele von Pigmenten sind SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE Pigmentdispersionen auf Wasserbasis, HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUET^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, PIGMENT BLUE 1^TM, PIGMENT VIOLET 1^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026^TM, E.D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK ET von Hoechst sowie CINQUASIA MAGENTA^TM und dergleichen. Im Allgemeinen sind die Färbemittel, die ausgewählt werden können, schwarz, Cyan, Magenta oder Gel sowie Mischungen davon. Beispiele von Magentas sind 2,9-Dimethyl-substituiertes Quinacridon- und Anthraquinon-Farbstoff, der im Farbindex als CI 60710 identifiziert ist, CI dispergiertes Rot 15, Diazo-Farbstoff, der im Farbindex als CI 26050 identifiziert ist, CI Lösungsmittel-Rot 19 und dergleichen. Illustrative Beispiele von Cyan sind Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyaninpigment, das im Farbindex als CI 74160 aufgeführt ist, CI Pigment-Blau, Pigment-Blau 15:3 und Anthrathren-Blau, das im Farbindex als CI 69810 identifiziert ist, Spezial-Blau X-2137 und dergleichen. Illustrative Beispiele von Gelb sind Diarylid-Gelb 3,3-Dichlorobenzidenacetoacetanilide, ein Monoazo-Pigment, das im Farbindex als CI 12700 identifiziert ist, CI Lösungsmittel-Gelb 16, ein Nitrophenylaminsulfonamid, das im Farbindex als Foron-Gelb SE/GLN identifiziert ist, CI dispergiertes Gelb 33 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilidphenylazo-4′-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid und Permanent-Gelb FGL. Gefärbtes Magnetit, wie z.B. Mischungen aus MAPICO BLACK^TM und Cyan-Komponenten, können ebenfalls als Färbemittel ausgewählt werden. Andere Färbemittel können ebenfalls ausgewählt werden, wie z.B. Levanyl-Schwarz A-SF und Sunsperse-Kohlenschwarz LHD 9303, sowie gefärbte Farbstoffe, wie z.B. Neopen-Blau, Sudan-Blau OS, PV Fast-Blau B2G01, Sunsperse-Blau BHD 6000, Irgalite-Blau BCA, Paliogen-Blau 6470, Sudan III, Sudan II, Sudan IV, Sudan Orange G, Sudan Orange 220, Paliogen Orange 3040, Ortho Orange OR 2673, Paliogen-Gelb 152, 1560, Lithol Fast-Gelb 0991K, Paliotol-Gelb 1840, Neopen-Gelb, Novoperm-Gelb FG 1, Permanent-Gelb YE 0305, Lumogen-Gelb D0790, Sunsperse-Gelb YHD 6001, Suco-Gelb L1250, Suco-Gelb D1355, Hostaperm Pink E, Fanal Pink D4830, Cinquasia Magenta, Lithol Scarlet D3700, Toluidine-Rot, Scarlet für Thermoplast NSD PS PA, E.D. Toluidine-Rot, Lithol Rubine Toner, Lithol Scarlet 4440, Bon-Rot C, Royal Brilliant-Rot RD-8192, Oracet Pink RF, Paliogen-Rot 3871K, Paliogen-Rot 3340, Lithol Fast Scarlet L4300, Kombinationen der vorstehenden und dergleichen.
Wachs
Wachsdispersionen können ebenfalls während der Bildung eines Latex oder Tonerpartikels in einer Emulsionsaggregationssynthese hinzugefügt werden. Geeignete Wachse sind z.B. Submikron-Wachspartikel im Größenbereich von etwa 50 bis etwa 1000 Nanometern und bei manchen Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 500 Nanometern eines volumendurchschnittlichen Durchmessers, suspendiert in einer wässrigen Phase von Wasser und einem ionischen Tensid, nichtionischen Tensid oder Kombinationen davon. Geeignete Tenside sind die oben beschriebenen. Das ionische Tensid oder nichtionische Tensid kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% und bei anderen Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-% des Wachses vorhanden sein.
Die Wachsdispersion gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können z.B. ein natürliches Pflanzenwachs, natürliches Tierwachs, Mineralwachs und/oder synthetisches Wachs enthalten. Beispiele von natürlichen Pflanzenwachsen sind z.B. Carnaubawachs, Candelillawachs, Japanwachs und Gagelstrauchwachs. Beispiele von natürlichen Tierwachsen sind z.B. Bienenwachs, punisches Wachs, Lanolin, Gummilackwachs, Schellackwachs und Spermazetwachs. Mineralwachse sind z.B. Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs Montanwachs, Erdwachs, Ceresinwachs, Petrolatumwachs und Petroleumwachs. Synthetische Wachse der vorliegenden Offenbarung sind z.B. Fischer-Tropsch-Wachs, Acrylatwachs, Fettsäurenamidwachs, Silikonwachs, Polytetrafluorethylenwach, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs und Kombinationen davon.
