DE102014212666B4

DE102014212666B4 - Verfahren zur herstellung von latex, der ein ladungskontrollmittel umfasst

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Publication number: DE102014212666B4
Application number: DE102014212666.5A
Authority: DE
Inventors: Karen A. Moffat; Shigang Steven Qiu; Samir Kumar; Robert D. Bayley; Grazyna E. Kmiecik-Lawrynowicz; Maura A. Sweeney
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: JP2015022309A; US9176403B2; DE102014212666A1; JP6234336B2; CA2855775C; CA2855775A1; US20150024323A1

Abstract

Verfahren, umfassend:Bilden von Polymerharzpartikeln in einem Latex durch Emulsionspolymerisation, wobei die Polymerharzpartikel aus einer Mischung gebildet werden, die umfasst:eine oder mehrere Monomeremulsionen; undein nicht auf Tensiden basierendes Ladungskontrollmittel; wobei die Emulsionspolymerisation mit einem Feststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung durchgeführt wird; undBilden von Tonerpartikeln aus den Polymerharzpartikeln, wobei die Tonerpartikel eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem unterstützen.

Description

Tonersysteme, die in Verbindung mit einer Bildgebungsvorrichtung verwendet werden, fallen für gewöhnlich in zwei Klassen: (1) Zwei-Komponenten-Entwicklungs-(TCD, Two-Component Development)-Systeme, bei denen die Entwicklermaterialien magnetische Trägergranulate und Tonerpartikel enthalten, die so konzipiert sind, dass sie triboelektrisch am Träger anhaften; und (2) Ein-Komponenten-Entwicklungs-(SCD, Single-Component Development)-Systeme, die auf Tonerpartikeln ohne das Vorhandensein eines Trägers basieren, die in Bezug auf ein Ladeblatt geladen sind.
Die Ladeanforderungen für Toner in SCD-Systemen unterscheiden sich von jenen in TCD-Systemen erheblich. Eine besondere Herausforderung bei SCD-Systemen ist das Erzielen eines adäquaten Ladens in Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit, wie z. B. die als „A-Zone“ bezeichneten, ungefähr 28 °C/85 % relative Feuchtigkeit. Um eine ausreichende triboelektrische Ladung zu erzielen, ist mit dem Tonerpartikel für gewöhnlich ein Ladungskontrollmittel (CCA, Charge Control Agent) assoziiert.
Eine Methode, ein CCA zu Tonerpartikeln hinzuzufügen, besteht im Trockenvermischen des CCA als Oberflächenzusatzstoff. Beispielsweise kann ein CCA auf Styrol-/Acrylat-Emulationsaggregations-(EA)-Tonerpartikel trockenvermischt werden. In Gebrauch wurde beobachtet, dass solche oberflächenmodifizierten EA-Tonerpartikel nach ungefähr 10.000 Drucken mit einem Dichteabfall verbunden sind.
Eine zweite Option, um ein CCA mit Tonerpartikeln zu assoziieren, ist das Hinzufügen des CCA in der Phase der Polymersynthese. Beispielsweise kann das CCA bei einem EA-System wie dem oben beschriebenen zu einer Emulsion von Monomeren hinzugefügt und eine Emulsionspolymerisation durchgeführt werden. Das entstehende Produkt umfasst EA-Tonerpartikel, wobei ein CCA in die Polymermatrix integriert ist. Im Allgemeinen können solche CCA-dotierten EA-Toner eine bessere Leistung als ihre trockenvermischten oberflächenmodifizierten Gegenstücke liefern. Das Verfahren zum Durchführen der Emulsionspolymerisation in der Gegenwart eines CCA ist jedoch nicht immer reproduzierbar und/oder ein Aufskalieren ist nicht immer leicht möglich. In zahlreichen Fällen kann es zu Problemen mit Reaktorverschmutzung kommen.
US 2005/0069801 A1 offenbart Harzteilchen für Toner, umfassend Farbstoffteilchen und Harz, wobei die Farbstoffteilchen durch ein Miniemulsionsverfahren darin enthalten sind.
US 2012/0328976 A1 betrifft einen Toner, umfassend ein Grundharz; und ladungssteuernde Harzteilchen, die in dem Basisharz enthalten sind, wobei der Toner in Form von Partikeln vorliegt und die ladungssteuernden Harzpartikel in einem Bereich jedes Tonerpartikels vorhanden sind, der 500 nm in der Tiefe von einer Oberfläche des Tonerpartikels liegt, und ein Durchschnitt der Mengen der ladungssteuernden Harzpartikel, die in den Bereichen der Tonerpartikel vorhanden sind, 20 Vol.-% bis 70 Vol.-%, wobei ein Durchschnitt der Einbettungsraten der ladungssteuernden Harzteilchen in den Tonerteilchen 90% oder höher ist, wobei jede Einbettungsrate ein Durchschnitt der Einbettungsraten der ladungssteuernden Harzteilchen in jedem Tonerteilchen ist, und wobei die ladungssteuernden Harzteilchen eine Ladungsmenge von 60 µC/m² oder mehr aufweisen, gemessen durch ein Abblasverfahren.
DE 10 2010 007 185 A1 betrifft einen Toner für die elektrostatische Bildentwicklung, umfassend ein Harzbindemittel, ein negativ aufladbares Ladungssteuermittel und ein positiv aufladbares Ladungssteuermittel, wobei das Harzbindemittel mindestens einen Polyester umfasst, wobei ein Carbonsäurebestandteil des Polyesters Isophthalsäure und/oder einen Ester davon und Fumarsäure und/oder einen Ester umfasst, mit der Maßgabe, dass, wenn zwei oder mehr Polyester verwendet werden, der Carbonsäurebestandteil als Gesamtkomponente verwendet wird, und wobei das negativ aufladbare Ladungssteuerungsmittel ein metallhaltiger Azofarbstoff und/oder ein Metallkomplex der Salicylsäure ist und wobei der Toner einen Erweichungspunkt von 90°C bis 120°C hat.
EP 1 553 458 B1 offenbart einen Toner zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, umfassend Tonerteilchen, wobei ein volumengemittelter Teilchendurchmesser der Tonerteilchen 2,0 µm bis 7,1 µm beträgt und der Oberflächenzustand des Toners in Schorfform ist, was einen Zustand bedeutet, in dem Niveauunterschiede durch zwei oder mehr schorfartige laminare Substanzen, die an der Oberfläche des Toners haften, gebildet werden, wobei der Niveauunterschied in einem Bereich von 10 bis 80 nm liegt, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Toners mit einer Beschichtung in der Schorfform bedeckt ist und das Gewichtsverhältnis der Beschichtung in der Schorfform zu dem Toner 0,5 Gew.-% bis 4,0 Gew.% beträgt.
In einigen Fällen beziehen sich hier offenbarte Ausführungsformen auf ein Verfahren, das das Bilden von Polymerharzpartikeln durch Emulsionspolymerisation in einem Latex, wobei die Polymerharzpartikel aus einer Mischung gebildet werden, die eine oder mehrere Monomeremulsionen und ein nicht auf Tensiden basierendes Ladungskontrollmittel umfasst, wobei die Emulsionspolymerisation mit einem Feststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent (Gew.-%) der Mischung durchgeführt wird; und das Bilden von Tonerpartikeln aus den Polymerharzpartikeln umfasst, wobei die Tonerpartikel eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem unterstützen.
