DE102014214064A1

DE102014214064A1 - Latex mit farbmittel und verfahren zu seiner herstellung

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Publication number: DE102014214064A1
Application number: DE102014214064.1A
Authority: DE
Inventors: Valerie M. Farrugia; Maria Birau
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2034-07-19
Also published as: JP6316125B2; JP2015021125A; US20150030977A1; US20170073499A1; US9213248B2; US10208186B2; US20160024276A1; DE102014214064B4; US9580578B2

Abstract

Ein Prozess umfasst ein Bilden einer Emulsion, die ein Monomer und ein Farbmittel umfasst, wobei das Farbmittel ferner eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst, und Polymerisieren des Monomers, um einen Latex zu bilden, wobei der Latex Polymer-Nanoteilchen umfasst, die das Farbmittel darin dispergiert aufweisen.

Description

Hierin offenbarte Ausführungsformen betreffen Latizes, die bei der Herstellung von Tonerteilchen verwendet werden. Insbesondere betreffen hierin offenbarte Ausführungsformen Prozesse und Zusammensetzungen, die zum Einmischen von optional modifizierten Farbmitteln in die Matrix von Polymerteilchen in einem Latex verwendet werden.
Farbmittel, wie beispielsweise Farbstoffe und Pigmente, die bei der Tonerteilchensynthese eingesetzt werden, werden typischerweise während der Aggregation und Koaleszenz (EA/Koaleszenz) eines Latex zugegeben, der Tonerteilchen umfasst. Natürliche Pigmente, wie beispielsweise Indigo, sind potenziell verwendbare, aber infolge ihrer großen Teilchengröße und ihres Mangels an Funktionalität häufig schwer zu dispergierende Farbmittel. Diese Charakteristiken machen außerdem die Dispersionsmittelbindung an das Pigmentteichen schwierig.
1 ist eine grafische Darstellung, welche die Teilchengrößenverteilung von Latexteilchen veranschaulicht, die gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen hergestellt sind.
In einigen Aspekten betreffen hierin offenbarte Ausführungsformen Prozesse, die ein Bilden einer Emulsion, die ein Monomer und ein Farbmittel umfasst, wobei das Farbmittel ferner eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst, und Polymerisieren des Monomers umfassen, um einen Latex zu bilden, wobei der Latex Polymer-Nanoteilchen umfasst, die das Farbmittel darin dispergiert aufweisen.
In einigen Aspekten betreffen hierin offenbarte Ausführungsformen Latizes, die Copolymer-Nanoteilchen umfassen, die ein Farbmittel aufweisen, das eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst und innerhalb einer Matrix der Copolymer-Nanoteilchen dispergiert ist.
Hierin offenbarte Ausführungsformen stellten Latexemulsionen bereit, die Polymerteilchen umfassen, die ein Farbmittel oder ein modifiziertes Farbmittel aufweisen, das innerhalb der Polymermatrix dispergiert ist. Die Latexemulsionen können bei der Herstellung von Tonerteilchen verwendet werden, die Farbmittel aufweisen, die in wirksamer Weise darin dispergiert sind, und die Notwendigkeit vermeiden, die Farbmittel als Dispersionen während der Aggregation/Koaleszenz einführen zu müssen. Tonerteilchen, die aus den hierin offenbarten farbmittelhaltigen Latizes hergestellt sind, können eine verbesserte Gesamtverteilung von Farbmittel in den ganzen fertigen Tonerteilchen bereitstellen. Es werden Verfahren zur Herstellung von farbmittelhaltigen Polymerteilchen als Teil eines Latex durch Bilden des Polymers aus einer Monomeremulsion in Gegenwart von beliebigen gewünschten Farbmitteln bereitgestellt. Ohne sich auf einen bestimmten Mechanismus festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die Farbmittel von der werdenden Polymermatrix eingekapselt werden können, und/oder die Farbmittel in die Latexteilchen adsorbiert werden können, sobald sie während der Polymerisationsschritts gebildet werden. Als Beispiel kann ein pigmentbasiertes Farbmittel während eines Emulsionspolymerisationsprozesses unter Verwendung einer halbkontinuierlichen Einspeisung bei Aufrechterhalten von Bedingungen von Monomerunterdosierung mit Polymer beschichtet werden. Wie für Fachleute zu erkennen ist, kann die Zugabe von Farbmitteln zur Polymerisation die Monomerteilung sowie die Radikalpolymerisationskinetik der Reaktion ändern, was die Tensid- und Monomerkonzentration ändern kann, die während der Polymerisation eingesetzt wird.
Das Farbmittel selbst kann kovalent oder durch Ionenaustausch mit einem kationischen Tensid auf der Basis von Amin oder quartärem Ammonium vor dem Dotieren in den Monomereinsatz modifiziert werden. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird vorausgesetzt, dass die Modifikation eines Farbmittels mit einem kationischen Tensid zum Beispiel beim Suspendieren des resultierenden modifizierten Farbmittel in der Monomerlösung vor der Polymerisation helfen kann, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Monomerauftrag auf jedes der einzelnen Farbmittelteilchen erhöht wird. Hierin offenbarte Verfahren stellen nanometergroße Latexteilchen bereit, welche mit reduzierten Mengen von Tensid leicht herzustellen sind, wenn das Farbmittel mit kationischem Tensid auf der Basis von Amin oder quartärem Ammonium modifiziert ist. Als Beispiel kann die Modifikation eines Indigopigments, das ein austauschbares Kation trägt, durch Ionenaustausch des Pigments mit einem langkettigen quartärem Alkylammoniumsalz erreicht werden, welches außerdem helfen kann, die Teilchengröße des Pigments zu reduzieren. Die hydrophobe Beschaffenheit der langkettigen Alkylgruppe um das Farbmittelteilchen kann außerdem die Polymerisation auf der Farbmitteloberfläche verbessern. Vorteilhafterweise können hierin offenbarte modifizierte Farbmittel leicht dispergiert werden, was die Notwendigkeit von Ultraschallrühren beim Bilden der Dispersion vermeidet. Demnach kann eine feine organische Dispersion von modifiziertem Farbstoff in Monomer mit einem einfachen Overhead-Rührer und/oder Zentrifugalrührer ohne die Probleme erreicht werden, die von der Sedimentation oder Agglomeration von Farbmittelteilchen herrühren.
Die hierin offenbarten farbmittelhaltigen Latexteilchen können durch Einmischen eines oder mehrerer Farbmittel in den Monomereinsatz hergestellt werden, der zum Bilden der Ausgangssaat am Beginn der Latexproduktion unter Verwendung von herkömmlicher Emulsionspolymerisation unter Unterdosierungsbedingungen verwendet wird. Emulsionspolymerisation mit Unterdosierung kann mit einem Gesamtfeststoffgehalt in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 60 Gewichtsprozent des gesamten Emulsionsgemisches durchgeführt werden. Der Farbmittel-Monomereinsatz wird demnach in das wässrige Saatmedium dosiert, um nanometergroße, im Allgemeinen monodisperse Polymerteilchen bereitzustellen. Es versteht sich von selbst, dass für Toneranwendungen monodisperse Polymerteilchen besonders nützlich sein können, allerdings können die Polymerisationsbedingungen geändert werden, um bei Bedarf andere, beispielsweise polydisperse, bidisperse und dergleichen, Teilchengrößenverteilungen bereitzustellen. Hierin offenbarte Verfahren können zum Synthetisieren von farbmittelbeladenen Polymerteilchen mit einem Durchmesser von bis zu 200 nm oder weniger in einem Schritt verwendet werden, obwohl auch Zugang zu größeren Teilchen möglich ist. Es können leicht Latexteilchen synthetisiert werden, die Charakteristiken von guter Lichtstabilität, heller Farbe und enger Teilchengrößenverteilung aufweisen. Außerdem kann das Einmischen von modifizierten Farbmittel in die hierin offenbarten Latizes bei minimaler Reaktorverschmutzung durchgeführt werden. In Ausführungsformen kann eine erhöhte Menge von Farbmittel verwendet werden, um dunklere Farben bereitzustellen, während höhere Farbmittelfüllungen ferner reduzierte Mengen von Tensiddotierung ermöglichen können.