Beispiele von Polypropylen- und Polyethylenwachsen sind die gewerblich erhältlichen; Wachsemulsionen; EPOLENE N-15; VISCOL 550-P, ein Molekulargewichtspolypropylen mit niedrigem Gewichtsdurchschnitt sowie ähnliche Materialien. Bei manchen Ausführungsformen weisen gewerblich erhältliche Polyethylenwachse ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 100 bis etwa 5000 und bei anderen Ausführungsformen von etwa 250 bis etwa 2500 auf, während die gewerblich erhältlichen Polypropylenwachse ein Molekulargewicht von etwa 200 bis etwa 10.000 und in manchen Ausführungsformen von etwa 400 bis etwa 5000 aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen können die Wachse funktionalisiert werden. Beispiele von Gruppen, die zum Funktionalisieren von Wachsen hinzugefügt werden, sind Amine, Amide, Imide, Ester, quaternäre Amine und/oder Carboxylsäuren. Bei manchen Ausführungsformen können die funktionalisierten Wachse Acrylpolymeremulsionen, z.B. JONCRYL 74, 89, 130, 537 und 538; oder chlorierte Polypropylene und Polyethylene sein. Das Wachs kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 30 Gew.-% und bei manchen Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 20 Gew.-% des Toners vorhanden sein.
Zusatzstoffe
Bei manchen Ausführungsformen können die Tonerpartikel ebenfalls nach Wunsch oder Erfordernis andere optionale Zusatzstoffe enthalten. Es können z.B. externe Zusatzstoffpartikel mit den Tonerpartikeln vermischt werden, einschließlich Fließhilfszusatzstoffen, welche Zusatzstoffe auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele dieser Zusatzstoffe sind Metalloxide, wie z.B. Titanoxid, Silikonoxid, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Kieselgele, wie z.B. AEROSIL^®, Metallsalze und die Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich von Zinkstearat, Aluminiumoxiden, Ceroxides und Mischungen davon. Jeder dieser externen Zusatzstoffe kann in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Tonerpartikels, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 0,25 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% des Tonerpartikels vorhanden sein.
Die gemäß der vorliegenden Offenbarung produzierten Toner können ausgezeichnete Ladungscharakteristiken bei Aussetzen an extreme relative Luftfeuchtigkeitsbedingungen aufweisen.
Aggregationsmittel
Bei manchen Ausführungsformen können die Tonerpartikel ein Aggregationsmittel enthalten. Dabei kann jedes geeignete Aggregationsmittel verwendet werden, um die Tonerpartikel zu bilden. Geeignete Aggregationsmittel sind z.B. wässrige Lösungen eines divalenten Kations oder ein multivalente Kationmaterial. Das Aggregationsmittel kann z.B. Polyaluminiumhalide sein, wie z.B. Polyaluminiumchlorid (PAC) oder das entsprechende Bromid, Fluorid oder Jodid, Polyaluminiumsilikate, wie z.B. Polyaluminiumsulfosilikate (PASS) sowie wasserlösliche Metallsalze, einschließlich Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Kalziumacetat, Kalziumchlorid, Kalziumnitrit, Kalziumoxylat, Kalziumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat und Kombinationen davon. Bei manchen Ausführungsformen kann das Aggregationsmittel zur Mischung bei einer Temperatur hinzugefügt werden, die unterhalt der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes liegt.
Das Aggregationsmittel kann zur Mischung, die zum Bilden eines Toners verwendet wird, in einer Menge von z.B. von etwa 0,1 % bis etwa 8 Gew.-%, bei manchen Ausführungsformen von etwa 0,2 % bis etwa 5 Gew.-% und bei anderen Ausführungsformen von etwa 0,5 % bis etwa 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung hinzugefügt werden. Dies stellt eine ausreichende Menge des Mittels zur Aggregation bereit.
Um die Aggregation und das anschließende Verschmelzen der Partikel zu steuern, kann bei manchen Ausführungsformen das Aggregationsmittel über einen bestimmten Zeitraum in die Mischung dosiert werden. Das Mittel kann z.B. über einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 240 Minuten, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 200 Minuten in die Mischung dosiert werden. Der Zusatz des Mittels kann ebenfalls ausgeführt werden, während die Mischung unter gerührten Bedingungen gehalten wird, bei manchen Ausführungsformen von etwa 50 U/min bis etwa 1.000 U/min, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 100 U/min bis etwa 500 U/min, und bei einer Temperatur, die unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes wie oben erörtert liegt, bei manchen Ausführungsformen von etwa 30 °C bis etwa 90 °C, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 35 °C bis etwa 70 °C.
Die Partikel werden zum Aggregieren stehen gelassen, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist. Eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße bezieht sich auf die gewünschte Partikelgröße, die gemäß der Bestimmung vor der Ausbildung erreicht werden soll und die Partikelgröße wird während dem Wachstumsprozess überwacht, bis diese Partikelgröße erreicht ist. Proben können während dem Wachstumsprozess entnommen und auf die durchschnittliche Partikelgröße, z.B. mit einem Coulter-Zähler, analysiert werden. Die Aggregation kann somit durch Aufrechterhalten der erhöhten Temperatur oder durch langsames Erhöhen der Temperatur auf z.B. von etwa 30 °C bis etwa 99 °C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von etwa 0,5 Stunden bis etwa 10 Stunden, bei anderen Ausführungsformen von etwa 1 Stunde bis etwa 5 Stunden, unter Rühren fortschreiten, um die aggregierten Partikel bereitzustellen. Wenn die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess angehalten. Bei manchen Ausführungsformen liegt die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße innerhalb der oben genannten Tonerpartikel-Größenbereiche.