Die 1A-D zeigen Aufnahmen einer Reaktorverschmutzung um das Laufrad (1A) und die Wände des Reaktors (1B) aus Beispiel 4 im Vergleich zu den Ergebnissen eines geringeren Feststoffgehalts mit minimaler Reaktorverschmutzung des Laufrads (1C) und der Wände des Reaktors (1D) aus Beispiel 8.
Die hier offenbarten Verfahren können die obigen Nutzen bereitstellen und dabei gleichzeitig die Kontrolle über die Latexpartikelgröße mit einem minimalen Absetzen von großen Partikeln für eine darauf folgende Verwendung in einer Emulsionsaggregationsverarbeitung zur Bildung von Tonerpartikeln beibehalten. Darüber hinaus können die Ausgangslatizes, die mit den hier offenbarten Verfahren gebildet werden, verwendet werden, um CCA-dotiertes Latex strategisch im Kern, in der Schale oder in beiden in Tonerpartikel mit Kern-Schale-Konfigurationen zu platzieren. Andere Vorteile und Nutzen der hier offenbarten Verfahren sind für den Fachmann offensichtlich.
Hier offenbarte Ausführungsformen stellen Verfahren, die das Bilden von Polymerharzpartikeln eines Latex durch Starve-Feeding-Emulsionspolymerisation umfassen, wobei die Polymerharzpartikel aus einer Mischung gebildet werden, die eine oder mehrere Emulsionen und ein nicht auf Tensiden basierendes Ladungskontrollmittel umfasst, wobei die Starve-Feeding-Emulsionspolymerisation mit einem Gesamtfeststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung durchgeführt wird, und Verfahren bereit, die darüber hinaus das Bilden von Tonerpartikeln aus den Polymerharzpartikeln umfassen, wobei die Tonerpartikel eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem unterstützen.
Wie hier verwendet, bezieht sich „nicht auf Tensiden basierendes Ladungskontrollmittel“ auf ein beliebiges Ladungskontrollmittel, das nicht als Tensid klassifiziert werden würde.
Wie hier verwendet, beziehen sich „A-Zonen-Umgebungsbedingungen“ auf Bedingungen hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit, die beim Untersuchen der Wirksamkeit von hier offenbarten Tonerpartikeln bezüglich Ladungsleistung herangezogen werden. Eine A-Zone beinhaltet hohe Feuchtigkeit, z. B. eine relative Feuchtigkeit von ungefähr 85 % bei einer Temperatur von ungefähr 28 °C. Hier offenbarte Tonerpartikel können unter solchen A-Zonen-Bedingungen eine gute Leistung erbringen. Gleichermaßen können hier offenbarte Tonerpartikel auch unter C-Zonen-Bedingungen eine gute Leistung erbringen, d. h. bei einer geringen Feuchtigkeit wie z. B. einer relativen Feuchtigkeit von 15 % bei einer Temperatur von ungefähr 10°C.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Feststoffgehalt“ im Allgemeinen auf den nichtwässrigen Teil der Emulsionspolymerisations-Reaktionsmischung. Somit bedeutet die vorteilhafte Verwendung eines geringeren Feststoffgehalts gemäß hier offenbarter Ausführungsformen, dass eine größere Fraktion von Wasser die Emulsionspolymerisations-Reaktionsmischung ausmacht. Beispielsweise kann ein Feststoffgehalt von ungefähr 25 % die Reaktorverschmutzung bei einigen Ausführungsformen wesentlich verringern. Bei einer solchen Emulsionspolymerisation macht Wasser den Rest, d. h. ungefähr 75 %, der Reaktionsmischung aus.
Bei Ausführungsformen erzeugt der Schritt des Bildens der Polymerharzpartikel als Teil eines Latex weniger als ungefähr 10 % Reaktorverschmutzung, wie anhand des Gewichtsverlustes gemessen. Bei einem Feststoffgehalt von um die weniger als ungefähr 30 Gew.-% der Polymerisationsmischung, d. h. ungefähr 70 Gew.-% Wasser, wurde eine Reaktorverschmutzung von weniger als 10 % gezeigt. Bei Ausführungsformen können hier offenbarte Emulsionspolymerisationsverfahren, die ein Ladungskontrollmittel bei niedrigem Feststoffgehalt enthalten, die Reaktorverschmutzung um ungefähr 50 bis ungefähr 99 % verringern. Bei Ausführungsformen können hier offenbarte Verfahren mit einer Reaktorverschmutzung von weniger als ungefähr 10 % oder weniger als ungefähr 5% oder weniger als ungefähr 2% einhergehen. Bei Ausführungsformen kann der Feststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gew.-% oder ungefähr 12 bis ungefähr 25 Gew.-% oder ungefähr 15 bis ungefähr 20 Gew.-% der Polymerisationsreaktionsmischung liegen, um eine verringerte Reaktorverschmutzung zu erzielen. Bei Ausführungsformen kann die Reaktorverschmutzung auch durch verringerte CCA-Ladungen gelindert werden, z. B. eine CCA-Ladung von weniger als ungefähr 3, 2 oder 1 %. Bei Ausführungsformen kann das nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel in einem Bereich von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% der Emulsionspolymerisationsmischung vorhanden sein. Bei Ausführungsformen kann die CCA-Ladung weniger als ungefähr 1 Gew.-% der Polymerisationsreaktionsmischung betragen. Der Fachmann wird verstehen, dass die genaue Wahl der CCA-Ladung und des Feststoffgehalts vom Typ des bestimmten ausgewählten CCA abhängen kann.
Der Ausgangslatex, der Polymerharzpartikel umfasst, kann Partikel in einem Größenbereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 300 nm oder ungefähr 150 nm bis ungefähr 250 nm oder ungefähr 160 nm bis ungefähr 240 nm aufweisen.
Hier offenbarte Ausführungsformen stellen darüber hinaus Verfahren bereit, die das Bilden eines Latex einer Mischung, die eine Monomeremulsion umfasst, die Acrylat- und Styrolmonomere in Wasser und ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% der Mischung eines Metallsalicylats umfasst, durch Polymerisation unter Starve-Feeding-Emulsionsbedingungen umfasst, wobei die Starve-Feeding-Emulsionspolymerisationsbedingungen einen Feststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung umfassen. Solche Latizes können bei der Herstellung von Tonerpartikeln verwendet werden, z. B. den Kern-, Schalen- oder beides der Tonerpartikel.
Hier offenbarte Verfahren können das Bilden einer Mehrzahl von Tonerpartikeln durch Emulsionsaggregation/Koaleszieren umfassen. Das heißt, dass die primären Polymerharzpartikel im Latex, die durch eine Emulsionspolymerisation abgeleitet wurden, mit herkömmlichen Zusatzstoffen wie Wachsen und Pigmenten formuliert und einer Aggregation mithilfe von Polyaluminiumchlorid unterzogen werden können. Eine solche Aggregation kann durch Vermischen und Erhitzen auf kontrollierte Weise durchgeführt werden, um aggregierte Partikel mit einer gut definierten engen Wirkdurchmesserverteilung zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Wirkdurchmesser in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 6 Mikrometer (µm) oder ungefähr 4 bis ungefähr 6 µm oder ungefähr 5 µm liegen. Die Aggregation kann mit dem CCA-dotierten Latex, wie hier beschrieben, oder mit einem Latex ohne CCA-Dotierung durchgeführt werden. Wenn der Kern-Tonerpartikel-Latex keine CCA-Dotierung aufweist, beinhalten hier offenbarte Verfahren das Bereitstellen eines mit CCA dotierten Schalen-Latex und das Koaleszieren des CCA-dotierten Schalen-Latex um die Oberfläche der aggregierten Partikel durch Erhitzen.