Die hierin offenbarten Verfahren sind nicht auf die Erzeugung von Latizes in Verbindung mit der Herstellung von EA-Tonern beschränkt. Die hierin offenbarten Latizes können auch zur Herstellung von wasserbasierten Lacken, Beschichtungen, Kosmetik- und Gesundheits-/Schönheitsprodukten verwendet werden. Diese und andere Vorteile sind für Fachleute zu erkennen.
Wie hierin verwendet, wird „Monomer“ gemäß seiner normalen Bedeutung in der Polymerchemie als eine Untereinheit eines Polymers verwendet. Der Begriff soll ein oder mehrere Monomere umfassen, die ein Polymer bilden, das zum Bilden eines Latex verwendet wird.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „anionische funktionelle“ Gruppe auf eine organische funktionelle Gruppe, die imstande ist, eine negative Ladung zu tragen. Zum Beispiel kann eine Carboxylgruppe ionisiert werden, um ein negativ geladenes Carboxylat bereitzustellen. Andere anionische funktionelle Gruppen umfassen ohne Einschränkung Sulfate, Sulfonate, Sulfinate, Phosphate und dergleichen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „lipophiles Gegenion“ auf jedes Kation oder Anion mit einer im Wesentlichen hydrophoben Beschaffenheit, wie sie durch die Gegenwart von funktionellen Alkylgruppen, insbesondere einer oder mehrerer langkettiger funktioneller Alkylgruppen, vermittelt wird. Langkettige Alkylgruppen können mindestens 6 Kohlenstoffatome oder mindestens 8 Kohlenstoffatome oder mindestens 10 Kohlenstoffatome umfassen. Beispielhafte lipophile Gegenionen umfassen quartäre Tetraalkylamine, die eine formale Nettoladung am Stickstoff von +1 tragen. Gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen können die lipophilen Gegenionen durch Ionenaustausch von Metallionen eingeführt werden.
Wie hierin verwendet, bezieht sich „Nanoteilchen“ auf Teilchenspezies mit einem mittleren effektiven Durchmessern von etwa 900 nm oder weniger oder etwa 700 nm oder weniger oder etwa 500 nm oder weniger. Nanoteilchen müssen keine vollkommen sphärische Beschaffenheit aufweisen, obwohl sie im Wesentlichen sphärisch sein können.
In Ausführungsformen weisen die Polymer-Nanoteilchen einen mittleren Durchmesser in einem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 800 nm oder von etwa 100 nm bis etwa 400 nm oder von etwa 140 nm bis etwa 200 nm auf. Andere Teilchengrößenbereiche und Grade von Monodispersität oder Polydispersität können durch Ändern der Polymerisationsbedingungen zugänglich gemacht werden, wie für Fachleute zu erkennen ist. In Ausführungsformen kann der mittlere Durchmesserbereich weniger als 50 nm, einschließlich etwa 20 nm bis etwa 50 nm, betragen. Gleichermaßen können mittlere Durchmesser auch einem Bereich liegen, der 800 nm überschreitet, wie beispielsweise etwa 800 nm bis etwa 1000 nm.
In bestimmten Ausführungsformen werden Prozesse bereitgestellt, die ein Bilden einer Emulsion, die ei Acrylatmonomer, ein Styrolmonomer und ein Farbmittel umfasst, das eine Sulfatgruppe und ein langkettiges aliphatisches quartäres Ammonium-Gegenion umfasst, und Bilden eines Latex aus der Emulsion umfassen, wobei der Latex Styrol-Acrylat-Copolymer-Nanoteilchen umfasst, die das Farbmittel darin dispergiert aufweisen. In solchen Ausführungsformen liegt ein Verhältnis von Styrol zu Acrylat im Bereich von etwa 40:60 bis 98:2.
In Ausführungsformen umfasst das Farbmittel, das in hierin offenbarten Prozessen eingesetzt wird, ein modifiziertes Pigment, das ein Indigo ist, das aus Indigo, Isoindigo, Indirubin, Isoindirubin, 4,4'-Dibromindigo, 6,6'-Dibromindigo, 5,5'-Dibromindigo, cis-6,6'-Dibromindigo, 5,5',7,7'-Tetrabromindigo, 4,4',7,7'-Tetrachlorindigo, 3H-Indol-3-on, 1,2-Dihydro-2-(3-oxobenzo[b]thien-2-(3H)-yliden), Thioindigo, Vat Red 1, cis-Thioindigo, 6,6'-Dichlor-4,4'-dimethylindigo, 5,5'-Dichlor-7,7'-dimethylindigo, 4,4'-7,7'-Tetramethylindigo, Thioindigo Scarlet R, dem 2H-Indol-2-on, 1,3-Dihydro-3-(3-oxobenzo[b]thien-2(3H)-yliden)-(3E)-, Thioindirubin, 2H-Indol-2-on, 1,3-Dihydro-3-(2-oxobenzo[b]thiophen-3(2H)-yliden), Benzo[b]thiophen-2-(3H)-on, 3-(2-Oxobenzo[b]thiophen-3(2H)-yliden, Indigo Russig's Blue, Diosindigo, dem A, B Diosindigo, 4,4'-Diethoxy-2, 2'-Binaphtyliden-1, 1'-Dion, 4,4'-bis(Hexyloxy)-1H, 14H-2,2'-Binaphthalen-1, 1'-dion, Mamegakinon, Biramentaceon und Kombinationen davon ausgewählt ist. Eine Zusammenfassung dieser und anderer Indigos ist in nachstehender Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1.
In Ausführungsformen umfassen die modifizierten, natürlich gewonnenen Farbmittel hierin eine modifizierende Komponente, bei der es sich um ein aliphatisches quartäres Ammoniumsalz oder ein aromatisches quartäres Ammoniumsalz oder Mischungen davon oder jedes geeignete Halogenid, wie beispielsweise Chlor, Brom oder Iod, handeln kann. Geeignete N-Alkyl/Aryl-Gegenionen, die bei der Modifikation zu verwenden sind, können aus der Gruppe bestehend aus quartärem Ammonium-NH₄ oder einem beliebigen quartären Alkyl- oder Arylammonium, wie beispielsweise Tetrabutylammonium, Tetraoctylammonium, Tetradodecylammonium, Tetraoctadecylammonium, N,N-Dimethyldioctadecylammonium, N,N-Dimethyldioctylammonium, N,N-Dimethyldodecylammonium, N,N,N-Trimethyl-1-docosanaminium, Behenyltrimethylammonium, N-Octadecyltrimethylammonium und anderen quartären Ammoniumverbindungen, wie beispielsweise den quartären Ammoniumverbindungen, die als ARQUAD^®s bekannt und von Akzo Nobel N.V. erhältlich sind, und Mischungen davon ausgewählt sein.
