DE102014218718B4

DE102014218718B4 - Verfahren zur produktion einer tonerzusammensetzung, tonerzusammensetzung und bildgebender apparat

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Publication number: DE102014218718B4
Application number: DE102014218718.4A
Authority: DE
Inventors: Juan A. Morales-Tirado; Mark E. Mang; Michael F. Zona; Samir Kumar; Susan J. Lafica
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: RU2641902C2; KR20150032777A; US20150086916A1; MX348314B; IN2014DE02513A; KR102115626B1; RU2014136555A; CA2862722A1; MX2014010505A; DE102014218718A1; JP2015060220A; CA2862722C; US8974999B1; BR102014022005A2; JP6312562B2

Abstract

Verfahren zur Produktion einer Tonerzusammensetzung, die Folgendes umfasst:Mischen eines Harzes, eines Farbstoffs, eines Wachses und optional eines Ladungssteuerungsagens zur Bildung von Harzpartikeln;Mischen eines ersten anorganischen Feinpulvers und Silikonöl zur Bildung eines geölten anorganischen Feinpulvers; undZugabe des geölten anorganischen Feinpulvers zu den Harzpartikeln und Mischen des geölten anorganischen Feinpulvers mit den Harzpartikeln zur Bildung von Tonerpartikeln;wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden offenbarten Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Verfahren zur Produktion einer Tonerzusammensetzung, Tonerzusammensetzungen, die sphärische Partikel besitzen und stabile Dichten bereitstellen, sowie einen bildgebenden Apparat. Die Tonerzusammensetzungen umfassen auch ein Silikonöl und fördern dies zum Reinigungsuntersystem in dem bildgebenden Apparat. Durch Einbinden des Silikonöls direkt in die Tonerzusammensetzung während der Bildung des Toners, anstelle einer vorgemischten Additivpackung, die gesondert zu der gebildeten Tonerzusammensetzung gegeben wird, oder eingebunden in Fotorezeptormaterialien oder als gesonderte Auftragung auf die bildgebenden Apparatkomponenten, besitzt der Toner eine stark verbesserte Reinigungsfunktion. Die vorliegenden Tonerzusammensetzungen bieten verbesserte Leistung und verbesserte Reinigung. Der Toner der vorliegenden Ausführungsformen kann in Ein- wie in Zweikomponentensystemen verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Bei elektrostatographischen Reproduktionsapparaten, einschließlich Digital-, Bild-auf-Bild- und elektrostatische Kontakt-Druckapparate, wird typischerweise ein Lichtbild eines zu kopierenden Originals in Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf einem fotosensitiven Element aufgenommen, und das latente Bild wird anschließend durch Auftragen elektroskopischer, thermoplastischer Harzpartikel und Pigmentpartikel oder Toner sichtbar gemacht. Elektrofotografische Bildgebungselemente können fotosensitive Elemente (Fotorezeptoren), die allgemein bei elektrofotografischen (xerografischen) Prozessen genutzt werden, entweder in einer flexiblen Band- oder in einer starren Trommelkonfiguration umfassen. Andere Elemente können flexible Zwischenübertragungsbänder umfassen, die nahtlos oder mit Naht sind und gewöhnlich durch Schneiden eines rechteckigen Bogens aus einem Netz, Überlappen der gegenüberliegenden Enden und Verschweißen der überlappenden Enden zur Bildung einer geschweißten Naht gebildet werden. Diese elektrofotografischen Bildgebungselemente umfassen eine fotoleitende Schicht, die eine einzelne Schicht oder zusammengesetzte Schichten umfasst.