Somit können hier offenbarte Verfahren das Bilden eines Kerns eines Tonerpartikels aus dem mit CCA dotierten Latex umfassen. Bei weiteren Ausführungsformen können hier offenbarte Verfahren das Bilden einer Schale eines Tonerpartikels aus dem mit CCA dotierten Latex umfassen. Bei noch weiteren Ausführungsformen können hier offenbarte Verfahren das Bilden eines Kerns und einer Schale aus dem mit CCA dotierten Latex umfassen.
Der entstehende Kern-Schalen-Tonerpartikel kann einen Wirkdurchmesser in einem Bereich von ungefähr 3 µm bis ungefähr 7 µm oder ungefähr 4 µm bis ungefähr 6 µm oder ungefähr 5 µm aufweisen. Der Fachmann wird verstehen, dass das Verfahren der kontrollierten Emulsionsaggregation/des kontrollierten Koaleszierens Tonerpartikel für den Benutzer zugänglich macht, die auf Wunsch größer oder kleiner als die hier genannten Bereiche sind.
Bei Ausführungsformen stellen hier offenbarte Verfahren Tonerpartikel bereit, die eine triboelektrische Ladung unterstützen, die nicht nur für eine Verwendung unter den anspruchsvollen Bedingungen hoher Feuchtigkeit/hoher Temperatur von A-Zonen-Bedingungen ausreichend sind, sondern auch eine ausreichende Ladung zur Verwendung unter C-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem vorsehen. Somit können die hier offenbarten Tonerpartikel über den breitesten Bereich von Umgebungsbedingungen auf Grundlage der A-Zonen- und C-Zonen-Extreme Leistung erbringen.
Bei Ausführungsformen können die Tonerpartikel negativ geladen sein. Bei einigen solcher Ausführungsformen liegt eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Bereich von ungefähr -20 Mikrocoulomb (µC)/Gramm (g) bis ungefähr -100 µC/g oder ungefähr -40 µC/g bis ungefähr -80 µC/g oder ungefähr -50 µC/g bis ungefähr -70 µC/g. Solche Ladungsbereiche können unter Verwendung von nicht auf Tensiden basierenden Ladungskontrollmitteln wie Metallsalicylaten erzielt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann Metallsalicylat Zink- oder Aluminiumionen umfassen. Bei Ausführungsformen kann das nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel hydrophob sein. Beispielhafte nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel, die hydrophob sind, sind hier nachstehend weiter veranschaulicht. Bei einigen Ausführungsformen können auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel bei hier offenbarten Verfahren verwendet werden, ihre Leistung kann jedoch davon abhängen, ob eine ausreichend geringe Hygroskopizität vorliegt. In Bezug auf einen Betrieb unter A-Zonen-Bedingungen wurde entdeckt, dass nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel, die hydrophobe Einheiten tragen, die negativen Auswirkungen einer erhöhten Feuchtigkeit und Temperatur lindern können. Darüber hinaus wurde entdeckt, dass das Vermeiden einer Reaktorverschmutzung bei der Verarbeitung durch Verwenden der nicht auf Tensiden basierenden Ladungskontrollmittel bei Konzentrationen kleiner gleich ungefähr 1 Gew.% des Tonerpartikels drastisch beeinflusst werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen werden Verfahren bereitgestellt, die das Polymerisieren durch Emulsionspolymerisation einer Mischung umfassen, die ein oder mehrere Monomere in einer Emulsion und ungefähr 10 Gew.-% oder weniger der Mischung eines nicht auf Tensiden basierenden Ladungskontrollmittels umfasst, wobei der Polymerisationsschritt ein Latex bereitstellt, wobei das nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel innerhalb einer Matrix des Latex verteilt ist, und wobei das Verfahren darüber hinaus das Bilden einer Mehrzahl von Tonerpartikeln durch Emulsionsaggregation/Koaleszieren umfasst, wobei die Mehrzahl von Tonerpartikeln eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-System unterstützt. Solche Verfahren können verwendet werden, um einen Kern eines Kern-Schalen-Tonerpartikels zu bilden.
Bei einigen solcher Ausführungsformen stellen Verfahren darüber hinaus die Mehrzahl von Tonern bereit, die auch in der Lage sind, eine ausreichende Ladung zur Verwendung unter C-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem zu unterstützen.
Bei einigen Ausführungsformen werden Tonerpartikel bereitgestellt, die eine Kern-Schalen-Konfiguration umfassen, die ein Copolymerharz, weniger als ungefähr 10 Gew.-% des Copolymers Harz von Zinksalicylat, das gleichmäßig innerhalb der Matrix des Copolymerharzes verteilt ist, ein Wachs und einen optionalen Farbstoff umfassen, wobei der Tonerpartikel eine triboelektrische Ladung in einem Bereich von ungefähr -45 bis ungefähr -75 µC/g unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem unterstützt. Bei einigen solchen Ausführungsformen enthalten die Tonerpartikel ein Copolymerharz, das ein Styrolacrylat umfasst. Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Zinksalicylat in einer Menge von ungefähr 0,168 Gew.-% des Tonerpartikels vorhanden. Das Tonercopolymerharz kann ein Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel im Kern, in der Schale oder in beiden enthalten. Grundsätzlich können Tonerpartikel mit diesen Charakteristika auch durch andere Verfahren zugänglich sein, die dem Fachmann bekannt sind, z. B. Dispersions- oder Suspensionspolymerisation.
Hier offenbarte Tonerpartikel können dadurch gekennzeichnet sein, dass CCAs in der gesamten Matrix der Polymerharzpartikel des Latex bei üblichen Beladungen oder Beladungen geringer als gewöhnlich verteilt sind, wodurch eine verbesserte Leistung des Toners hinsichtlich triboelektrischer Ladung bereitgestellt wird.
Die vorliegende Offenbarung stellt Toner und Verfahren für die Herstellung von Tonerpartikeln mit ausgezeichneten Ladungscharakteristika bereit. Toner der vorliegenden Offenbarung können mit einem Latex hergestellt werden, in den Ladungskontrollmittel (CCAs) während des Latexpolymerisationsverfahrens integriert wurden. Der Latex mit CCAs kann danach allein oder in Kombination mit einem nicht CCA-haltigen Latex, Pigment und Wachs kombiniert werden, um Tonerpartikel zu bilden.
Bei Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung durch Kombinieren eines Latexpolymers, in das während des Latexpolymerisationsverfahrens ein Ladungskontrollmittel integriert wurde, eines optionalen Farbstoffs, eines optionalen Wachses und weiterer optionaler Zusatzstoffe hergestellt werden. Während das Latexpolymer mithilfe eines beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahrens hergestellt werden kann, kann das Latexpolymer bei Ausführungsformen mithilfe von Emulsionspolymerisationsverfahren, einschließlich semikontinuierlicher Emulsionspolymerisation, hergestellt werden und der Toner kann Emulsionsaggregations-Toner umfassen. Die Emulsionsaggregation umfasst die Aggregation sowohl von Latex- als auch Pigmentpartikeln im Submikrometerbereich in Partikel in Tonergröße, wobei das Wachstum der Partikelgröße bei Ausführungsformen beispielsweise ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 15 µm beträgt.