Die quartären Ammoniumverbindungen, die als ARQUAD^® bekannt sind, sind in erster Linie Alkyltrimethylammoniumchloride und können durch die Formel R-N(CH₃)₃Cl dargestellt werden, wobei R eine langkettige Alkylgruppe mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen ist. Diese konkreten quartären Ammoniumverbindungen werden von Akzo Nobel N.V. unter dem Handelsnamen ARQUAD^® vertrieben. Beispiele für geeignete ARQUAD^®-Materialien sind: Arquad^® 316, Cocoalkyltrimethylammonium von ARQUAD^® C-35, Didecydimethylammonium von ARQUAD^® 2.10-50, ARQUAD^® 2.10-70 HFP, 2.10-80, kokos(fraktioniertes) Dimethylbenzylammonium von ARQUAD^® MCB 33, ARQUAD^® MCB 50, ARQUAD^® MCB 80, Hexadecyltrimethylammonium von ARQUAD^® 16-29, Stearyltrimethylammonium von ARQUAD^® 18-50, Behenyltrimethylammonium von ARQUAD^® 20-80, oder Salze davon. Es ist eine Vielzahl von Verbindungen dieser Klasse erhältlich, die im Hinblick auf die Länge und Anzahl von langkettigen Alkylgruppen, die an das Stickstoffatom gebunden sind, variieren. In anderen Ausführungsformen ist das N-Alkyl- oder N-Aryl-Gegenion aus einem der Folgenden ausgewählt:
wobei R₁, R₂ und R₃ identisch oder verschieden voneinander sein können, und wobei jedes von R₁, R₂ und R₃ unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkoxy, Aryl und Alkylaryl ausgewählt sind, und wobei X ein beliebiges Halogenatom ist. In Ausführungsformen weisen die Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- und Alkylarylgruppen bis zu oder mehr als 4 Kohlenstoffatome auf. Das quartäre Ammonium-Gegenion kann außerdem Alkoxylate, wie beispielsweise die Folgenden, umfassen:
wobei R H, CH₃, ein beliebiges Alkyl, linear oder verzweigt, Alkoxyl ist; und wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 25 ist, und wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 25 ist, und wobei m + n in Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 25 ist.
Beispiele umfassen Ethoquad^® C/12, wobei R Kokos (ein komplexes Gemisch von ungesättigten und gesättigten C6- bis C18-Säuren aus Kokosnussöl) ist, und wobei m + n = 2, Ethoquad^® C/25, wobei R Kokos ist, und wobei m + n = 15, Ethoquad^® O/12, wobei R Oleyl ist, und m + n = 2, wobei alle von der Lion Akzo Corporation erhältlich sind.
In Ausführungsformen kann das quartäre Ammonium-Gegenion hierin ein Oligomer der folgenden allgemeinen Formel sein:
wobei n mindestens 1 ist. In einer spezifischen Ausführungsform ist das quartäre Ammonium-Gegenion Poly[oxy-1,2-ethandiyl(dimethyliminio)-1,2-ethandiyl(dimethyliminio)-1,2-ethandiylchlorid (1:2)] (Polixetoniumchlorid), erhältlich von der Advantis Technologies, Inc.
Beispiele von Gegenionen, die Arylgruppen enthalten, umfassen, ohne drauf beschränkt zu sein, Benzyltributylammoniumbromid, Benzyltributylammoniumchlorid, Benzyltriethylammoniumchlorid, Benzyltriethylammoniumbromid, Benzyltriethylammoniumiodid, Benzyltrimethylammoniumiodid, Benzyltrimethylammoniumbromid, Benzyltrimethylammoniumchlorid (pur oder in Lösung)].
In bestimmten Ausführungsformen wird das natürlich gewonnene Farbmittel mit einem aliphatischen quartären Ammoniumsalz modifiziert, das eine Alkylkette mit mindestens acht Kohlenstoffatomen und in Ausführungsformen mit mehr als 8 Kohlenstoffatomen umfasst.
In anderen Ausführungsformen sind das aliphatische quartäre Ammoniumsalz, das aromatische quartäre Ammoniumsalz oder eine Mischung oder Kombination davon biobasiert. Biobasiert, wie hierin verwendet, bedeutet, dass das aliphatische quartäre Ammoniumsalz, ein aromatisches quartäres Ammoniumsalz oder eine Mischung oder Kombination davon aus natürlichen Quellen gewonnen ist. Biobasierte Materialien sind Materialien, die ganz oder teilweise aus erneuerbaren Biomasseressourcen gewonnen sind. Biomasseressourcen sind organische Materialien, die auf einer erneuerbaren oder wiederkehrenden Basis, wie beispielsweise aus Ernterückständen, Holzabfällen, Gräsern und Wasserpflanzen, und als aus Bakterien und anderen Mikroorganismen gewonnen verfügbar sind. Mais-Ethanol ist ein allgemein bekanntes Beispiel eines biobasierten Materials, das aus Biomasseressourcen gewonnen wird. Ein Bioprodukt ist ein Produkt, das eine gewisse Menge von biobasiertem Material darin enthält.
In anderen Ausführungsformen wird das modifizierte, natürlich gewonnene Farbmittel mit einem aliphatischen quartären Ammoniumsalz, einem aromatischen quartären Ammoniumsalz oder einer Mischung oder Kombination davon modifiziert, das/die eine Alkylkette mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen und in Ausführungsformen mehr als 8 Kohlenstoffatomen enthält, wobei die Alkylkette biobasiert ist. Biobasiert, wie hier verwendet, bedeutet, dass der Alkylkettenabschnitt des aliphatischen quartären Ammoniumsalzes, des aromatischen quartären Ammoniumsalzes oder der Mischung oder Kombination davon aus natürlichen Quellen gewonnen ist.
Beispiele für biobasierte quartäre Ammoniumsalze umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyquaternium-4-(Hydroxyethylcellulose-Dimethyldiallylammoniumchlorid-Copolymer), Polyquaternium-10-(quaternisierte Hydroxyethylcellulose), ARQUAD^® PC 268-75 PG (Ceteardimoniumchlorid und Propylenglycol), ARQUAD^® PC C-33W (Cocotrimoniumchlorid), ARQUAD^® PC C-35 (Cocotrimoniumchlorid), ARQUAD^® PC 2C-75 (Dicocodimoniumchlorid (und) Isopropylalkohol), ARQUAD^® PC 16-29 (Cetrimoniumchlorid), ARQUAD^® PC 16-50 (Cetrimoniumchlorid und Isopropylalkohol), ARQUAD^® C-33W (Cocoalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® C-50 (Cocoalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® S-50 (Sojaalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® T-27W (Talgalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® T-50 (Talgalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® 2C-70 Nitritdicocoalkyl-(b)-ammoniumchlorid), ARQUAD^® 2C-70 PG (Dicocoalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® 2C-75 (Dicocoalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® 2HT-75 di(hydriertes Talgalkyl)ammoniumchlorid), ARQUAD^® 2HT-75 PG di(hydriertes Talgalkyl)-(a)-ammoniumchlorid), ARQUAD^® HTL8 MS 2-Ethylhexyl-hydriertes Talgalkyl-(c)-ammoniumchlorid), ARQUAD^® DMCB-80 (Benzyldimethyl-cocoalkylammoniumchlorid), ARQUAD^® DMHTB-75(Benzyldimethyl-(hydriertes Talgalkyl)ammoniumchlorid), ARQUAD^® M2HTB(Benzylmethyl-di(hydriertes Talgalkyl)ammoniumchlorid), ETHOQUAD^® C/12B (Benzylcocoalkyl[ethoxyliertes (2)]-Ammoniumchlorid), ETHOQUAD^® C/12-75 (Cocoalkylmethyl[ethoxyliertes (2)]-Ammoniumchlorid), ETHOQUAD^® C/12 Nitrat(cocoalkylmethyl[ethoxyliertes (2)]-Ammoniumnitrat, ETHOQUAD^® C/25 (Cocoalkylmethyl[ethoxyliertes (15)]-Ammoniumchlorid, ETHOQUAD^® O/12 PG (Oleylmethyl[ethoxyliertes (2)]-Ammoniumchlorid, ETHOQUAD^® T/13-27W (tris(2-Hydroxyethyl)talgalkylammoniumacetate, ETHOQUAD^® T/25 (Talgalkylmethyl[ethoxyliertes (15)]-Ammoniumchlorid, DUOQUAD^® T-50 (N,N,N’,N’,N’-Pentamethyl-N-talg-1,3-propandiammoniumdichlorid und dergleichen und Mischungen davon.