Herkömmliche Tonerzusammensetzungen leiden an Problemen, wie mangelnder Robustheit, die Ladungsverteilung betrifft, und selektiver Entwicklung. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass es hilft, die Oberflächeneigenschaften der Partikel einheitlicher zu gestalten und somit eine engere Ladungsverteilung zu erleichtern, wenn die Tonerpartikel sphärischer gestaltet werden. Dieser Ansatz war dahingehend erfolgreich, als die Dichte des Toners stabilisiert wurde. Die gewonnenen Daten zeigen einen Dichteabfall über die Zeit (Druckzählung) mit dem Toner geringerer Rundheit (z.B. 0,975), wie mit einem Sysmex 3000-Formanalysator gemessen. Die sphärischeren Tonerpartikel (z.B. 0,988) zeigen eine viel stabilere Entwicklung mit der Zeit. Es sind jedoch robuste Maschinenkomponenten erforderlich, um die sphärischen Partikel mit hoher Effizienz zu reinigen. Abstreifreinigungssysteme erfordern eine gute Balance zwischen ausreichender Schmierung, um Beschädigung des Abstreifers zu verhindern, und ausreichender Normalkraft, um zu verhindern, dass Tonerpartikel hinter den Abstreiferspalt gelangen. Verfahren nach dem Stand der Technik, um dieses Problem zu lösen, umfassen Imprägnieren der Außenschicht der Fotorezeptoren mit Silikonöl. Solche Verfahren erwiesen sich jedoch als äußerst kostspielig.
EP 1 031 885 A1 betrifft einen Toner, der Tonerteilchen und ein hydrophobes feines Silicapulver enthält. Das hydrophobe feine Silicapulver hat spezifische hydrophobe Eigenschaften. Es wird ferner ein Bilderzeugungsverfahren sowie eine Geräteeinheit, die abnehmbar an einer Hauptbaugruppe eines Bilderzeugungsgeräts montiert werden kann, offenbart.
JP 2007 - 086 227 A betrifft ein Bilderzeugungsverfahren, das ein elektrostatisches Aufladeverfahren, ein Verfahren zur Erzeugung eines latenten Bildes, ein Entwicklungsverfahren, ein Übertragungsverfahren und ein Reinigungsverfahren einschließt, wobei ein Toner verwendet wird, der Teilchen mit einer zahlenmäßigen durchschnittlichen Korngröße von 60 bis 300 nm enthält, die einer Oberflächenbehandlung mit einem Silikonöl als externem Zusatzstoff unterzogen werden, und eine durchschnittliche Kreisförmigkeit im Bereich von 0,975 bis 1,0 aufweist.
JP 2007 - 279 607 A offenbart ein Bilderzeugungsverfahren, bei dem ein Toner verwendet wird, der durch externe Zugabe von mit Silikonöl oberflächenbehandelten Siliciumdioxidteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 60 bis 300 nm und einem Volumendurchschnitt von 5 bis 25 nm zu gefärbten Teilchen mit einem durchschnittlichen Kreisdurchmesser von 0,95 bis 1 erhalten wird.
Es besteht also der Wunsch, die Charakteristika und Leistung von Tonerzusammensetzungen zu verbessern, um die oben genannten Probleme zu lösen. Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen Tonerzusammensetzungen, die Silikonöl umfassen, das verbesserte Reinigungsfähigkeit bietet und die Verwendung sphärischer Partikel ermöglicht, um die gewünschte Dichtestabilität zu erzielen.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform kann einen Prozess für die Produktion einer Tonerzusammensetzung umfassen, der folgendes umfasst: Mischen eines Harzes, eines Farbstoffs, eines Wachses und optional eines ladungssteuernden Agens zur Bildung von Harzpartikeln; Mischen eines ersten anorganischen Feinpulvers und Silikonöl zur Bildung eines geölten anorganischen Feinpulvers; und Zugeben des geölten anorganischen Feinpulvers zu den Harzpartikeln und Mischen des geölten anorganischen Feinpulvers und der Harzpartikel zur Bildung von Tonerpartikeln, wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Tonerzusammensetzung bereitgestellt, die Harzpartikel umfasst, die weiter ein Harz, einen Farbstoff, ein Wachs und optional ein ladungssteuerndes Agens umfassen; und ein Additiv, das ein erstes anorganisches Feinpulver und ein Silikonöl umfasst, wobei das erste anorganische Feinpulver und das Silikonöl direkt mit den Harzpartikeln gemischt werden, um die Tonerpartikel zu bilden, wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.