Das Wachstum und die Formgebung der Partikel nach dem Zusatz des Aggregationsmittels kann unter beliebigen geeigneten Bedingungen erreicht werden. Das Wachstum und die Formgebung können unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen die Aggregation separat vom Verschmelzen stattfindet. Für separate Aggregations- und Verschmelzungsphasen kann der Aggregationsprozess unter Scherbedingungen bei einer erhöhten Temperatur, z.B. von etwa 40 °C bis etwa 90 °C, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 45 °C bis etwa 80 °C, die unterhalb der wie oben erörterten Glasübergangstemperatur des Harzes liegen kann, durchgeführt werden.
Wenn die gewünschte, endgültige Größe der Tonerpartikel erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von 3 bis etwa 10, und bei anderen Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 9 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann verwendet werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, d.h. anzuhalten. Die zum Anhalten des Tonerwachstums verwendete Base kann eine beliebige geeignete Base sein, wie z.B. Alkalimetallhydroxide, wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen kann Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) hinzugefügt werden, um beim Einstellen des pH-Werts auf die oben angemerkten gewünschten Werte behilflich zu sein.
Hülle des Tonerpartikels
Bei manchen Ausführungsformen können die aggregierten Partikel nach der Aggregation, jedoch vor dem Verschmelzen, durch eine Hülle über den aggregierten Partikeln eingekapselt werden. Gemäß den Ausführungsformen hierin kann ein Ladekontrollmittel (CCA) in die Tonerhülle durch Hinzufügen des CCAs zu einer Emulsion, einschließlich des Harzes, das zum Bilden der Hülle eingesetzt wurde, eingearbeitete werden. Der Zusatz des CCA zum Emulsionsharz stellt eine im Wesentlichen einheitliche Verteilung des CCAs durch die gesamte Hülle bereit, während das CCA im Wesentlichen von der Hülle abwesend ist und somit eine einheitlichere Tonerladung erreicht werden kann.
Beim Bilden der Hülle der Partikel der vorliegenden Offenbarung kann jedes beliebige Latexharz eingesetzt werden. Solche Harze können wiederum aus jedem beliebigem, geeignetem Monomer bestehen. Das Monomer kann durch herkömmliche Verfahren hergestellt sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Tonerpartikel durch Emulsionsaggregation, EA, hergestellt werden. Geeignete Monomer, die beim Bilden einer Latexemulsion nützlich sind und somit die resultierenden Latexpartikel in der Latexemulsion sind, jedoch ohne Einschränkung, Styrol; p-Chlorstyrol ungesättigte Mono-Olefine, wie z.B. Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen und dergleichen; gesättigte Mono-Olefine, wie z.B. Vinylacetat, Vinylpropionat und Vinylbutyrat; Vinylester, wie z.B. die Ester von Monocarbonsäuren, einschließlich Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Acrylnitril; Methacrylnitril; Acrylamid; Mischungen davon und dergleichen. Zusätzlich können quervernetzte Harze, einschließlich Polymere, Copolymere und die Homopolymere von Styrolpolymeren ausgewählt werden. Die Harze können ein amorphes Harz, ein kristallines Harz und/oder eine Kombination davon sein.
Ladekontrollmittel
Es können beliebige CCA in der Hülle des Tonerpartikels der Ausführungsformen hierin eingesetzt werden. Zu den beispielhaften CCAs zählen, jedoch ohne Einschränkung, quaternäre Ammoniumverbindungen, inklusive Alkylpyridiniumhalide; Bisulfate; Alkylpyridiniumverbindungen; organische Sulfat- und Sulfonatzusammensetzungen; Cetylpyridiniumtetrafluorvorate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze und Zinksalze, Kombinationen davon und dergleichen.
Bei manchen Ausführungsformen enthält ein geeignetes CCA einen Aluminiumkomplex von 3,5-di-tert-Butylsalicylsäure in Pulverform, der als BONTRON E-88^TM gewerblich erhältlich ist. Andere geeignete CCAs sind z.B. BONTRON E-84^TM, das ein Zinkkomplex von 3,5-di-tert-Butylsalicylsäure in Pulverform ist.
Die Emulsion, die das Harz und das CCA enthält, kann unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens hergestellt werden, dass innerhalb des Fachgebiets des Fachmanns auf dem Gebiet liegt. Bei manchen Ausführungsformen können das CCA und das Harz unter Verwendung eines Lösungsmittel-Flashverfahrens, eines lösungsmittellosen Emulgierverfahrens oder eines Phaseninversionsverfahrens kombiniert werden.