In spezifischen Ausführungsformen ist die modifizierende Komponente ein quartäres Ammoniumsalz, wie beispielsweise N,N-Dimethyldioctadecylammoniumbromid.
In spezifischen Ausführungsformen kann es sich bei dem quartären Ammonium-Gegenion hierin um Esterquats der folgenden Formeln handeln:
wobei R n-Heptyl, n-Nonyl, n-Undecyl, n-Tridecyl, n-Pentadecyl, n-Heptadecyl, n-Nonadecyl, n-Heneicosyl und Mischungen davon ist.
Beispiele für Esterquats umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Esterquats, wie beispielsweise jene, die von der Kao Chemicals Inc. erhältlich sind, quartäre Ammoniumsalze von: umgesetzten Fettsäuren, C10-C20 und ungesättigten C16-C18, mit Triethanolamin (CAS Nr. 91995-81-2), umgesetzten Talgfettsäuren mit Triethanolamin (CAS Nr. 93334-15-7), umgesetzten Fettsäuren, C12-C20, mit Triethanolamin (CAS Nr. 91032-11-0), umgesetzter 9-Octadecensäure (Z) mit Triethanolamin (CAS Nr. 94095-35-9), umgesetzter Octadecensäure mit Triethanolamin (CAS Nr. 85408-12-4). Andere Beispiele für Esterquats umfassen Dimethylbis[2-[(1-oxooctadecyl)oxy]ethyl]ammoniumchlorid (CAS Nr. 67846-68-8), Dimethylbis[2-[(1-oxohexadecyl)oxy]ethyl]ammoniumchlorid (97158-31-1) und (Z)-2-Hydroxy-3-[(1-oxo-9-octadecenyl)oxy]propyltrimethylammoniumchlorid (CAS Nr. 19467-38-0).
In anderen Ausführungsformen können quartäre Ammoniumverbindungen, die Alkyltrimethylammoniumchloride umfassen, die durch die Formel R-N(CH₃)₃Cl dargestellt werden, wobei R eine langkettige Alkylgruppe mit mindestens 8 Kohlenstoffatomen ist, als die modifizierende Komponente ausgewählt werden. Es ist eine Vielzahl von Verbindungen dieser Klasse erhältlich, die im Hinblick auf die Länge und Anzahl von langkettigen Alkylgruppen, die an das Stickstoffatom gebunden sind, variieren. Bestimme quartäre Ammoniumverbindungen werden von Akzo Nobel N.V. unter dem Handelsnamen ARQUAD^® vertrieben, wie beispielsweise Arquad^® 316. In Ausführungsformen umfasst das langkettige aliphatische quartäre Ammonium-Gegenion mindestens eine Ungesättigtheit.
In Ausführungsformen werden farbmittelbeladene Latizes, die gemäß hierin offenbarten Verfahren hergestellt sind, zum Bilden von Tonerteilchen verwendet, welche optional eine Mantel-Kern-Konfiguration aufweisen können. In Ausführungsformen kann der farbmittelbeladene Latex nur im Mantel, nur im Kern oder sowohl im Kern als auch im Mantel verwendet werden. Beim Bilden von Tonerteilchen können die farbmittelbeladenen Polymerharzteilchen des Latex mit herkömmlichen Additiven, wie beispielsweise Wachsen, koagulationsmitteln und sogar weiteren Farbmitteln, formuliert und mithilfe von Polyaluminiumchlorid einer Aggregation unterzogen werden. Solch eine Aggregation kann bei Mischen und Erwärmen auf kontrollierte Weise ausgeführt werden, um aggregierte Teilchen mit einer gut definierten engen Verteilung von effektiven Durchmessern zu erzeugen. In Ausführungsformen kann der effektive Durchmesser in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 6 Mikrometer oder etwa 4 bis etwa 6 Mikrometer oder etwa 5 Mikrometer liegen. Die Aggregation kann mit dem farbmittelbeladenen Latex, wie zuvor beschrieben, oder mit einem Latex ohne Farbmittel durchgeführt werden. Wenn der Kerntonerteilchenlatex kein Farbmittel aufweist, umfassen hierin offenbarte Prozesse ein Bereitstellen eines Mantellatex mit dem darin dispergierten Farbmittel und Koaleszieren des farbmittelbeladenen Mantellatex um die Oberfläche der aggregierten Teilchen durch Erwärmen.
Das resultierende Kern-Mantel-Tonerteilchen kann einen effektiven Durchmesser in einem Bereich von etwa 3 Mikrometern bis etwa 7 Mikrometer oder etwa 4 bis etwa 6 Mikrometer oder etwa 5 Mikrometer aufweisen. Für einen Fachmann ist zu erkennen, dass der kontrollierte Emulsions-/Aggregations-Koaleszenzprozess dem Benutzer Zugang zu größeren oder kleineren Tonerteilchen als die erwähnten Bereiche ermöglicht, falls gewünscht.
In bestimmten Ausführungsformen werden Latizes bereitgestellt, die Copolymer-Nanoteilchen umfassen, die ein Farbmittel aufweisen, das eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst und innerhalb einer Matrix der Copolymer-Nanoteilchen dispergiert ist. Solche Latizes sind gemäß den hierin offenbarten Verfahren hergestellt. In bestimmten Ausführungsformen umfassen die Copolymer-Nanoteilchen Styrol-Acrylat-Copolymer, und das Farbmittel umfasst ein modifiziertes Pigment, das aus einen Indigo und Kombinationen davon ausgewählt ist. In Ausführungsformen kann das Farbmittel kovalent an die Matrix gebunden sein. Solche kovalente Bindungsmotive können zum Beispiel bei Einsatz von modifizierten Farbmitteln zugänglich sein, die lipophile Gruppen mit einer oder mehreren Ungesättigtheiten, d. h. Alkene (Olefine), umfassen.
In Ausführungsformen umfasst das Monomer ein Styrol, ein Acrylat, ein Methacrylat, ein Butadien, ein Isopren, eine Acrylsäure, eine Methacrylsäure, ein Acrylnitril und Kombinationen davon. Hierin offenbarte Prozesse können ein oder mehrere Monomere einsetzen, die ein Styrol, ein Acrylat, ein Methacrylat, ein Butadien, ein Isopren, eine Acrylsäure, eine Methacrylsäure, ein Acrylnitril und Kombinationen davon umfassen. Es kann jedes Monomer verwendet werden, das zum Herstellen eines Latex zur Verwendung in einem Toner geeignet ist. Wie bereits erwähnt, kann der Toner in Ausführungsformen durch Emulsion-Aggregation erzeugt werden. Geeignete Monomere, die beim Bilden einer Latexpolymeremulsion und folglich der resultierenden Latexteilchen in der Latexemulsion verwendet werden können, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylnitrile, Kombinationen davon und dergleichen.