In einer weiteren Ausführungsform wird Bildgebender Apparat bereitgestellt, der Folgendes umfasst:

ein latentes, elektrostatisches bildtragendes Element zum Halten eines latenten elektrostatischen Bildes darauf;
eine Entwicklungsbaugruppe zur Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes, das auf dem Element, das das latente, elektrostatische Bild trägt, gehalten wird, wobei die Entwicklungsbaugruppe Folgendes umfasst:
- eine Tonerzusammensetzung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes;
- einen Tonerbehälter zum Halten der Tonerzusammensetzung; und ein Toner-tragendes Element zum Tragen der Tonerzusammensetzung, die in dem Tonerbehälter gehalten wird, und Transportieren der Tonerzusammensetzung zu einem Bereich auf dem Element, das das latente, elektrostatische Bild trägt, wo das latente, elektrostatische Bild entwickelt wird; und
- eine Reinigungseinheit zum Reinigen der Oberfläche des Elements, das das latente elektrostatische Bild trägt, wobei die Tonerzusammensetzung Tonerpartikel umfasst, die Folgendes umfassen:
  - Harzpartikel, die weiter Folgendes umfassen:
    - ein Harz,
    - einen Farbstoff,
    - ein Wachs, und
    - optional ein Ladungssteuerungsagens; und
    - ein Additiv, das ein erstes anorganisches Feinpulver und ein Silikonöl umfasst, wobei das erste anorganische Feinpulver und das Silikonöl direkt mit den Harzpartikeln zur Bildung der Tonerpartikel gemischt werden, wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Dichteleistung zwischen rauhen und runden Partikeln zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die relative Reinigungsleistung eines Kontroll-Toners ohne das Additiv im Vergleich zu Tonern zeigt, die gemäß der vorliegenden Ausführungsformen hergestellt wurden;
3 ist ein Mikrobild, das die Abstreifkante zeigt, die nach Verwendung mit einem Kontroll-Toner ohne das Additiv verschlissen war; und
4 ist ein Mikrobild, das eine Reinigungsabstreifkante nach Verwendung mit einem Toner zeigt, der gemäß der vorliegenden Ausführungsformen hergestellt wurde.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegenden Ausführungsformen stellen eine neuartige Tonerzusammensetzung bereit, die eine Kombination bestimmter Charakteristika und Inhaltsstoffe besitzt, die zusammenwirken, um einen Toner mit einheitlicherer und engerer Ladungsverteilung und somit einer stabileren Dichte des Toners bereitzustellen, der gleichzeitig selbstreinigend ist. Der Begriff „selbstreinigend“ wird verwendet, um anzuzeigen, dass die Tonerzusammensetzungen selbst bestimmte Additive enthalten, die die Reinigungsfähigkeit von Tonerpartikeln auf dem Bildgebungselement verbessern.
Die vorliegenden Tonerzusammensetzungen umfassen Silikonöl, das die Reinigungsfunktion der Reinigungselemente in dem bildgebenden Apparat, z.B. des Reinigungsabstreifers, erheblich verbessert. Zusätzlich zum Einbeziehen des Silikonöls in die Tonerzusammensetzung, anstatt in die Außenschichten des Bildgebungselements oder das Silikonöl gesondert durch andere Elemente aufzutragen, sparen die vorliegenden Ausführungsformen Zeit und Kosten, die mit der Erfordernis verbunden sind, zusätzliche Maschinenkomponenten zu fertigen oder bestehende Komponenten umzubauen.
Zusätzlich stellen die vorliegenden Ausführungsformen Tonerzusammensetzungen mit kleineren und sphärischeren Tonerpartikeln bereit. In einigen Ausführungsformen besitzen die Tonerpartikel eine Rundheit von ca. 0,975 bis ca. 0,995 oder von ca. 0,978 bis ca. 0,990 oder vorzugsweise von ca. 0,980 bis ca. 0,998, wie mit einem Sysmex 3000-Formanalysator gemessen. In einigen Ausführungsformen besitzen die Tonerpartikel eine mittlere Partikelgröße von ca. 4 Mikrometer bis ca. 9 Mikrometer oder von ca. 5 Mikrometer bis ca. 8 Mikrometer oder vorzugsweise von ca. 5,2 Mikrometer bis ca. 7 Mikrometer. Dieser Ansatz war bei der Stabilisierung der Dichte des Toners erfolgreich. 1 ist ein Diagramm, das die Dichteleistung zwischen rauhen und runden Partikeln vergleichend zeigt. Die erhaltenen Daten zeigen einen Dichteabfall mit der Zeit (Druckzählung) bei Tonern mit geringerer Rundheit, z.B. einer Rundheit kleiner als 0,075. Die sphärischeren Tonerpartikel, wie z.B. 0,998, zeigen eine viel stabilere Entwicklung über die Zeit. Wie jedoch oben erwähnt, sind zum Reinigen von sphärischen Partikeln mit hoher Effizienz robuste Maschinenkomponenten erforderlich. Verfahren, um diese Probleme zu lösen, umfassten z.B. das Imprägnieren der Außenschicht von Fotorezeptoren mit Silikonöl. Solche Verfahren erwiesen sich jedoch als äußerst kostspielig.