Hier offenbarte Verfahren zur Herstellung von CCA-dotierten Tonerpartikeln können ein oder mehrere Monomere verwenden, die ein Styrol, ein Acrylat, ein Methacrylat, ein Butadien, ein Isopren, eine Acrylsäure, eine Methacrylsäure, ein Acrylonitril und Kombinationen davon umfassen. Es kann jedes Monomer verwendet werden, das sich für die Herstellung eines Latex zur Verwendung in einem Toner eignet. Wie oben angemerkt, kann der Toner bei Ausführungsformen mithilfe von Emulsionsaggregation hergestellt werden. Geeignete Monomere, die bei der Bildung einer Latexpolymeremulsion nützlich sind - und somit die entstehenden Latexpartikel in der Latexemulsion - umfassen Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrile, Kombination davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Bei Ausführungsformen kann das Latexpolymer zumindest ein Polymer enthalten. Bei Ausführungsformen kann zumindest eines ungefähr 1 bis ungefähr 20 und bei Ausführungsformen ungefähr 3 bis 10 sein. Beispielhafte Polymere umfassen Stryrolacrylate, Styrolbutadiene und Styrolmethacrylate und Kombinationen davon. Die Polymere können Block-, statische oder alternierende Copolymere sein.
Bei Ausführungsformen kann das Harz ein Polyesterharz sein, das durch Reagieren eines Diols mit einer Disäure in der Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet wurde. Für die Bildung eines kristallinen Polyesters umfassen geeignete organische Diole aliphatische Diole mit ungefähr 2 bis ungefähr 36 Kohlenstoffatomen, z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 2,2-Dimethylpropan-1,3-diol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und dergleichen, einschließlich deren strukturellen Isomere. Das aliphatische Diol kann z. B. in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Molprozent (Mol.-%), bei Ausführungsformen von ungefähr 42 bis ungefähr 55 Mol.-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 bis ungefähr 53 Mol.-%, ausgewählt sein, und ein zweites Diol kann in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 10 Mol.-%, bei Ausführungsformen von ungefähr 1 bis ungefähr 4 Mol.-%, des Harzes vorhanden sein.
Beispiele für organische Disäuren oder Diester, die Vinyldisäuren oder Vinyldiester beinhalten, die zur Herstellung der kristallinen Harze ausgewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis, 1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalen-2,6-dicarbonsäure, Naphthalen-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, einen Diester oder ein Anhydrid davon. Die organische Disäure kann beispielsweise in einer Menge von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Mol.-% bei Ausführungsformen, von ungefähr 42 bis ungefähr 52 Mol.-% bei Ausführungsformen, von ungefähr 45 bis ungefähr 50 Mol.-% bei Ausführungsformen, vorhanden sein, und eine zweite Disäure kann in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 10 Mol.-% des Harzes vorhanden sein.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylencopolymere, Ethylenvinylacetatcopolymere, Polypropylen, Mischungen davon und dergleichen. Spezifische kristalline Harze können polyesterbasiert sein.
Das kristalline Harz kann z. B. in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 85 Gew.-% der Tonerkomponenten, bei Ausführungsformen von ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-% der Tonerkomponenten, vorhanden sein. Das kristalline Harz kann verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, beispielsweise ungefähr 30 °C bis ungefähr 120 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 50 °C bis ungefähr 90 °C. Das kristalline Harz kann ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n), gemessen mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), von beispielsweise ungefähr 1000 bis ungefähr 50.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 2000 bis ungefähr 25.000, und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (M_w), ermittelt mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrolstandards, von beispielsweise ungefähr 2000 bis ungefähr 100.000, bei Ausführungsformen von ungefähr 3000 bis ungefähr 80.000, aufweisen. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann beispielsweise ungefähr 2 bis ungefähr 6 betragen, bei Ausführungsformen ungefähr 3 bis ungefähr 4.
Polykondensationskatalysatoren, die für die Bildung der kristallinen oder amorphen Polyester verwendet werden können, umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide wie Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinne wie Dibutylzinndilaurat und Dialkylzinnoxidhydroxide wie Butylzinnoxidhydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinnoxid oder Kombinationen davon. Solche Katalysatoren können in Mengen von beispielsweise ungefähr 0,01 Mol.-% bis ungefähr 5 Mol.-% auf Basis der Ausgangsdisäure oder des Ausgangsdiesters, die bzw. der zur Bildung des Polyesterharzes verwendet wurde, verwendet werden.
Bei Ausführungsformen kann, wie oben angemerkt, ein ungesättigtes amorphes Polyesterharz als Latexharz verwendet werden.
Bei Ausführungsformen kann der Latex in einer wässrigen Phase hergestellt werden, die ein Tensid oder ein Cotensid enthält. Tenside, die mit dem Polymer verwendet werden können, um eine Latexdispersion zu bilden, können ionische oder nicht-ionische Tenside oder Kombinationen davon sein, in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 15 Gew.-% der Feststoffe und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% der Feststoffe.
Bei Ausführungsformen können Initiatoren für die Bildung des Latexpolymers hinzugefügt werden. Initiatoren können in geeigneten Mengen hinzugefügt werden, z. B. ungefähr 0,1 bis ungefähr 8 Gew.-% der Monomere und bei Ausführungsformen ungefähr 0,2 bis ungefähr 5 Gew.% der Monomere.
Bei Ausführungsformen können auch Kettenregler bei der Bildung des Latexpolymers verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, ein funktionelles Monomer bei der Bildung des Latexpolymers und der Partikel, aus denen das Polymer besteht, zu verwenden. Geeignete funktionelle Monomere umfassen Monomere mit Carbonsäurefunktionalität.
Wenn vorhanden, kann das funktionelle Monomer in Mengen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Gew.-% der gesamten Monomere hinzugefügt werden.
Wie oben angemerkt, kann bei Ausführungsformen ein Ladungskontrollmittel (CCA) zum Latex hinzugefügt werden, enthaltend das Polymer. Die Verwendung eines CCA kann in Bezug auf die triboelektrischen Ladungseigenschaften eines Toners nützlich sein, da es die Bildgebungsgeschwindigkeit und -qualität des entstehenden Toners beeinflussen kann. Eine schlechte CCA-Integration in Tonerbindemittelharze oder Oberflächenvermischung kann zu einer instabilen triboelektrischen Ladung oder anderen damit verbundenen Problemen für den Toner führen. Diese schlechte Integration kann auch ein Problem für Toner darstellen, die während eines EA-Partikelbildungsverfahrens hergestellt werden, wenn ein CCA hinzugefügt wird. In einigen Fällen beispielsweise, wenn ungefähr 0,5 Gew.-% eines CCA während eines EA-Partikelbildungsverfahrens hinzugefügt werden, kann die tatsächliche Menge an CCA, die im Toner zurückbleibt, ungefähr 0,15 Gew.-% betragen.
Im Gegensatz dazu können Verfahren der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte Integration eines CCA in einen Toner bereitstellen, wenn mit dem Hinzufügen des CCA während eines EA-Verfahrens in Partikelform verglichen, wie bei herkömmlich verarbeiteten Tonern, d. h. Nicht-EA-Tonern, der Fall ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können in einen Latex integrierte CCAs gebildet und danach verwendet werden, um CCAs in eine Tonerzusammensetzung zu integrieren. Die Verwendung solcher in einen Latex integrierter CCAs kann Toner mit ausgezeichneten Ladungscharakteristika bereitstellen, die einen verringerten CCA-Verlust aus dem Tonerpartikel während der EA-Partikelbildung aufweisen.