In Ausführungsformen kann das Latexpolymer mindestens ein Polymer umfassen. In Ausführungsformen kann mindestens eines aus etwa einem bis etwa zwanzig und in Ausführungsformen aus etwa drei bis etwa zehn sein. Beispielhafte Polymere umfassen Styrol-Acrylate, Styrol-Butadiene, Styrol-Methacrylate und 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-acrylonitril-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. Die Polymere können Block-, statistische oder alternierende Copolymere sein.
In Ausführungsformen können hierin offenbarte Farbmittel eine anionische funktionelle Gruppe besitzen, die eine umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus einer Sulfonat-, einer Carboylat-, einer Phosphatgruppe und Kombinationen davon ausgewählt ist. In Ausführungsformen kann die anionische funktionelle Gruppe mit einem lipophilen Gegenion gepaart sein, das ein quartäres Ammonium-Ion ist. In Ausführungsformen ist eine Füllung des Farbmittels in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 25 Gewichtsprozent oder etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent der Latexteilchenzusammensetzung.
In Ausführungsformen umfasst das Farbmittel ein Indigo. Natürliche Farbmittel, wie beispielsweise Indigo, eingetragen als C.I. Pigment Blue 66, C.I. Vat Blue 1 und C.I. Reduced Vat Blue 1 (alle aufgelistet als C.I. 73000) und seine Derivate, sind auch als „antike Blautöne“ bekannt.
Blaufarbstoff (Indigo) weist eine Struktur gemäß der folgenden Formel I auf:
Ein anderes Blaufarbstoff(Indigo)-Derivat ist Indirubin, bekannt als (auch bekannt als Indigo Red (CAS Nr. 75790), und weist die Struktur der folgenden Formel II auf:
Ein anderes Indigo umfasst tyrisches Purpur, das Verbindungen der folgenden Formeln III und IV umfasst:
Das natürlich gewonnene Pigment Indigo wurde durch Sulfonieren und Salzen des Produkts in Lauge derivatisiert, wie durch die Verbindungen der folgenden Formeln V und VI angezeigt. Gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen kann Natrium-Ion mit einem langkettigen quartären Alkylammoniumsalz ausgetauscht werden, was den zusätzlichen Vorteil des Reduzierens der Teilchengröße des Pigments hat.
Die vorstehenden Strukturen V und VI sind als Dinatrium-2-(1,3-dihydro-3-oxo-7-sulphonato-2H-indol-2-yliden)-3-oxoindolin-5-sulfonat (CAS Nr. 27414-68-2) bekannt.
Sulfoniertes Indigo kann außerdem mehrere Sulfonat (SO₃ ^–)-Gruppen umfassen, wie beispielsweise die Verbindungen der folgenden Formeln VII und VIII:
Indirubin kann ebenfalls sulfoniert werden, um eine Verbindung der folgenden Formel IX zu ergeben:
Dieses Molekül ist als Indirubin-5-sulfonsäure (CAS Nr. 864131-82-8) bekannt.
Zur weiteren Modifikation der Indigoderivate können quartäre Ammoniumsalze, wie beispielsweise N,N-Dimethyldioctadecylammoniumbromid und Arquad 316, verwendet werden; aber es kann jedes Gemisch von aliphatischen, olefinischen oder aromatischen quartären Ammoniumsalzen verwendet werden. Die Modifikation der sulfonierten Farbmittel kann in Wasser durch Erwärmen derselben mit den gewünschten quartären Ammoniumsalzen ausgeführt werden. Das Endprodukt kann durch Filtration getrennt und mit reichlich Wasser gewaschen werden, um die gebildeten anorganischen Salze zu entfernen. Die Strukturen von beispielhaften modifizierten Farbmitteln X bis XIII sind nachstehend dargestellt.
Der mit modifiziertem Farbmittel beladene Latex kann durch Einmischen des modifizierten Pigments in die (organische) Monomerphase vor dem Herstellen einer Öl-/Wasser(ö/w)-Emulsion zum Ausführen der Emulsionspolymerisationsreaktion hergestellt werden. Ein Saatgut, welches das modifizierte Farbmittel und Monomere enthält, wird in die ö/w-Emulsion zugegeben, gefolgt von einem herkömmlichen Emulsionspolymerisationsprozess unter Verwendung einer halbkontinuierlichen Einspeisung, um Bedingungen von Monomerunterdosierung aufrechtzuerhalten.
Regelmäßiges Rühren wird sowohl für den Reaktor als auch die Monomereinsatzlösung verwendet, die im Gegensatz zu typischen Verfahren steht, die Ultrabeschallung (d. h. durch Ultraschall ausgelöste Emulsionspolymerisation) einsetzen, die bekanntlich die Wahrscheinlichkeit von Monomerauftrag auf einzelne Teilchen vor der Polymerisation erhöht.
Die farbmittelbeladenen Latexteilchen können optional zu einer weiteren Farbmitteldispersion zugegeben werden. Solche weitere Farbmitteldispersionen können zum Beispiel Farbmittelteilchen im Submikrometerbereich mit einem volumenmittleren Durchmesser von einer Größe von zum Beispiel etwa 50 bis etwa 500 Nanometer und in Ausführungsformen mit einem volumenmittleren Durchmesser von etwa 100 bis etwa 400 Nanometer umfassen. Die Farbmittelteilchen können in einer wässrigen Wasserphase, die ein anionisches Tensid, ein nichtionisches Tensid oder Kombinationen davon enthält, suspendiert werden. In Ausführungsformen kann das Tensid ionisch sein und etwa 1 bis etwa 25 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen etwa 4 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Farbmittels betragen.
Farbmittel, die sowohl beim Bilden von Latizes als auch ergänzend beim Bilden von Tonern gemäß Ausführungsformen hierin verwendet werden können, umfassen Pigmente, Farbstoffe, Mischungen von Pigmenten und Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und dergleichen. Wie hierin verwendet, umfasst ein Pigment ein Material, das die Farbe von Licht ändert, das es infolge selektiver Farbabsorption reflektiert.
Das Farbmittel kann im Toner der Offenbarung in einer Menge von etwa 1 bis etwa 25 Gewichtsprozent des Toners und in Ausführungsformen in einer Menge von etwa 2 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein.
In Ausführungsformen kann Latexbildung durch Emulsionspolymerisation in Gegenwart von anderen Additiven ausgeführt werden, die aus der Gruppe bestehend aus einem Vernetzer, einem Ladungssteuerungsmittel, einem Kettenübertragungselement, einem Tensid und Kombinationen davon ausgewählt sind. In Ausführungsformen kann die Emulsionspolymerisation mit einem Saatteilchenlatex ausgeführt werden. In einigen solchen Ausführungsformen umfasst die Saat ein Farbmittel gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen. In anderen Ausführungsformen umfasst die Saat kein Farbmittel und dient ausschließlich Säzwecken. Das Herstellen eines Saatteilchenlatex durch wässrige Emulsionspolymerisation eines Gemisches umfasste einen Teil der Monomeremulsion, von etwa 0,5 bis etwa 50 Gewichtsprozent, und vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 25 Gewichtsprozent einer Monomeremulsion, die aus Vorreaktions-Monomeremulgierung hergestellt war, die Emulgierung der Polymerisationsreagenzien von Monomeren Kettenübertragungsmittel, Tensid und optional, aber vorzugsweise einen Initiator umfasst.