Die Einbindung des Silikonöls in die vorliegenden Tonerzusammensetzungen bieten eine Lösung des Reinigungsproblems ohne Kostensteigerung oder aufwändigere Herstellungsprozesse der Maschinenkomponenten bei gleichzeitiger Möglichkeit, die sphärischen Tonerpartikel für verbesserte Leistung zu verwenden.
In den vorliegenden Ausführungsformen kann die Tonerzusammensetzung ein herkömmlicher Toner oder ein Emulsion Aggregate (EA)-Toner sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die Tonerzusammensetzung mindestens ein Bindeharz, einen Farbstoff, ein Silikonöl und ein anorganisches Feinpulver. In anderen Ausführungsformen ist ein Teil des anorganischen Feinpulvers mit dem Silikonöl vorgemischt, um ein geöltes Pulver zu bilden. Das geölte Pulver wird mit ungeöltem, anorganischen Pulver gemischt, um eine Additivpackung zu bilden, die dann zu den verbleibenden Tonerkomponenten gegeben werden, um die endgültige Tonerzusammensetzung zu mischen und zu bilden.
In einigen Ausführungsformen werden das Silikonöl und anorganisches Feinpulver in einem Mischapparat gemischt, wie z.B. einem Mischer, um das geölte anorganische Feinpulver zu bilden. Das Mischen erfolgt zunächst durch Zugabe des anorganischen Feinpulvers und bei laufendem Mischer Zugabe einer entsprechenden Menge Silikonöl zu dem anorganischen Feinpulver. Dieses Mischverfahren stellt sicher, dass sich überschüssiges Silikonöl nicht an den Wänden und der Schraube des Mischers ansammelt. Die Mischung wird ca. 30 bis ca. 600 Sekunden oder ca. 45 bis ca. 300 Sekunden oder vorzugsweise ca. 60 bis ca. 240 Sekunden gemischt. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Mischung in einzelnen Stößen mit einer Mischpause zwischen den einzelnen Stößen. In einigen Ausführungsformen ist die Zeitspanne der Pause gleich lang wie der entsprechende Mischstoß. Dies gewährleistet, dass das Öl und das anorganische Feinpulver richtig gemischt werden und das Öl die anorganischen Feinpulverpartikel gleichmäßig beschichtet, ohne dass in dem Mischapparat übermäßige Hitze erzeugt wird.
Das geölte anorganische Feinpulver wird mit dem ungeölten anorganischen Feinpulver in den gewünschten Gewichtsverhältnissen gemischt und zu den Tonerpartikeln gegeben. Die Additivpackung wird dann weiter mit dem Toner gemischt, um sicherzustellen, dass das geölte organische Feinpulver richtig an dem Toner adhäriert. Insbesondere werden nach Mischen des Silikonöls mit dem anorganischen Feinpulver die verbliebenen Tonerkomponenten zu dem Mix gegeben, um den Mischvorgang fortzusetzen und das endgültige Tonerprodukt zu bilden. Das Einbringen der Additivpackung auf diese Weise gewährleistet die Konsistenz des geölten anorganischen Pulvers in dem endgültigen Tonerprodukt. Insbesondere ist es erwünscht, geölte anorganische Pulver mit der gleichen Menge an Silikonöl einzubringen. In diesen Ausführungsformen liegt die Additivpackung von geöltem und ungeöltem anorganischen Feinpulver in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von ca. 10 bis ca. 95% oder von ca. 15 bis ca. 75% oder von ca. 20 bis ca. 60% (in Gewichtsprozent) vor.