Geeignete Ladungskontrollmittel, die verwendet werden könne, umfassen bei Ausführungsformen Metallkomplexe von Alkylderivaten von Säuren wie Salicylsäure, anderen Säuren wie Dicarbonsäurederivate, Benzoesäure, Oxynaphthoesäure, Sulfonsäuren, andere Komplexe wie quaternäres Polyhydroxyalkanoatphosphoniumtrihalozinkat, Metallkomplexe von Dimethylsulfoxid, Kombinationen davon und dergleichen. Bei Ausführungsformen kann ein Ladungskontrollmittel, wie oben angemerkt, in einer wässrigen Dispersion vorliegen oder ein in einen Latex integriertes CCA sein. Bei Ausführungsformen kann das Ladungskontrollmittel in ein oder mehrere Monomere aufgelöst werden, die die Latexemulsion ausmachen, um eine Mischung zu bilden, die danach polymerisiert werden kann, um das Ladungskontrollmittel in das Copolymer zu integrieren. Das Polymerisieren der Mischung kann mithilfe eines Verfahrens wie Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Dispersionspolymerisation und Kombinationen davon erfolgen.
Bei Ausführungsformen kann ein funktionelles Monomer verwendet werden, um ein solches Latex zu bilden, das ein Ladungskontrollmittel aufweist. Geeignete funktionelle Monomere umfassen bei Ausführungsformen die oben beschriebenen mit Carbonsäurefunktionalität. Wenn vorhanden, kann ein funktionelles Monomer in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Gew.-% der Monomere, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% der Monomere, vorhanden sein, die zur Bildung des Latex verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann das Ladungskontrollmittel somit in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Gew.-% der Monomere, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% der Monomere, vorhanden sein, die zur Bildung des Latex verwendet werden.
Bei Ausführungsformen kann ein in einen Latex integriertes CCA auch ein Tensid beinhalten. Es kann ein beliebiges, oben beschriebenes Tensid verwendet werden, um das Latex zu bilden. Wenn verwendet, kann ein Tensid in einer Menge von ungefähr 0,25 bis ungefähr 20 Gew.-% des Latex, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% des Latex, vorhanden sein.
Die Bedingungen für die Bildung des in einen Latex integrierten CCA sind dem Fachmann bekannt.
Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen partikelförmige CCAs optional in Dispersionen verwendet werden können und diese mit Tonerpartikel kombiniert sein können, bildet die vorliegende Offenbarung ein CCA, das in das Polymer eines Latexharzes integriert ist, das verwendet wird, um einen Tonerpartikel zu bilden.
Somit stellt das Latex, das ein in den Latexpartikel integriertes CCA aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung eine alternative Methode bereit, um ein CCA wie 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure-Zinksalz in einen Toner zu integrieren, der mithilfe eines Emulsionsaggregationsverfahrens gebildet wurde.
Bei Ausführungsformen beispielweise kann ein Harz, das zur Bildung von Tonerpartikeln verwendet wird, eine erste Komponente, die von zumindest einem Metallkomplex eines Alkylderivats einer Säure abgeleitet ist, zumindest eine zweite Komponente, die von einem Monomer abgeleitet ist, das zur Bildung eines Harzes verwendet wird, und optional eine Komponente enthalten, die von zumindest einem funktionellen Monomer abgeleitet ist, das Carbonsäurefunktionalität besitzt.
Bei einigen Ausführungsformen kann ein den pH-Wert einstellendes Mittel hinzugefügt werden, um die Rate des Emulsionsaggregationsverfahrens zu kontrollieren.
Wachsdispersionen können während der Bildung eines Latexpolymers im Rahmen einer Emulsionsaggregationssynthese ebenfalls hinzugefügt werden. Bei Ausführungsformen können die Wachse funktionalisiert sein. Das Wachs kann in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% und bei Ausführungsformen von ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gew.-% des Toners vorhanden sein.
Die Latexpartikel können zu einer Farbstoffdispersion hinzugefügt werden. Bei Ausführungsformen kann das Tensid ionisch sein und kann zu ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.% und bei Ausführungsformen zu ungefähr 4 bis ungefähr 15 Gew.-% des Farbstoffs vorhanden sein.
Farbstoffe, die gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Bildung von Tonern nützlich sind, umfassen Pigmente, Färbemittel, Mischungen von Pigmenten und Färbemitteln, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Färbemitteln und dergleichen. Der Farbstoff kann im Toner der Offenbarung in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners und bei Ausführungsformen in einer Menge von ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners vorhanden sein.
Beim Emulsionsaggregationsverfahren können die Reaktionspartner in einen geeigneten Reaktor, beispielsweise ein Mischgefäß, hinzugefügt werden. Eine Mischung eines Latex, einer optionalen Farbstoffdispersion, eines Wachses und eines Aggregationsmittels kann danach gerührt und auf eine Temperatur nahe der Tg des Latex, bei Ausführungsformen ungefähr 30 °C bis ungefähr 70 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 40 °C bis ungefähr 65 °C, erhitzt werden, wodurch Toneraggregate mit einem volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 3 µm bis ungefähr 15 µm, bei Ausführungsformen mit einem volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 5 µm bis ungefähr 9 µm, erhalten werden.
Bei Ausführungsformen kann eine Schale auf den aggregierten Partikeln gebildet werden. Jedes verwendete Latex, das oben zur Bildung des Kernlatex angeführt ist, kann zur Bildung des Schalenlatex verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann ein Styrol-n-butylacrylatcopolymer verwendet werden, um das Schalenlatex zu bilden. Bei Ausführungsformen kann der zur Bildung der Schale verwendete Latex eine Glasübergangstemperatur im Bereich von ungefähr 35 °C bis ungefähr 75 °C und bei Ausführungsformen von ungefähr 40 ° bis ungefähr 70 °C aufweisen. Bei Ausführungsformen kann eine Schale auf den aggregierten Partikeln gebildet werden, die eine Mischung eines ersten Latex für den Kern und eines Latex enthalten, in das ein CCA integriert ist.
Wenn vorhanden, kann ein Schalenlatex mithilfe eines beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahrens aufgetragen werden, beispielsweise Eintauchen, Aufsprühen und dergleichen. Das Schalenlatex kann aufgetragen werden, bis die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erzielt ist, bei Ausführungsformen ungefähr 3 µm bis ungefähr 12 µm, bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 4 µm bis ungefähr 8 µm- Bei weiteren Ausführungsformen können die Tonerpartikel mithilfe von angeimpfter semikontinuierlicher In-situ-Emulsionscopolymerisation des Latex hergestellt werden, wobei das Schalenlatex hinzugefügt wird, nachdem sich die aggregierten Partikel gebildet haben.
Bei Ausführungsformen kann ein Koagulans während oder vor der Aggregation des Latex und der wässrigen Farbstoffdispersion hinzugefügt werden. Das Koagulans kann über einen Zeitraum von ungefähr 1 Minute (min) bis ungefähr 60 min und bei Ausführungsformen von ungefähr 1,25 min bis ungefähr 20 min hinzugefügt werden, je nach Verarbeitungsbedingungen.
Das Koagulans kann in Mengen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% des Toners und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 3 Gew.-% des Toners hinzugefügt werden.