In Ausführungsformen kann der Latex in einer wässrigen Phase hergestellt werden, die ein Tensid oder Co-Tensid umfasst. Tenside, die mit dem Polymer verwendet werden können, um eine Latexdispersion zu bilden, können ionische oder nichtionische Tenside oder Kombinationen davon in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 15 Gewichtsprozent der Feststoffe, in Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Feststoffe und in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 7,5 Gewichtsprozent der Feststoffe sein.
In Ausführungsformen können Initiatoren zur Bildung des Latexpolymers zugegeben werden. Beispiele für geeignete Initiatoren umfassen wasserlösliche Initiatoren, wie beispielsweise Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat, und organische lösliche Initiatoren, einschließlich organischer Peroxide und Azoverbindungen, einschließlich Vazo-Peroxide, wie beispielsweise VAZO 64^TM, 2-Methyl 2-2′-azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2-2′-Azobisisobutyramiddehydrat, und Kombinationen davon. Initiatoren können in geeigneten Mengen, wie beispielsweise von etwa 0,1 bis etwa 8 Gewichtsprozent der Monomere, in Ausführungsformen von etwa 0,2 bis etwa 5 Gewichtprozent der Monomere, in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 4 Gewichtsprozent der Monomere zugegeben werden.
In Ausführungsformen können außerdem Kettenübertragungsmittel beim Bilden des Latexpolymers verwendet. Geeignete Kettenübertragungsmittel umfassen Dodecanthiol, Octanthiol, Kohlenstofftetrabromid, Kombinationen davon und dergleichen in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent von Monomeren, in Ausführungsformen von etwa 0,2 bis etwa 5 Gewichtsprozent von Monomeren und in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 3,5 Gewichtsprozent von Monomeren, um die Eigenschaften bezüglich der relativen Molekülmasse des Latexpolymers zu kontrollieren, wenn Emulsionspolymerisation gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
Beim Bilden von Tonerteilchen kann der Latex zu einem Wachs zugegeben werden. Wachsdispersionen können auch während der Bildung eines Latexpolymers bei einer Emulsions-/Aggregations-Synthese zugegeben werden. Geeignete Wachse umfassen zum Beispiel Wachsteilchen im Submikrometerbereich mit einem volumenmittleren Durchmesser in der Größenordnung von etwa 50 bis etwa 1000 Nanometer und in Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 500 Nanometer, suspendiert in einer wässrigen Phase von Wasser und einem ionischen Tensid, nichtionischen Tensid oder Kombinationen davon. Geeignete Tenside umfassen die zuvor beschriebenen. Das ionische Tensid oder nichtionische Tensid kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 20 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Wachses vorhanden sein.
Die Wachsdispersion gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel natürliches pflanzliches Wachs, natürliches tierisches Wachs, mineralisches Wachs und/oder synthetisches Wachs umfassen. Beispiele für natürliche pflanzliche Wachse umfassen zum Beispiel Carnaubawachs, Candelillawachs, Japanwachs und Myricawachs. Beispiele für natürliche tierische Wachse umfassen zum Beispiel Bienenwachs, punisches Wachs, Lackschildlauswachs, Schellackwachs und Walratwachs. Mineralische Wachse umfassen zum Beispiel Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs, Montanwachs, Bergwachs, Ceresinwachs, Petrolatumwachs und Erdölwachs. Synthetische Wachse der vorliegenden Offenbarung umfassen zum Beispiel Fischer-Tropsch-Wachs, Acrylatwachs, Festtsäureamidwachs, Siliconwachs, Polytetrafluorethylenwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs und Kombinationen davon.
In Ausführungsformen können die Wachse funktionalisiert sein.
Das Wachs kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein.
Ein Ladungssteuerungsmittel (CCA für engl. charge control agent) kann zu den Tonerteilchen zugegeben werden. In Ausführungsformen kann das CCA zu einem Latex, optional einer weiteren Farbmitteldispersion, einem Wachs und einem Aggregatbildner zugegeben werden, um das CCA in die Tonerteilchen einzumischen. In Ausführungsformen kann das CCA zugegeben werden, sobald die Teilchen als Teil eines Mantels gebildet sind. Die Verwendung eines CCAs kann für triboelektrische Ladungseigenschaften eines Toners nützlich sein, da es die Bildgebungsgeschwindigkeit und die Qualität des resultierenden Toners beeinflussen kann.
Geeignete Ladungssteuerungsmittel, welche verwendet werden können, umfassen in Ausführungsformen Metallkomplexe von Alkylderivaten von Säuren wie beispielsweise Salicylsäure, anderen Säuren, wie beispielsweise Dicarbonsäurederivaten, Benzoesäure, Oxynaphthoesäure, Sulfonsäuren, andere Komplexe, wie beispielsweise quartäres Polyhydroxyalkanoat-Phosphoniumtrihalozinkat, Metallkomplexe von Dimethylsulfoxid, Kombinationen davon und dergleichen. Wenn verwendet, kann das Ladungssteuerungsmittel in einer Menge von etwa 0,01 Gewichtsprozent bis etwa 10 Gewichtprozent des Tonerteilchens, in Ausführungsformen von etwa 0,05 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent des Tonerteilchens, in Ausführungsform von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent des Tonerteilchens vorhanden sein.
In Ausführungsformen umfassen hierin offenbarte Verfahren ferner ein Bilden von Tonerteilchen aus den resultierenden Latizes. Im Emulsions-/Aggregationsprozess können die Reaktanten in einen geeigneten Reaktor, wie beispielsweise einen Mischkessel, gegeben werden. Eine Mischung von Latex, optionaler Farbmitteldispersion, Wachs und Aggregatbildner kann gerührt und auf eine Temperatur nahe der Tg des Latex, in Ausführungsformen etwa 30 °C bis etwa 70 °C, in Ausführungsformen etwa 40 °C bis etwa 65 °C, erwärmt werden und zu Toneraggregaten mit einem volumenmittleren Durchmesser von etwa 3 Mikrometern bis etwa 15 Mikrometer, in Ausführungsformen mit einem volumenmittleren Durchmesser von etwa 5 Mikrometern bis etwa 9 Mikrometer führen.
In Ausführungsformen kann ein Mantel auf den aggregierten Tonerteilchen gebildet werden. Es kann jeder Latex, der zuvor zum Bilden des Kernlatex erwähnt wurde, zum Bilden des Mantellatex verwendet werden. In Ausführungsformen kann ein Styrol-n-Butylacrylat-Copolymer zum Bilden des Mantellatex verwendet werden. In Ausführungsformen kann der Latex, der zum Bilden des Mantels verwendet wird, eine Glasübergangstemperatur von etwa 35 °C bis etwa 75 °C, in Ausführungsformen von etwa 40 °C bis etwa 70 °C aufweisen. In Ausführungsformen kann ein Mantel auf den aggregierten Teilchen gebildet werden, der eine Mischung eines ersten Latex für den Kern und eines Latex mit einem eingemischten CCA umfasst.