Bei weiteren Ausführungsformen können das CCA und das Harz unter Verwendung eines Lösungsmittelemulgierverfahrens kombiniert werden, wobei das CCA und das Harz in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst werden, gefolgt von einer Einführung der Lösung des Harzes und des organischen Lösungsmittel in entionisiertes Wasser unter Homogenisierung.
Es kann jedes beliebige Verfahren innerhalb des Fachgebiets des Fachmanns auf dem Gebiet verwendet werden, um die aggregierten Partikel innerhalb der Hülle einzukapseln, z.B. durch Koazervierung, Eintauchen, Beschichten oder Anstreichen. Das Einkapseln der aggregierten Partikel kann z.B. während dem Erhitzen auf eine erhöhte Temperatur, in manchen Ausführungsformen von etwa 80 °C bis etwa 99 °C oder von etwa 88 °C bis etwa 98 °C oder von etwa 90 °C bis etwa 96 °C stattfinden. Das Bilden der Hülle kann über einen Zeitraum von etwa 1 Minute bis etwa 5 Stunden oder von etwa 5 Minuten bis etwa 3 Stunden oder von etwa 15 Minuten bis etwa 2,5 Stunden stattfinden.
Bei manchen Ausführungsformen kann das Ladekontrollmittel in die Latexhüllenpolymerisation in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% der Tonerhüllenzusammensetzung oder von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% der Tonerhüllenzusammensetzung oder ferner von etwa 0,4 Gew.-% bis etwa 4,5 Gew.-% der Tonerhüllenzusammensetzung eingearbeitet werden.
Das Ladekontrollharz mit etwa 0,01 bis 4,5 % CCA kann in einer Menge von etwa 25 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% der Tonerpartikelzusammensetzung oder von etwa 26 Gew.-% bis etwa 34 Gew.-% der Tonerpartikelzusammensetzung oder von etwa 28 Gew.-% bis etwa 32 Gew.-% der Tonerpartikelzusammensetzung vorhanden sein.
Bei manchen Ausführungsformen kann der Tonerkern einen Durchmesser von etwa 4,8 Mikron bis etwa 6,9 Mikron, bei anderen Ausführungsformen von etwa 5,2 Mikron bis etwa 6,4 Mikron und bei weiteren Ausführungsformen von etwa 5,6 Mikron bis etwa 6,6 Mikron aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen kann die Tonerhülle eine Dicke von etwa 0,1 Mikron bis etwa 1 Mikron, bei anderen Ausführungsformen von etwa 0,2 Mikron bis etwa 0,8 Mikron und bei weiteren Ausführungsformen von etwa 0,25 Mikron bis etwa 0,65 Mikron aufweisen.
Das Einarbeiten eines CCA in im Wesentlichen nur den Hüllenteil des Tonerpartikels kann daher im Vergleich zu den Tonerpartikeln mit dem im Tonerkern homogen verteilten CCA, die erforderliche Menge an CCA reduzieren und zusätzlich bessere Ladeergebnisse bereitstellen.
Verschmelzen
Nach dem Hinzufügen der Hülle zu den aggregierten Partikeln werden die Partikel dann angewachsen und auf den gewünschten, endgültigen Durchmesser verschmolzen, z.B. von etwa 3,0 µm bis etwa 12 µm oder von etwa 4 µm bis etwa 9 µm oder von etwa 5 µm bis etwa 8 µm, wobei das Verschmelzen z.B. durch Erhitzen der Mischung erreicht wird.
Nachdem das Verschmelzen fertiggestellt ist und die Partikelgestalt erhalten worden ist, wird die Schlacke auf Raumtemperatur abgekühlt. Ein geeignetes Kühlungsverfahren kann dabei das Einführen von kaltem Wasser in einen Mantel um den Reaktor herum sein. Nach dem Abkühlen können die Tonerpartikel optional mit Wasser gewaschen und dann getrocknet werden. Das Trocknen kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren zum Trocknen erreicht werden, einschließlich z.B. des Gefriertrocknens.
Die auf diese Weise erhaltenen Tonerpartikel können in eine Tonerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können z.B. Mit Trägerpartikeln vermischt werden, um eine Zweikomponenten-Tonerzusammensetzung zu erhalten. Als Beispiele von Trägerpartikeln können granulatförmiges Zirkon, granulatförmiges Silikon, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Silikondioxid oder Mischungen davon genannt werden. Die Trägerpartikel können mit den Tonerpartikeln in verschiedenen geeigneten Kombinationen vermischt werden, um die Tonerzusammensetzung mit den gewünschten Merkmalen zu erhalten.
Die Tonerpartikel können ebenfalls mit externen Zusatzstoffen, einschließlich Fließhilfsstoffen, vermischt werden. Zu den Beispielen dieser Zusatzstoffe zählen Metalloxide, wie z.B. Titanoxid, Silikonoxid, Zinnoxid, Mischungen davon; kolloidale und amorphe Kieselgele, wie z.B. AEROSIL(R), Metallsalze und die Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Aluminiumoxide, Ceroxide und Mischungen davon.