Jedes Aggregationsmittel, das in der Lage ist, eine Komplexierung zu bewirken, könnte bei der Bildung des Toners der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Sowohl Erdalkalimetall- als auch Übergangsmetallsalze können als Aggregationsmittel verwendet werden. Die entstehende Mischung aus Latex, optional in einer Dispersion, CCA, optional in einer Dispersion, optionaler Farbstoffdispersion, optionalem Wachs, optionalem Koagulans und optionalem Aggregationsmittel kann danach gerührt und auf eine Temperatur unter der Tg des Latex, bei Ausführungsformen ungefähr 30 °C bis ungefähr 70 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 40 °C bis ungefähr 65 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 0,2 Stunden (h) bis ungefähr 6 h, bei Ausführungsformen ungefähr 0,3 h bis ungefähr 5 h, erhitzt werden, wodurch Toneraggregate mit einem volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 3 µm bis ungefähr 15 µm, bei Ausführungsformen mit einem volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 4 µm bis ungefähr 8 µm, erhalten werden.
Nachdem die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht wurde, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von ungefähr 3,5 bis ungefähr 7 und bei Ausführungsformen von ungefähr 4 bis ungefähr 6,5 eingestellt werden. Die Base kann jede geeignete Base umfassen, beispielsweise Alkalimetallhydroxide wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid. Das Alkalimetallhydroxid kann in Mengen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 15 Gew.-% der Mischung hinzugefügt werden.
Die Mischung aus Latex, Latex, in das ein CCA integriert ist, optionalem Farbstoff und optionalem Wachs kann danach koalesziert werden. Das Koaleszieren kann das Rühren und Erhitzen bei einer Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 99 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 85 °C bis ungefähr 98 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 12 h und bei Ausführungsformen von ungefähr 1 h bis ungefähr 6 h umfassen. Das Koaleszieren kann durch weiteres Rühren beschleunigt werden.
Der pH-Wert der Mischung kann dann beispielsweise mit einer Säure auf ungefähr 3,5 bis ungefähr 6, bei Ausführungsformen ungefähr 3,7 bis ungefähr 5,5, gesenkt werden, um die Toneraggregate zu koaleszieren. Geeignete Säuren umfassen beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Zitronensäure oder Essigsäure. Die hinzugefügte Säuremenge kann sich auf ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung und bei Ausführungsformen auf ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% der Mischung belaufen.
Die Mischung wird in einem Kühl- oder Gefrierschritt gekühlt. Das Kühlen kann bei einer Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 40 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 22 °C bis ungefähr 30 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 1 h bis ungefähr 8 h und bei Ausführungsformen von ungefähr 1,5 h bis ungefähr 5 h erfolgen.
Bei Ausführungsformen umfasst das Kühlen einer koaleszierten Toneraufschlämmung das Quenchen durch Zugabe eines Kühlmediums, beispielsweise Eis, Trockeneis und dergleichen, um eine schnelle Kühle auf eine Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 40 °C und bei Ausführungsformen von ungefähr 22 °C bis ungefähr 30 °C zu bewirken. Das Quenchen kann für kleine Tonermengen umsetzbar sein, beispielsweise weniger als ungefähr 2 Liter (1), bei Ausführungsformen von ungefähr 0,11 bis ungefähr 1,5l. Für größerskalige Verfahren, z. B. mit einer Größe von mehr als ungefähr 10 l kann ein schnelles Kühlen der Tonermischung durch Einbringen eines Wärmetauschers, wenn die finale Toneraufschlämmung ausgegeben wird, umgesetzt werden.
Die Toneraufschlämmung kann dann gewaschen und getrocknet werden.
Weitere optionale Zusatzstoffe, die mit einem Toner kombiniert werden, umfassen einen beliebigen Zusatzstoff zur Verbesserung der Eigenschaften der Tonerpartikel. Davon umfasst sind Oberflächenzusatzstoffe, Farbverbesserungsmittel 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 für gewöhnlich in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 7 Gew.-% des Toners, vorhanden sind. Tonerpartikel, die unter Verwendung eines Latex der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, können eine Größe von ungefähr 1 µm bis ungefähr 20 µm, bei Ausführungsformen von ungefähr 2 µm bis ungefähr 15 µm und bei Ausführungsformen von ungefähr 3 µm bis ungefähr 7 µm aufweisen. Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung können eine Kreisförmigkeit von ungefähr 0,9 bis ungefähr 0,99, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,92 bis ungefähr 0,98, aufweisen.
Gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung können Tonerpartikel erhalten werden, die gegenüber herkömmlichen Tonern zahlreiche Vorteile aufweisen: (1) sie steigern die Robustheit der triboelektrischen Ladung der Partikel, wodurch Tonerdefekte verringert werden und Maschinenleistung verbessert wird; (2) sie sind leicht umzusetzen, ohne wesentliche Änderungen an bestehenden Aggregations-/Koaleszierungsverfahren; und (3) sie steigern die Produktivität und senken die Einheitenherstellungskosten (UMC), indem sie die Produktionszeit und den Nachbearbeitungsbedarf verringern (Verbesserung der qualitativen Ausbeute).
Diese Reihe von Beispielen beschreibt Verfahren zum Integrieren eines CCA in ein Styrol-/Acrylat-Latex mit minimaler Reaktorverschmutzung und geringer Erzeugung grober Partikel im Latex.
Vergleichsbeispiel: Dieses Vergleichsbeispiel beschreibt die Herstellung eines Latex ohne Ladungskontrollmittel durch Emulsionspolymerisation. Kontrolllatex mit 5 % Seed und emulgiertem Monomer Rot, ohne Ladungskontrollmittel.
Eine Monomerphase wurde durch Kombinieren von 441,2 g Styrol (Shell Chemicals Canada Ltd (Fort Saskatchewan, Alberta, Kanada)), 98,8 g n-Butylacrylat (Dow Chemical Co. (Midland, Michigan, USA)), 16,2 g beta-Carboxyethylacrylat (ß-CEA) in einem 1-1-Becher hergestellt. Zu dieser Mischung wurden 1,89 g des Verzweigungsmittels 1,10-Decandioldiacrylat (ADOD) und 3,83 g des Kettenreglers Dodecanthiol (DDT) hinzugefügt. In einem separaten Becher wurden 9,18 g DOWFAX™-Tensid zu 257 g entionisiertem Wasser (EW) hinzugefügt. Die Monomerphase wurde zur Tensidlösung hinzugefügt und vermischt, um eine Monomeremulsion herzustellen. Die Mischung wurde in einen 1-1-Glaskessel mit Stickstoffspülung übertragen. 474 g EW wurden in einen 2-L-Büchi-Reaktor mit 2,31 g DOWFAX™-Tensid hinzugefügt. Der Reaktor wurde danach kontinuierlich mit Stickstoff gespült, während er bei 300 U/min gerührt wurde, und auf 75 °C erhitzt. 41,6 g der Monomeremulsion wurden danach in den Reaktor gepumpt und „Seeds“ zu bilden. 8,1 g Ammoniumpersulfat-(APS)-Initiator wurden zu 80 g EW hinzugefügt, und die Mischung wurde gerührt, bis sich das APS vollständig aufgelöst hatte. Die APS-Lösung wurde danach bei einer Rate von 2,2 g/min in den Reaktor gepumpt. 60 min nach Beginn der APS-Zufuhr wurde die Monomeremulsion bei einer Rate von 3,3 g/min in den Reaktor gepumpt. Nachdem die Hälfte der Emulsion hineingepumpt war, wurde die Monomerzufuhr ausgesetzt und 3,92 g DDT wurden zur Emulsion hinzugefügt und eingerührt. Nach 10 min wurde die Reaktormischgeschwindigkeit auf 350 U/min eingestellt. Danach wurde die Monomerzufuhr bei einer Rate von 4,4 g/min wieder aufgenommen, bis die gesamte Emulsion hinzugefügt worden war. Der entstehende Latex wurde für weitere 3 h bei einer Temperatur von 75 °C gehalten, um die Reaktion nach Beendigung der Monomerzufuhr abzuschließen. Danach wurde eine vollständige Kühlung durchgeführt, und die Reaktortemperatur wurde auf 35 °C verringert. Das hergestellte Latex wurde ausgegeben und der Reaktor demontiert. An der Reaktorwand, dem Flügelrad und dem Umlenkblech wurde keine Verschmutzung beobachtet (die prozentuale Verschmutzung belief sich auf weniger als 1 %). Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 191,4 nm, eine T_g(Beginn) von 60,4 °C und einen Feststoffgehalt von 41,5 %.