Wenn vorhanden, kann ein Mantellatex durch jedes Verfahren im technischen Gebiet der Fachleute aufgebracht werden, einschließlich Tauchen, Sprühen und dergleichen. Der Mantellatex kann aufgebracht werden, bis die gewünschte Endgröße der Tonerteilchen, in Ausführungsformen von etwa 3 Mikrometern bis etwa 12 Mikrometer, in anderen Ausführungsformen von etwa 4 Mikrometern bis etwa 8 Mikrometer, erreicht ist. In anderen Ausführungsformen können die Tonerteilchen durch halbkontinuierliche In-situ-Saat-Emulsions-Copolymerisation des Latex bei Zugabe des Mantellatex nach der Bildung der aggregierten Teilchen hergestellt werden.
In Ausführungsformen kann während oder vor dem Aggregieren des Latex und der wässrigen Farbmitteldispersion ein Koagulationsmittel zugegeben werden. Das Koagulationsmittel kann in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen über einen Zeitraum von etwa 1 Minute bis etwa 60 Minuten, in Ausführungsformen von etwa 1,25 Minuten bis etwa 20 Minuten zugegeben werden.
Beispiele für geeignete Koagulationsmittel umfassen Polyaluminiumhalogenide, wie beispielsweise Polyaluminiumchlorid (PAC), oder das entsprechende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilicate, wie beispielsweise Polyaluminiumsulfosilicat (PASS), und wasserlösliche Metallsalze, einschließlich Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Kombinationen davon und dergleichen. Das Koagulationsmittel kann in Mengen von etwa 0,01 bis etwa 5 Gewichtsprozent des Toners und in Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners zugegeben werden.
Es könnte jeder Aggregatbildner, der zum Bewirken von Komplexbildung imstande ist, beim Bilden von Toner der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Es können sowohl Erdalkalimetall- als auch Übergangsmetallsalze als Aggregatbildner verwendet werden. In Ausführungsformen können Alkali(II)-salze zum Aggregieren von natriumsulfonierten Polyesterkolloiden mit einem Farbmittel ausgewählt sein, um die Bildung einer Tonerzusammensetzung zu ermöglichen. Das resultierende Gemisch aus Latex, optional in einer Dispersion, CCA, optional in Dispersion, optionaler Farbmitteldispersion, optionalem Wachs, optionalem Koagulationsmittel und optionalem Aggregatbildner kann dann für eine Zeitdauer von etwa 0,2 Stunden bis etwa 6 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 0,3 Stunden bis etwa 5 Stunden gerührt und auf eine Temperatur unter der Tg des Latex, in Ausführungsformen etwa 30 °C bis etwa 70 °C, in Ausführungsformen etwa 40 °C bis etwa 65 °C, erwärmt werden und zu Toneraggregaten mit einem volumenmittleren Durchmesser von etwa 3 Mikrometern bis etwa 15 Mikrometer, in Ausführungsformen mit einem volumenmittleren Durchmesser von etwa 4 Mikrometern bis etwa 8 Mikrometer führen.
Sobald die gewünschte Endgröße der Tonerteilchen erreicht ist, kann der pH-Wert des Gemisches mit einer Base auf einen Wert von etwa 3,5 bis etwa 7 und in Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 6,5 eingestellt werden. Die Base kann jede geeignete Base umfassen, wie beispielsweise Alkalimetallhydroxide, wie zum Beispiel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid. Das Alkalimetallhydroxid kann in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsprozent des Gemisches, in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Gemisches zugegeben werden.
Das Gemisch aus Latex, Latex mit einem eingemischten CCA, optionalem Koagulationsmittel und optionalem Wachs kann anschließend koalesziert werden. Das Koaleszieren kann ein Rühren und Erwärmen bei einer Temperatur von etwa 80 °C bis etwa 99 °C, in Ausführungsformen von etwa 85 °C bis etwa 98 °C für eine Zeitdauer von etwa 0,5 Stunden bis etwa 12 Stunden und in Ausführungsformen von etwa 1 Stunde bis etwa 6 Stunden umfassen.
Das Koaleszieren kann durch zusätzliches Rühren beschleunigt werden.
Der pH des Gemisches kann dann zum Beispiel mit einer Säure auf etwa 3,5 bis etwa 6 und in Ausführungsformen etwa 3,7 bis etwa 5,5 gesenkt werden, um die Toneraggregate zu koaleszieren. Geeignete Säuren umfassen zum Beispiel Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Citronensäure oder Essigsäure. Die Menge von zugegebener Säure kann von etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsprozent des Gemisches und in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent des Gemisches betragen.
Das Gemisch wird in einem Kühl- oder Gefrierschritt abgekühlt. Das Kühlen kann bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 40 °C, in Ausführungsformen von etwa 22 °C bis etwa 30 °C über eine Zeitdauer von etwa 1 Stunde bis etwa 8 Stunden und in Ausführungsformen von etwa 1,5 Stunden bis etwa 5 Stunden sein.
In Ausführungsformen kann das Kühlen einer koaleszierten Tonersuspension ein Abschrecken durch Zugabe eines Kühlmediums, wie beispielsweise von Eis, Trockeneis und dergleichen, umfassen, um eine schnelle Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 40 °C, und in Ausführungsformen von etwa 22 °C bis etwa 30 °C zu bewirken. Das Abschrecken kann für kleine Mengen Toner, wie beispielsweise weniger als etwa 2 Liter, in Ausführungsformen von etwa 0,1 Litern bis etwa 1,5 Liter durchführbar sein. Für größer ausgelegte Prozesse, wie beispielsweise mit einer Größe von mehr als etwa 10 Litern, kann schnelles Abkühlen des Tonergemisches durch die Einführung eines Wärmetauschers implementiert werden, wenn die fertige Tonersuspension entladen wird.
Die Tonersuspension kann dann gewaschen werden. Das Waschen kann bei einem pH von etwa 7 bis etwa 12 und in Ausführungsformen bei einem pH von etwa 9 bis etwa 11 durchgeführt werden. Das Waschen kann bei einer Temperatur von etwa 30 °C bis etwa 70 °C, in Ausführungsformen von etwa 40 °C bis etwa 67 °C sein. Das Waschen kann ein Filtrieren und Neususpendieren eines Filterkuchens umfassen, der Tonerteilchen in deionisiertem Wasser umfasst. Der Filterkuchen kann ein- oder mehrmals durch deionisiertes Wasser gewaschen werden, oder durch eine einzige Waschung mit deionisiertem Wasser bei einem pH von etwa 4 gewaschen werden, wobei der pH der Suspension mit einer Säure eingestellt wird, optional gefolgt von einer oder mehreren Waschungen mit deionisiertem Wasser.
Trocknen kann bei einer Temperatur von etwa 35 °C bis etwa 75 °C und in Ausführungsformen von etwa 45 °C bis etwa 60 °C durchgeführt werden. Das Trocknen kann fortgesetzt werden, bis der Feuchtigkeitsgrad der Teilchen unter einer Zielvorgabe von 1 Gew.-%, in einigen Ausführungsformen von weniger als etwa 0,7 Gew.-% ist.