BEISPIELE
Das folgende Beispiel stellt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Dieses Beispiel dient dabei lediglich zu illustrativen Zwecken, um ein von mehreren Verfahren zur Herstellung des Tonerpartikels zu zeigen und ist nicht dazu vorgesehen, das Gebiet der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Teile und Prozentsätze gelten jeweils nach Gewicht, es sei denn, es wird anderweitig angegeben.
BEISPIEL 1 Kern-/Hüllenlatex-CCA (Hülle mit etwa 4 Gew.-% Ladekontrolle)
Herstellung einer Öl-in-Wasser-Emulsion A.
In einem geeigneten Mischbehälter wurden eine Monomermischung aus etwa 1567 Gewichtsteilen Styrol, erhalten von der Shell Corporation; und 375 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, etwa 13 Gewichtsteilen Dodecanthiol-Kettenübertragungsmittel sowie etwa 58 Gewichtsteilen β-Carboxyethylacrylat (β-CEA), erhalten von Bimax in einer Menge von etwa 3 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Styrol/n-Butylacrylats, gegeben. Zur Monomermischung wurden etwa 921 Teile destilliertes Wasser und etwa 36 Gewichtsteile DOWFAX^TM 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat, hinzugefügt. Die oben genannte Mischung wurde dann einer Reihe von Rühr- und Stillstandphasen bei etwa 500 U/min ausgesetzt, um eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion zu erhalten. Die Öl-in-Wasser-Emulsion wurde dann bei konstantem Rühren aufrechterhalten.
Herstellung der Monomermischung B, enthaltend ein aufgelöstes Ladekontrollmittel.
In einem geeigneten Mischbehälter wurden eine Monomermischung aus etwa 451 Gewichtsteilen Styrol; etwa 108 Gewichtsteilen n-Butylacrylat; etwa 8 Gewichtsteilen Dodecanthiol-Kettenübertragungsmittel; etwa 17 Gewichtsteilen β-Carboxyethylacrylat (β-CEA) in einer Menge von etwa 3 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Styrol/n-Butylacrylats und etwa 22 Gewichtsteilen 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz CCA in einer Menge von etwa 4 Gew-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Styrol/n-Butylacrylats gegeben. Nach Rühren der Monomermischung für etwa 20 Minuten wurden die 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, das Zinksalz vollständig aufgelöst und in die Monomermischung eingearbeitet.
Herstellung einer Tensidlösung
In einen geeigneten Mischbehälter wurden etwa 288 Gewichtsteile destilliertes Wasser und etwa 25 Gewichtsteile DOWFAX^TM 2A1 gegeben. Die Komponenten wurden dann bis zur vollständigen Auflösung gerührt.
Ein Latexharz wurde durch Emulsionspolymerisation der oben genannten Monomermischung wie folgt hergestellt:
Ein 8-Liter Mantelglasreaktor wurde mit zwei halbaxialen Edelstahl-Fließflügeln mit 45° Neigung mit 1 Zoll Abstand, einer Thermal-Kupplungstemperatursonde, einem wassergekühlten Kondensator mit Stickstoffauslass, einem Stickstoffeinlass, internen Kühlungsfähigkeiten und einem Heißwasser-Zirkulationsbad ausgerüstet. Nach Erreichen einer Manteltemperatur von etwa 83 °C und einer kontinuierlichen Stickstoffspülung wurde der Reaktor mit etwa 1649 Gewichtsteilen destilliertem Wasser und etwa 5,3 Gewichtsteilen DOWFAX^TM 2A1 beladen. Der Rühreinsatz wurde auf etwa 200 Umdrehungen pro Minute (U/min) eingestellt und etwa 2 Stunden lang bei dieser Geschwindigkeit gehalten, wobei der Reaktorinhalt mit dem internen Kühlungssystem bei einer Temperatur von etwa 75 °C gehalten wurde.
Etwa 60 Gewichtsteile der oben hergestellten Monomermischung A wurden in den Reaktor übertragen und etwa 20 Minuten lang gerührt, um es dem Reaktorinhalt zu erlauben, sich bei etwa 75 °C auszubalancieren. Eine Initiatorlösung wurde in einem geeigneten Behälter aus etwa 29 Gewichtsteilen Ammoniumpersulfat, erhalten von FMC, und etwa 265 Gewichtsteilen destilliertem Wasser hergestellt und die Lösung wurde dann bis zur Auflösung gerührt. Die Initiatorlösung wurde dann über einen Zeitraum von 20 Minuten übertragen, um die Polymerisation und Bildung von Saatpartikeln einzuleiten, die einen volumendurchschnittlichen Durchmesser von etwa 47 nm aufwiesen, wie an einem Honeywell MICROTRAC^® UPA 150 Lichtstreuungsinstrument erhalten.
Nach weiteren 20 Minuten wurden etwa 1476 Teile der Monomermischung A in den Reaktor mit den Saatpartikeln über einen Zeitraum von etwa 130 Minuten eingeführt, wobei eine Partikelgröße mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von etwa 128 nm, wie an einem MICROTRAC^® UPA 150 Instrument erhalten, resultierte.