BEISPIEL 1: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei dem Beispiel wird eine 158-minütige reine Monomerzufuhr verwendet.
Eine Monomerphase wurde durch Kombinieren von 435,8 g Styrol (St), 104,2 g n-Butylacrylat (BA), 16,2 g beta-Carboxyethylacrylat (ß-CEA) in einem 1-1-Glaskessel unter Stickstoffspülung hergestellt. Zu dieser Mischung wurden 7,47 g des Kettenreglers Dodecanthiol (DDT) hinzugefügt. Die Monomerphase wurde vermischt, und 11,7 g der Mischung wurden als „Seed“-Monomer in einen separaten Becher abgewogen. 21,6 g des Ladungskontrollmittels BONTRON^® E-84 (Orient Chemical Industries Ltd (Seaford, Delware)) wurden zur Mischung in einem 1-1-Glaskessel hinzugefügt, während für 1 h bei 300 U/min gerührt wurde. 728 g EW wurden in einen 2-L-Büchi-Reaktor mit 1,96 g DOWFAX™-Tensid hinzugefügt. Der Reaktor wurde danach kontinuierlich mit Stickstoff gespült, während er bei 300 U/min gerührt wurde, und auf 75 °C erhitzt. 11,7 g vorgewogene „Seed“-Monomere wurden danach zum Reaktor hinzugefügt. 10,8 g Ammoniumpersulfat-(APS)-Initiator wurden zu 40,7 g EW hinzugefügt, und die Mischung wurde gerührt, bis sich das APS vollständig aufgelöst hatte. Die APS-Lösung wurde danach bei einer Rate von 2,6 g/min in den Reaktor gepumpt. 40 min nach Beginn der APS-Zufuhr wurde die Monomerphase bei einer Rate von 3,63 g/min in den Reaktor gepumpt. Nachdem die Monomerzufuhr begonnen hatte, wurden 1,4 g DOWFAX™-Tensid manuell alle 13 Minuten auf maximal 13,99 g zum Reaktor hinzugefügt. Nachdem die Hälfte der Monomermischung hineingepumpt worden war, wurde die Reaktormischgeschwindigkeit auf 350 U/min eingestellt. Nachdem das gesamte Monomer hinzugefügt worden war, wurde der entstehende Latex für 1 h bei 75 °C gehalten und danach für weitere 2 h auf 90 °C erhöht, um die Reaktion abzuschließen. Danach wurde eine vollständige Kühlung durchgeführt und die Reaktortemperatur wurde auf 35 °C verringert. Das hergestellte Latex wurde ausgegeben und der Reaktor demontiert. Die erhebliche Verschmutzung wurde an der Reaktorwand, den Laufrädern und dem Umlenkblech beobachtet. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf ungefähr 71 Gew.-% berechnet. Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 162,7 nm und eine Tg(Beginn) von 61,87 °C.
BEISPIEL 2: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem Bespiel wurde das Tensid in den Reaktor gepumpt, bevor mit der Monomerzufuhr begonnen wurde.
Eine Monomerphase wurde durch Kombinieren von 435,8 g Styrol (St), 104,2 g n-Butylacrylat (BA), 16,2 g beta-Carboxyethylacrylat (ß-CEA) in einem 1-1-Glaskessel unter Stickstoffspülung hergestellt. Zu dieser Mischung wurden 7,47 g des Kettenreglers Dodecanthiol (DDT) hinzugefügt. Die Monomerphase wurde vermischt, und 30,0 g der Mischung wurden als „Seed“-Monomer in einen separaten Becher abgewogen. 21,6 g des Ladungskontrollmittels Bontron E-84 wurden zur Mischung in einem 1-1-Glaskessel hinzugefügt, während für 1 h bei 300 U/min gerührt wurde. 576 g EW wurden in einen 2-L-Büchi-Reaktor mit 1,96 g DOWFAX™-Tensid hinzugefügt. Der Reaktor wurde danach kontinuierlich mit Stickstoff agitiert, während er bei 300 U/min gerührt wurde, und auf 75 °C erhitzt. 30,0 g vorgewogene „Seed“-Monomere wurden danach zum Reaktor hinzugefügt. 10,8 g Ammoniumpersulfat-(APS)-Initiator wurden zu 40,7 g EW hinzugefügt, und die Mischung wurde gerührt, bis sich das APS vollständig aufgelöst hatte. Die APS-Lösung wurde danach bei einer Rate von 2,6 g/min in den Reaktor gepumpt. In einem separaten Becher wurde eine Tensidlösung hergestellt, die aus 13,99 g DOWFAX™-Tensid und 116 g entionisiertem Wasser (EW) bestand. 50 min nach Beginn der APS-Zufuhr wurde die hergestellte Tensidlösung in 14 min zum Reaktor hinzugefügt. Nach 10-minütiger Haltezeit wurde die Monomermischung bei einer Rate von 2,82 g/min in den Reaktor gepumpt. Nachdem die Hälfte des Monomers hineingepumpt worden war, wurde die Monomerzufuhrrate auf 3,8 g/min erhöht und die Reaktormischgeschwindigkeit wurde auf 350 U/min eingestellt. Nachdem die gesamte Monomerphase hinzugefügt worden war, wurde der entstehende Latex für 1 h bei 75 °C gehalten und danach für weitere 2 h auf 90 °C erhöht, um die Reaktion abzuschließen. Danach wurde eine vollständige Kühlung durchgeführt und die Reaktortemperatur wurde auf 35 °C verringert. Das hergestellte Latex wurde ausgegeben und der Reaktor demontiert. Die erhebliche Verschmutzung wurde an der Reaktorwand, den Laufrädern und dem Umlenkblech beobachtet. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf ungefähr 50 Gew.-% berechnet. Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 193,7 nm und eine T_g(Beginn) von 59,26 °C.
BEISPIEL 3: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem Beispiel wurde das Tensid mit Monomer coemulgiert.
Die Formulierung und die Verfahrensweise waren zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass 13,99 g DOWFAX™-Tensid zur Monomerphase in einen 1-1-Glaskessel hinzugefügt wurde, nachdem 11,7 g Seed-Monomer abgewogen worden waren, anstatt der manuellen Zugabe von DOWFAX™-Tensid zum Reaktor. Die Monomerphase wurde bei einer Rate von 3,72 g/min anstatt 3,63 g/min in den Reaktor gepumpt. Es wurde am Ende der Reaktion keine Latexemulsion erhalten. Die gesamte Charge wurde zu einem „Kleber“-Material.
BEISPIEL 4: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem Beispiel war die Monomerzufuhrzeit mit ungefähr 260 min länger.