In den vorliegenden Ausführungsformen kann das anorganische Feinpulver Metalloxide von Metallen, wie Silizium, Titan, Aluminium, Germanium, Magnesium, Zink, Cer, Kobalt, Eisen, Zirconium, Chrom, Mangan, Strontium, Zinn, Antimon, Molybdän und Wolfram, umfassen; Oxide, wie Boroxid; Nitride, wie Siliziumnitrid und Germaniumnitrid; zusammengesetzte Metalloxide, wie Calciumtitanat, Magnesiumtitanat, Strontiumtitanat, Wolframatphosphorsäure und Molybdatphosphorsäure; Metallsalze, wie Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat und Aluminiumcarbonat; Tonmineralien, wie Kaolin; Phosphorverbindungen, wie Apatit; Carbide, wie Siliziumcarbid und Titancarbid; Siliziumverbindungen; und Kohlenstoffpulver, wie Carbon Black und Graphit; und Mischungen davon.
Beispiele für anorganisches Feinpulver umfassen Feinpulver von z.B. Silika, Aluminiumoxid, Titanoxid, Bariumtitanat, Magnesiumtitanat, Calciumtitanat, Strontiumtitanat, Zinkoxid, Quarzsand, Ton, Glimmer, Wollastonit, Diatomeenerde, Chromoxid, Ceroxid, Eisenoxid rot, Antimontrioxid, Magnesiumoxid, Zirconiumoxid, Bariumsulfat, Bariumcarbonat, Calciumcarbonat, Siliziumcarbid und Siliziumnitrid. In einer bestimmten Ausführungsform ist das anorganische Feinpulver ein kleinkörniges Silikapulver.
Es können auch bekannte Materialien, wie Harzfeinpulver, in Kombination mit dem oben genannten anorganischen Feinpulver verwendet werden. Weiterhin kann ein Metallsalz höherer Fettsäuren, wie dargestellt durch Zinkstearat, sowie Feinpartikelpulver mit hoher Molekularmasse vom Fluor-Typ als Reinigungsaktivator zugegeben werden.
In einigen Ausführungsformen kann das verwendete Silikonöl z.B. Dimethylsilikonöl, Methylphenylsilikonöl, Methylhydrogensilikonöl, Alkyl-modifizierte Silikonöle, Chloroalkylmodifizierte Silikonöle, Chlorphenyl-modifizierte Silikonöle, Fettsäure-modifizierte Silikonöle, Polyether-modifizierte Silikonöle, Alkoxy-modifizierte Silikonöle, Carbinol-modifizierte Silikonöle, Amino-modifizierte Silikonöle und Fluor-modifizierte Silikonöle und Mischungen davon umfassen.
Das Silikonöl kann eine Viskosität von ca. 10 bis ca. 1.000 Centistokes oder von ca. 50 bis ca. 500 Centistokes oder vorzugsweise von ca. 200 bis ca. 400 Centistokes bei Raumtemperatur (z.B. 20-27 °C) aufweisen.