Zur restlichen Monomermischung A wurden etwa 23 Teile destilliertes Wasser und etwa 14 Gewichtsteile Dodecanthiol-Kettenübertragungsmittel hinzugefügt. Die Monomerzufuhr wurde dann, wobei ein Dodecanthiol-Kettenübertragungsmittel hinzugefügt wurde, für einen Zeitraum von etwa 34 Minuten fortgesetzt, wobei eine Partikelgröße mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 147 nm, wie an einem MICROTRAC^® UPA 150 Instrument erhalten, resultierte.
An diesem Zeitpunkt wurde die Monomermischung B, die etwa 22 Teile aufgelöste Ladekontrolle 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz-CCA enthielt, erhalten von Orient Corporation of America, in einer Menge von etwa 4 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Styrol/n-Butylacrylats, über einen Zeitraum von 83 Minuten hinzugefügt. Gleichzeitig wurde der Zusatz der hergestellten Tensidlösung zum DOWFAX^TM 2A1 in destilliertem Wasser gestartet und über einen Zeitraum von 20 Minuten abgegeben.
Nach fertiggestellter Zugabe der Monomermischung B, die etwa 22 Teile aufgelöste Ladekontrolle 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz-CCA enthielt, wurde eine resultierende Partikelgröße mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von etwa 167 nm am MICROTRAC^® UPA 150 Instrument erhalten. Der Reaktorinhalt wurde unter Rühren bei einer Temperatur von 75 °C gehalten, um die Umwandlung des restlichen Monomers fertigzustellen, was zu einer endgültigen Partikelgröße mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 169 nm, erhalten am MICROTRAC^® UPA 150 Instrument, führte.
Das resultierende Latexharz, mit einem endgültigen durchschnittlichen Volumendurchmesser von 169 nm, bestehend aus etwa 70 Gew.-% Kern mit einem Volumendurchmesser von etwa 147 nm, der kein 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz-Ladekontrollzusatzmittel enthielt, und etwa 30 Gew.-% Hülle, bestehend aus etwa 4 Gew.-% 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz-CCA durch Emulsionspolymerisation, demonstriert die Kern-/Hüllenfabrikation durch den Prozess.
BEISPIEL 2 Kernlatex ohne Ladekontroll-Zusatzmittel
Es wurde ein Kernlatex zur Partikelbildung durch ähnliche, semikontinuierliche Emulsionspolymerisation hergestellt, jedoch in Abwesenheit der 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure und des Zinksalz-Ladekontroll-Zusatzmittels. Eine repräsentative Kernlatex-Emulsionsherstellung wurde wie folgt durchgeführt:
Es wurde eine Monomeremulsion durch Umrühren einer Monomermischung aus etwa 29 Gewichtsteilen Styrol, etwa 9,8 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, etwa 1,17 Gewichtsteilen Beta-Carboxyethylacrylat (Beta CEA) und etwa 0,20 Gewichtsteilen 1-Dodecanethiol mit einer wässrigen Lösung aus etwa 0,77 Gewichtsteilen DOWFAX^TM 2A1 und etwa 18,5 Gewichtsteilen destilliertem Wasser zu etwa 500 Umdrehungen pro Minute (U/min) bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 25 °C hergestellt.
Etwa 0,06 Gewichtsteile DOWFAX^TM 2A1 und etwa 36 Gewichtsteile destilliertes Wasser wurden in einen 8-Liter Mantelglasreaktor geladen, der mit einem halbaxialen Edelstahl-Fließflügel mit 45° Neigung zu 200 U/min, einer Thermal-Kupplungstemperatursonde, einem wassergekühlten Kondensator mit Stickstoffauslass, einem Stickstoffeinlass, internen Kühlungsfähigkeiten und einem auf etwa 83 °C eingestellten Heißwasser-Zirkulationsbad ausgerüstet war und etwa 30 Minuten lang entlüftet wurde, während die Temperatur auf etwa 75 °C erhöht wurde.
Etwa 1,2 Gewichtsteile der oben beschriebenen Monomeremulsion wurden dann in den Reaktor hinzugefügt und wurden etwa 10 Minuten lang bei etwa 75 °C gerührt. Eine Initiatorlösung, die aus etwa 0,78 Gewichtsteilen Ammoniumpersulfat in etwa 2,7 Gewichtsteilen destilliertem Wasser hergestellt wurde, wurde dann über einen Zeitraum von etwa 20 Minuten zum Reaktor hinzugefügt. Das Rühren wurde etwa 20 zusätzliche Minuten lang fortgeführt, um die Bildung von Saatpartikeln zu erlauben. Die restliche Monomeremulsion wurden dann über 190 Minuten in den Reaktor eingeführt. Nach dem Zusatz wurde das Latex bei derselben Temperatur etwa 3 Stunden lang gerührt, um die Umwandlung des Monomers fertigzustellen. Das durch den Prozess der semi-kontinuierlichen Emulsionspolymerisation hergestellte Latex resultierte in brauchbare Latexpartikelgrößen von zwischen 150 nm bis 250 nm.