Die Formulierung und Verfahrensweise waren zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass die Monomerphase bei einer Rate von 2,21 g/min anstatt 3,63 g/min in den Reaktor gepumpt wurde. 1,4 g DOWFAX™ wurden manuell alle 25 min auf ein Maximum von 13,99 g zum Reaktor hinzugefügt. Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 180,4 nm und eine T_g(Beginn) von 35,4 °C. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf ungefähr 60 Gew.-% berechnet.
BEISPIEL 5: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem Beispiel wurden 20 % mehr Tensid hinzugefügt.
Die Formulierung und Verfahrensweise war zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass 1,68 g DOWFAX™ manuell alle 13 min auf ein Maximum von 16,78 g anstatt 13,99 g zum Reaktor hinzugefügt wurden. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf ungefähr 24 Gew.-% berechnet. Der entstehende Latex hatte eine Partikel größe von 160,2 nm und eine T_g(Beginn) von 58,2 °C.
BEISPIEL 6: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem Beispiel gab es eine doppelte Zufuhr mit Tayca-Tensid.
Die Formulierung und Verfahrensweise war zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass Tayca-Tensid (60 % aktiv) anstatt DOWFAX™-Tensid in der Formulierung verwendet wurde. 484 g EW wurden zu einem 2-1-Büchireaktor mit 1,54 g Tayca-Tensid anstatt 728 g EW und 1,96 g DOWFAX™, wie in Beispiel 1, hinzugefügt. 10,96 g Tayca-Tensid wurden mit 244 g EW verdünnt, die aus insgesamt 728 g abgespalten worden waren. Die Lösung wurde 40 min nach Beginn der APS-Zufuhr bei einer Rate von 1,61 g/min in den Reaktor gepumpt. Es wurde am Ende der Reaktion keine Latexemulsion erhalten. Die gesamte Charge wurde zu einem „festen“ Verschmutzungsmaterial.
BEISPIEL 7: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem wurde der Feststoffgehalt (Gehalt) auf 30 % verringert.
Die Verfahrensweise war zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass der Feststoffgehalt auf 30 % anstatt 43,7 %, wie in Beispiel 1, verringert wurde. Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 200,7 nm und eine T_g(Beginn) von 54,7 °C. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf ungefähr 8 Gew.-% berechnet.
BEISPIEL 8: Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Latex mit einem Zinksalicylat-Ladungskontrollmittel. Bei diesem wurde der Feststoffgehalt (Gehalt) auf 25 % verringert.
Die Verfahrensweise war zu Beispiel 1 identisch, mit der Ausnahme, dass der Feststoffgehalt auf 25 % anstatt 43,7 %, wie in BEISPIEL 1, verringert wurde. Der entstehende Latex hatte eine Partikelgröße von 166,7 nm und eine T_g(Beginn) von 56,7 °C. Die prozentuale Verschmutzung wurde auf weniger als 2 Gew.-% berechnet.

Im Allgemeinen waren mithilfe der oben beschriebenen Verfahren stabile Partikel in einem nützlichen Größenbereich von ungefähr 160 bis ungefähr 240 nm bei minimalem Absetzen von groben Partikeln erhältlich. Die obigen Beispiele stellen eine Vielzahl von Ansätzen für das Verringern der Reaktorverschmutzung bereit, darunter das Emulgieren des Monomers und des CCA-Materials in die Tensidlösung, das Hinzufügen von mehr Tensid, um die Stabilität zu erhöhen, das Hinzufügen des Tensids zur Monomermischung ohne Wasser, das Ändern des Tensids von DOWFAX™ auf Tayca und das Verlängern der Monomerzufuhrzeit. Keiner dieser Ansätze verbesserte die Stabilität und Skalierbarkeit des Latex und in einigen Fällen war die Verschmutzung dominant. Nur wenn der Feststoffgehalt der organischen Materialien auf von 43,7 Gew.-% (BEISPIELE 1-6) auf 30 Gew.-% (BEISPIEL 7) verringert wurde, wurde das Ausmaß der Verschmutzung von 50-99% auf bis zu ungefähr 8 % verringert. Bei weiterer Verringerung des Feststoffgehalts auf 25 % (BEISPIEL 8) wies der entstehende Latex verschmutztes Material von weniger als ungefähr 2 Gew.-% auf. Das Ergebnis von BEISPIEL 8 kam dem Kontrolllatex aus dem Vergleichsbeispiel nahe, der weniger als ungefähr 1 Gew.-% verschmutztes Material produzierte. Wie in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst, erzeugten viele Ansätze hohe Mengen an groben Partikeln oder verschmutztem Material. Tabelle 1

Beispiel	Feststoffgehalt (Gew.-%)	Quantifizierung der Beschmutzung
1	43,7	71%
2	43,7	50%
3	43,7	99%
4	43,7	60%
5	43,7	24%
6	43,7	99%
7	30,0	8%
8	25,0	< 2 %
Vergleichsbeispiel	41,5	< 1 %

In der nachstehenden Tabelle 2 sind die Latexeigenschaften der BEISPIELE 1-8 und des Vergleichsbeispiels ohne Ladungskontrollmittel zusammengefasst. Tabelle 2.

Beispiel	T_g (°C, Beginn)	Partikelgröße (nm)	Zn (ppm)
1	61,9	162,7	3562
2	59,3	193,7	3501
3	k. A.	k. A.	k. A.
4	35,4	180,4	4683
5	58,2	160,2	2989
6	k. A.	k. A.	k. A.
7	54,7	200,7	2997
8	56,7	166,7	3798
Vergleichsbeispiel	60,4	191,4	k. A.

Die Latexeigenschaften für BEISPIEL 7 (30 % Feststoffgehalt) und Beispiel 8 (25 % Feststoffgehalt) hatten mit einer T_g(Beginn) von 54-56 °C wünschenswerte thermische Eigenschaften und eine Partikelgröße im Bereich von 160-200 nm.

Claims

Verfahren, umfassend: Bilden von Polymerharzpartikeln in einem Latex durch Emulsionspolymerisation, wobei die Polymerharzpartikel aus einer Mischung gebildet werden, die umfasst: eine oder mehrere Monomeremulsionen; und ein nicht auf Tensiden basierendes Ladungskontrollmittel; wobei die Emulsionspolymerisation mit einem Feststoffgehalt in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Gew.-% der Mischung durchgeführt wird; und Bilden von Tonerpartikeln aus den Polymerharzpartikeln, wobei die Tonerpartikel eine ausreichende triboelektrische Ladung zur Verwendung unter A-Zonen-Umgebungsbedingungen in einem Ein-Komponenten-Entwicklungssystem unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bildens der Polymerharzpartikel eine Reaktorverschmutzung von weniger als ungefähr 10 % erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerharzpartikel eine Größe im Bereich von ungefähr 150 nm bis ungefähr 250 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel in einem Bereich von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% der Mischung vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tonerpartikel negativ geladen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das nicht auf Tensiden basierende Ladungskontrollmittel hydrophob ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Latex in einen Kern der Tonerpartikel integriert wird, umfassend das Bilden eines Kerns eines Tonerpartikels aus dem Latex.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Latex in eine Schale der Tonerpartikel integriert wird, umfassend das Bilden einer Schale eines Tonerpartikels aus dem Latex.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Latex in eine Schale und einen Kern der Tonerpartikel integriert wird, umfassend das Bilden einer Schale und eines Kerns aus dem Latex.