In bevorzugten Ausführungsformen werden das Silikonöl und das anorganische Feinpulver direkt mit den feinen Harzpartikeln in einem Mischer gemischt, ohne das Öl mit dem anorganischen Feinpulver vorzumischen. Auf diese Weise kann das Öl die einzelnen Tonerpartikel anstatt nur der anorganischen Feinpartikel beschichten. Dies bietet eine effizientere Verbringung des Öls an die Schnittstelle zwischen Reinigungsabstreifer und Fotorezeptoroberfläche. Die Erfinder haben gezeigt, dass die Homogenität der Ölverteilung in einer Toner-Charge viel besser ist als wenn das Öl mit dem anorganischen Feinpulver vor dem Mischen mit den Tonerpartikeln vorgemischt wird. Im Fall des Vormischens neigen die anorganischen Feinpartikel mit hoher Silikonölbeladung dazu, auf den Boden des Transportgefäßes zu sinken, so dass die schlecht beschichteten Partikel oben verbleiben. Sofern nicht das gesamte Transportgefäß mit geölten anorganischen Feinpartikeln zum Mischen mit dem endgültigen Toner verwendet wird, kann der Ölgehalt des fertiggestellten Toners von Charge zu Charge stark variieren. Durch Zugabe des Öls während des Toner-Mischschritts, parallel zu dem anorganischen Feinpulver, wird die Einheitlichkeit des Öls, sowohl innerhalb der Charge wie auch von Charge zu Charge, erheblich verbessert. Unabhängig von dem verwendeten Verfahren, das Silikonöl einzubringen, sollte der endgültige Toner 500 bis 3.500 parts per million (ppm) Silikonöl in dem gemischten Toner oder 1.000 bis 3.000 ppm Silikonöl in dem gemischten Toner oder vorzugsweise 1.800 bis 2.700 ppm Silikonöl in dem gemischten Toner enthalten. Silikonöl-Konzentrationen unter 1.800 parts per million bieten keine ausreichende Schmierung des Reinigungssystems, so dass Reinigungsfehler auftreten. Silikonöl-Konzentrationen oberhalb 2.700 ppm beginnen, die reibungselektrische Ladung des Toners zu vermindern, so dass höhere Hintergrundentwicklung und verminderte Dichte resultieren. Der Silikonölgehalt wird unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Kerosinextraktion gemessen.
Es wurden je 0,5 g Toner Duplikatproben in 25 ml Kerosin für 1 Stunde auf einem Box-Schüttler extrahiert. Die genauen Probengewichte wurden aufgezeichnet. Proben wurden 4 Minuten bei 4.000 rpm zentrifugiert. Der Überstand wurde mittels ICP auf den Si-Gehalt analysiert. Die Kalibrierkurve wurde unter Verwendung von DOW PMX-200 350cs-Öl konstruiert.
Zusätzlich zu Bindeharz, Farbstoff und anorganischem Feinpulver kann der Toner weiter ein Wachs und/oder ein oder mehrere weitere Additive umfassen.
In einigen Ausführungsformen wird ein Entwickler, umfassend einen harzbeschichteten Träger und einen Toner, offenbart, wobei der Toner ein Emulsion Aggregation-Toner sein kann, der, ohne hierauf beschränkt zu sein, ein Latexharz, ein Wachs und eine Polymerhülle umfassen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Latexharz aus einer ersten und einer zweiten Monomerzusammensetzung zusammengesetzt sein. Jedes geeignete Monomer oder jede geeignete Mischung von Monomeren kann gewählt werden, um die erste Monomerzusammensetzung und die zweite Monomerzusammensetzung zu präparieren. Die Auswahl des Monomers oder der Mischung von Monomeren für die erste Monomerzusammensetzung ist unabhängig von der für die zweite Monomerzusammensetzung und umgekehrt. Beispielhafte Monomere für die erste und/oder die zweite Monomerzusammensetzung umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Polyester, Styren, Alkylacrylat, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylarylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Chlorethylacrylat; β-Carboxyethylacrylat (β-CEA), Phenylacrylat, Methylalphachloracrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Butadien; Isopren; Methacrylonitril; Acrylonitril; Vinylether, wie Vinylmethylether, Vinylisobutylether, Vinylethylether und Ähnliche; Vinylester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat; Vinylketone, wie Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon; Vinylidenhalogenid, wie Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorfluorid; N-Vinylindol; N-Vinylpyrrolidon; Methacrylat; Acrylsäure; Methacrylsäure; Acrylamid; Methacrylamid; Vinylpyridin; Vinylpyrrolidon; Vinyl-N-methylpyridiniumchlorid; Vinylnaphthalen; p-Chlorstyren; Vinylchlorid; Vinylbromid; Vinylfluorid; Ethylen; Propylen; Butylene; Isobutylen; und Ähnliche und Mischungen davon. Wenn eine Mischung von Monomeren verwendet wird, ist das Latexpolymer typischerweise ein Copolymer.