Beispiel 3 Kontrollpartikel ohne Kern-/Hüllen-CCA-Latexzusatzstoff
In einen 2-Liter Mantelglasreaktor wurden etwa 358 Gewichtsteile des im obigen Beispiel 2 hergestellten Latex zusammen mit etwa 74 Gewichtsteilen einer Regal 330 Pigmentdispersion, etwa 17 Gewichtsteilen einer Sun PB 15:3 Pigmentdispersion, etwa 68 Gewichtsteilen einer Paraffinwachsdispersion und etwa 770 Gewichtsteilen destilliertem Wasser gegeben. Die Komponenten wurden durch einen Homogenisator etwa 5 Minuten lang bei etwa 4000 U/min gemischt. Eine separate Mischung aus etwa 4 Gewichtsteilen Poly(aluminiumchlorid) in etwa 36 Gewichtsteilen 0,02 M einer HNO₃ Lösung wurde tropfenweise in den Reaktor hinzugefügt. Nach dem Zusatz der Poly(aluminiumchlorid)-Mischung wurde die resultierende, viskose Schlacke bei etwa 20 °C etwa 20 Minuten lang bei etwa 4000 U/min homogenisiert. Der Homogenisator wurde entfernt und mit einem halbaxialen Edelstahl-Fließflügel mit 45° Neigung ersetzt und während dem gesamten Prozess bei etwa 350 bis 250 U/min kontinuierlich gerührt, während die Temperatur des Inhalts im Reaktor auf etwa 59 ºC erhöht und bei dieser Temperatur gehalten wurde, bis die Partikelgröße etwa 5,6 Mikron betrug.
Hüllenzusatz. Etwa 173 Gewichtsteile des oben im Beispiel 2 hergestellten Latex wurden dann tropfenweise hinzugefügt. Nach komplettem Zusatz des Latex wurde die resultierende Schlacke etwa 30 Minuten lang gerührt, an welchem Zeitpunkt dann ausreichend 1 Molar NaOH zur Schlacke hinzugefügt wurde, um den pH-Wert auf etwa 5,1 einzustellen. An diesem Zeitpunkt wurde das Rühren 3 weitere Minuten nach der pH-Wert Einstellung auf etwa 160 U/min reduziert. Am Ende der 3 Minuten wurde die Badtemperatur auf etwa 98 ºC eingestellt, um die Schlacke auf etwa 96 ºC zu erwärmen. Während der Temperaturerhöhung auf 96 ºC wurde der pH-Wert der Schlacke auf etwa 4,3 durch den Zusatz von 0,3 HNO₃ Lösung bei etwa 90 ºC eingestellt. Die Schlacke wurde dann etwa 0,75 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 96 ºC verschmolzen. An diesem Zeitpunkt wurde der Reaktorinhalt auf etwa 63 ºC abgekühlt, ausreichend 1 Molar NaOH wurde zur Schlacke hinzugefügt, um den pH-Wert auf etwa 7,2 einzustellen, 30 Minuten lang bei 63 ºC gehalten und dann auf etwa 30 ºC abgekühlt. Die so erhaltenen Tonerpartikel wurden durch Filtration aufgefangen. Nach dem Waschen und Trocknen betrug der Durchmesser der resultierenden Tonerpartikel etwa 6,1 Mikron.
VERGLEICHSBEISPIEL 4 Partikelbildung mit Kern-/Hüllen-CCA-Latex
Zu einem 2-Liter Mantelglasreaktor wurden etwa 358 Gewichtsteile des oben im Beispiel 2 hergestellten Latex zusammen mit etwa 74 Gewichtsteilen einer Regal 330 Pigmentdispersion, etwa 17 Gewichtsteile einer Sun PB 15:3 Pigmentdispersion, etwa 68 Gewichtsteile einer Paraffinwachsdispersion und etwa 770 Gewichtsteile destilliertes Wasser hinzugefügt. Die Komponenten wurden durch einen Homogenisator etwa 5 Minuten lang bei etwa 4000 U/min gemischt. Eine separate Mischung aus etwa 4 Gewichtsteilen Poly(aluminiumchlorid) in etwa 36 Gewichtsteilen einer 0,02 M HNO₃ Lösung wurde tropfenweise in den Reaktor hinzugefügt. Nach dem Zusatz der Poly(aluminiumchlorid)-Mischung wurde die resultierende, viskose Schlacke etwa 20 Minuten lang bei etwa 20 °C bei etwa 4000 U/min homogenisiert. Der Homogenisator wurde entfernt und mit einem halbaxialen Edelstahl-Fließflügel mit 45° Neigung ersetzt und während dem gesamten Prozess bei etwa 600 bis 450 U/min kontinuierlich gerührt, während die Temperatur des Inhalts im Reaktor auf etwa 61 ºC erhöht und bei dieser Temperatur gehalten wurde, bis die Partikelgröße etwa 5,4 Mikron betrug.