Die Tonerteilchen können ein CCA, in Ausführungsformen ein in einen Latex eingemischtes CCA, in einer Menge von etwa 0,01 Gewichtsprozent bis etwa 10 Gewichtsprozent der Tonerteilchen, in einigen Ausführungsformen von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 8 Gewichtsprozent der Tonerteilchen aufweisen. Wie bereits erwähnt, können die Tonerteilchen CCA-Latex im Kern, Mantel oder einer Kombination von beidem aufweisen. Wenn in einer Kombination von Kern und Mantel, kann das Verhältnis von CCA-Latex im Kern zum Mantel etwa 1:99 bis etwa 99:1 und alle Kombinationen dazwischen betragen. In Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung, die ein CCA aufweisen, das während eines EA-Prozesses als eine Dispersion zugegeben wurde, eine triboelektrische Ladung von etwa –2 µC/g bis etwa –60 µC/g, in Ausführungsformen von etwa –10 µC/g bis –40 µC/g aufweisen. Toner der vorliegenden Offenbarung können außerdem ein Ausgangstonerladung-pro-Masse-Verhältnis (Q/M) von etwa –3 µC/g bis etwa –35 µC/g und eine Endtonerladung nach dem Beimischen von Oberflächenadditiven von etwa –10 µC/g bis etwa –45 μC/g aufweisen.
Weitere optionale Additive, welche mit einem Toner kombiniert werden können, umfassen beliebige Additive zum Verbessern der Eigenschaften von Tonerzusammensetzungen. Dazu gehören Oberflächenadditive, Farbverstärker usw. Oberflächenadditive, die nach dem Waschen oder Trocknen zur Tonerzusammensetzung hinzugegeben werden können, umfassen zum Beispiel Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Siliciumdioxide, Metalloxide, Strontiumtitanate, Kombinationen davon und dergleichen, wobei die Additive üblicherweise jeweils in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% des Toners, in Ausführungsformen von etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% des Toners vorhanden sind.
Tonerteilchen, die unter Verwendung eines Latex der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden, können eine Größe von etwa 1 Mikrometern bis etwa 20 Mikrometer, in Ausführungsformen von etwa 2 Mikrometern bis etwa 15 Mikrometer, in Ausführungsformen von etwa 3 Mikrometern bis etwa 7 Mikrometer aufweisen. Tonerteilchen der vorliegenden Offenbarung können eine Rundheit von etwa 0,9 bis etwa 0,99, in Ausführungsformen von etwa 0,92 bis etwa 0,98 aufweisen.
Gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung können Tonerteilchen mit mehreren Vorteilen gegenüber herkömmlichen Tonern erhalten werden: (1) Erhöhung der Robustheit der triboelektrischen Ladung der Teilchen, welche Tonerfehler reduziert und die Maschinenleistung verbessert; (2) leichte Implementierung ohne größere Änderungen an bestehenden Aggregations-/-Koaleszenzprozessen; und (3) Erhöhung der Produktivität und Senkung der Herstellungskosten pro Stück (UMC für engl. unit manufacturing cost) durch Reduzieren der Produktionszeit und der Notwendigkeit von Nachbehandlung (Verbesserung der Qualität der Ausbeute).
Beispiel 1: Bildung von Styrol-n-Butylacrylat-Latex dotiert mit „1 Gew.-% modifiziertem Indigo“.
Eine Latexemulsion, die Polymerteilchen umfasst, die aus der Emulsionspolymerisation von Styrol, n-Butylacrylat, beta-Carboxyethylacrylat (β-CEA) und modifiziertem Indigo erzeugt waren, wird hergestellt, wie folgt. Eine Tensidlösung aus 1,1 Gramm Dowfax 2A1 (anionischer Emulgator; Natriumtetrapropyldiphenyloxiddisulfonat, 47 Prozent aktiv, erhältlich von Dow Chemical) und 239,5 Gramm deionisiertem Wasser wurde durch 10-minütiges Mischen in einem Vorratsbehälter aus Edelstahl hergestellt. Der Vorratsbehälter wurde dann vor der Überführung in den Reaktor für 5 Minuten mit Stickstoff gespült. Der Reaktor wurde dann unter ständigem Rühren bei 450 U/min kontinuierlich gespült. Dann wurde der Reaktor bei einer kontrollierten Rate auf bis zu 80 °C erhöht und auf dieser Temperatur gehalten. Gesondert wurden 4,0 Gramm Ammoniumpersulfat-Initiator in 38,2 Gramm deionisiertem Wasser aufgelöst.
Separat wurde die Monomeremulsion folgendermaßen hergestellt. 217 g Styrol, 52,0 g Butylacrylat, 2,84 modifiziertes Indigo, 8,1 g β-CEA, 1,8 g 1-Dodecanthiol, 0,95 g 1,10-Decandioldiacrylat (ADOD), 4,6 g Dowfax 2A1 (anionisches Tensid) und 128,3 g deionisiertes Wasser wurden gemischt, um eine Emulsion zu bilden. 1 % der zuvor beschriebenen Emulsion wurde dann langsam in den Reaktor eingespeist, der die wässrige Tensidphase bei 80 °C enthielt, um bei gleichzeitiger Spülung mit Stickstoff das „Saatgut“ zu bilden. Die Initiatorlösung wurde dann langsam in den Reaktor gefüllt, und nach 10 Minuten wurde der Rest der Emulsion unter Verwendung einer Dosierpumpe kontinuierlich bei einer Rate von 0,5 %/min eingespeist. Nachdem die gesamte Monomeremulsion in den Hauptreaktor gefüllt war, wurde die Temperatur für weitere 2 Stunden auf 80 °C gehalten, um die Reaktion abzuschließen. Dann wurde Vollabkühlung angewendet, und die Reaktortemperatur wurde auf 25 °C gesenkt. Das Produkt wurde in einem Auffangbehälter gesammelt und mit einem 25-µm-Sieb gesiebt.
Danach wurde die Teilchengröße durch einen Nanotrac^® U2275E Teilchengrößenanalysator gemessen. Die Farbe des Latex ähnelte Baby-/Hellblau, da nur 1 Gew.-% des modifizierten Indigos verwendet wurde. Mit einer Teilchengröße von = 167,4 nm ±0,08 nm wurde eine enge Teilchengröße erreicht.

Claims

Prozess, umfassend: Bilden einer Emulsion, die ein Monomer und ein Farbmittel umfasst, wobei das Farbmittel ferner eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst; und Polymerisieren des Monomers, um einen Latex zu bilden, wobei der Latex Polymer-Nanoteilchen umfasst, die das Farbmittel darin dispergiert aufweisen.
Prozess nach Anspruch 1, wobei das Monomer aus der Gruppe bestehend aus einem Styrol, einem Acrylat, einem Methacrylat, einem Butadien, einem Isopren, einer Acrylsäure, einer Methacrylsäure, einem Acrylnitril und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Prozess nach Anspruch 1, wobei die anionische funktionelle Gruppe aus der Gruppe bestehend aus einem Sulfonat, einem Sulfat, einem Carboxylat, einem Phosphat und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Prozess nach Anspruch 1, wobei das lipophile Gegenion ein quartäres Ammonium-Gegenion ist.
Prozess nach Anspruch 1, wobei eine Füllung des Farbmittels in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 25 Gewichtsprozent liegt.
Prozess nach Anspruch 1, wobei das Bilden des Latex eine Polymerisation mit Unterdosierung umfasst.
Prozess nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bilden von Tonerteilchen aus dem Latex.
Latex, umfassend Copolymer-Nanoteilchen, die ein Farbmittel aufweisen, das eine anionische funktionelle Gruppe und ein lipophiles Gegenion umfasst und innerhalb einer Matrix der Copolymer-Nanoteilchen dispergiert ist.
Latex nach Anspruch 8, wobei das Farbmittel ein modifiziertes Pigment umfasst, das ein Indigo umfasst.
Latex nach Anspruch 8, wobei das Farbmittel kovalent an die Matrix der Copolymer-Nanoteilchen gebunden ist.