Hüllenzusatz. Ein Hüllenlatex wie in Beispiel 3 wurde durch Substituieren von etwa 20 % des Kernlatex von Beispiel 2 mit dem Latex von Beispiel 1 modifiziert. Somit wurde eine Mischung aus etwa 138 Gewichtsteilen des oben in Beispiel 2 hergestellten Latex und etwa 37 Gewichtsteilen des oben in Beispiel 1 hergestellten Latex, mit eingearbeiteter 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz-CCA, tropfenweise hinzugefügt, um eine Hülle zu bilden. Nach komplettem Zusatz des Latex wurde die resultierende Schlacke etwa 30 Minuten lang gerührt, an welchem Zeitpunkt ausreichend 1 Molar NaOH zur Schlacke hinzugefügt wurde, um den pH-Wert auf etwa 4,6 einzustellen. An diesem Zeitpunkt wurde das Rühren 3 weitere Minuten nach der pH-Wert Einstellung auf etwa 160 U/min reduziert. Am Ende der 3 Minuten wurde die Badtemperatur auf etwa 98 ºC eingestellt, um die Schlacke auf etwa 96 ºC zu erwärmen. Während der Temperaturerhöhung auf 96 ºC wurde der pH-Wert der Schlacke auf etwa 4,0 durch den Zusatz von 0,3 HNO₃ Lösung bei etwa 92 ºC eingestellt. Die Schlacke wurde dann etwa 0,75 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 96 ºC verschmolzen. An diesem Zeitpunkt wurde der Reaktorinhalt auf etwa 63 ºC abgekühlt, ausreichend 1 Molar NaOH wurde zur Schlacke hinzugefügt, um den pH-Wert auf etwa 7,4 einzustellen, 30 Minuten lang bei 63 ºC gehalten und dann auf etwa 30 ºC abgekühlt. Die so erhaltenen Tonerpartikel wurden durch Filtration aufgefangen. Nach dem Waschen und Trocknen betrug der Durchmesser der resultierenden Tonerpartikel etwa 5,9 Mikron.
Die Partikel von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 4 wurden dann in einer Maschinenvorrichtung getestet, die derart modifiziert war, um die triboelektrische Ladung (µC/g) des Toners direkt von der Spenderwalze zu erhalten. Wie ersichtlich, wiesen die Partikel von Beispiel 2 eine Tribo-Ladung von etwa –36,7 µC/g auf. Der Toner des Vergleichsbeispiels 4 hingegen wies eine Tribo-Ladung von –58.8 µC/g bei Einarbeitung von 20 % Kern-/Hüllen-CCA-Latex mit 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz, auf.
Tabelle I zeigt die Ergebnisse der Tribo-Ladung der Vergleichsbeispiele 4 und 4. TABELLE I

Partikel Tribo (µC/g)

Beispiel 3 –36,7

Beispiel 4 –58,8
Die Partikel im Vergleichsbeispiel 4, die mit dem Latex von Beispiel 1 hergestellt wurden, mit der eingearbeiteten 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zinksalz, wenn in der Tonerpartikelhülle als Teil des Hüllenlatex verwendet, demonstrierten die Fähigkeit, eine negativere Ladung an die Tonerpartikel bereitzustellen. Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung stellt eine alternative Weise bereit, ein Ladekontrollmittel durch Beschichten eines Latexpartikels mit einer Hülle, die ein negatives Ladekontrollmittel enthält, einzuarbeiten, wodurch ein Latex mit einem Kern ohne CCA sowie eine Hülle, enthaltend das CCA, durch Emulsionspolymerisationstechnik gebildet wird. Ferner ermöglicht das Verfahren die Verwendung von weniger CCA als im Vergleich zum Synthetisieren eines Latex mit eingearbeitetem CCA im gesamten Latex – es wird also 70 % weniger CCA verwendet.

Claims

Tonerpartikel, umfassend: einen Kern; und eine Polymerhülle, die den Kern einkapselt und mit wenigstens einem darin eingefügten Ladekontrollmittel enthält; wobei der Kern im Wesentlichen frei von Ladekontrollmittel ist.
Tonerpartikel nach Anspruch 1, wobei das Ladekontrollmittel ein Metallsalicylsalz ist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–2, wobei das Ladekontrollmittel 3,5 di-tert-Butylsalicylsäure, Zink oder Aluminiumsalz ist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Ladekontrollmittel in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 4,5 Gew.-% der Hülle vorhanden ist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Polymerladekontrollmittel in einer Menge von bis zu etwa 36 Gew.-% des Tonerpartikels vorhanden ist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Kern Folgendes enthält: ein Harz; optional ein Wachs und ein oder mehrere Pigmente.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Kern einen Durchmesser von etwa 4,8 Mikron bis etwa 6,9 Mikron aufweist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Hülle eine Dicke von etwa 0,1 Mikron bis etwa 1,0 Mikron aufweist.
Tonerpartikel nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Tonerpartikel eine Tribo-Ladung von –58,8 µC/g aufweist.