In einigen Ausführungsformen können die erste Monomerzusammensetzung und die zweite Monomerzusammensetzung unabhängig voneinander zwei oder drei oder mehr verschiedene Monomere umfassen. Das Latexpolymer kann daher ein Copolymer umfassen. Veranschaulichende Beispiele eines solchen Latexcopolymers umfassen Poly(styren-n-butylacrylat-β-CEA), Poly(styrenalkylacrylat), Poly(styren-1,3-dien), Poly(styren-alkylmethacrylat), Poly(alkylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatarylacrylat), Poly(arylmethacrylatealkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat), Poly(styrenalkylacrylatacrylonitril), Poly(styren-1,3-dienacrylonitril), Poly(alkylacrylatacrylonitril), Poly(styrenbutadien), Poly(methylstyrenbutadien), Poly(methylmethacrylatbutadien), Poly(ethylmethacrylatbutadien), Poly(propylmethacrylatbutadien), Poly(butylmethacrylatbutadien), Poly(methylacrylatbutadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylatbutadien), Poly(butylacrylatbutadien), Poly(styrenisopren), Poly(methylstyrenisopren), Poly(methylmethacrylatisopren), Poly(ethylmethacrylatisopren), Poly(propylmethacrylatisopren), Poly(butylmethacrylatisopren), Poly(methylacrylatisopren), Poly(ethylacrylatisopren), Poly(propylacrylatisopren), Poly(butylacrylatisopren); Poly(styrenpropylacrylat), Poly(styrenbutylacrylat), Poly(styrenbutadienacrylonitril), Poly(styrenbutylacrylatacrylononitril) und Ähnliche.
In einigen Ausführungsformen können die erste Monomerzusammensetzung und die zweite Monomerzusammensetzung im Wesentlichen wasserunlöslich, wie hydrophob, sein und in einer wässrigen Phase durch geeignetes Rühren bei Zugabe zu einem Reaktionsgefäß dispergiert werden.
Das Gewichtsverhältnis zwischen der ersten Monomerzusammensetzung und der zweiten Monomerzusammensetzung kann in dem Bereich von ca. 0,1:99,9 bis ca. 50:50, einschließlich von ca. 0,5:99,5 bis ca. 25:75, von ca. 1:99 bis ca. 10:90, liegen.
In einigen Ausführungsformen können die erste Monomerzusammensetzung und die zweite Monomerzusammensetzung gleich sein. Beispiele für die erste/zweite Monomerzusammensetzung können eine Mischung, umfassend Styren und Alkylacrylat, wie eine Mischung, umfassend Styren, n-Butylacrylat und β-CEA, sein. Basierend auf dem Gesamtgewicht der Monomere kann Styren in einer Menge von ca. 1 % bis ca. 99%, von ca. 50% bis ca. 95%, von ca. 70% bis ca. 90% vorliegen, jedoch auch in größeren oder geringeren Mengen; Alkylacrylat, wie n-Butylacrylat, kann in einer Menge von ca. 1 % bis ca. 99%, von ca. 5% bis ca. 50%, von ca. 10% bis ca. 30%, vorliegen, jedoch auch in größeren oder geringeren Mengen.
In einigen Ausführungsformen kann das Harz ein Polyesterharz sein, das durch Reaktion eines Diols mit einer Disäure in Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet wird. Zur Bildung eines kristallinen Polyesters umfassen geeignete organische Diole aliphatische Diole mit ca. 2 bis ca. 36 Kohlenstoffatomen, wie 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und Ähnliche; alkalisulfoaliphatische Diole, wie Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol, Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol, Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol, Mischungen davon und Ähnliche. Das aliphatische Diol kann z.B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Molprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 42 bis ca. 55 Molprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 45 bis ca. 53 Molprozent (obwohl auch Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können) gewählt werden, und das alkalisulfoaliphatische Diol kann in einer Menge von ca. 0 bis ca. 10 Molprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 1 bis ca. 4 Molprozent des Harzes gewählt werden.
Beispiele für organische Disäuren oder Diester, umfassend Vinyldisäuren oder Vinyldiester, die für die Präparation der kristallinen Harze gewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarboxylsäure, Naphthalin-2,7-dicarboxylsäure, Cyclohexandicarboxylsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, ein Diester oder Anhydrid davon; und eine alkalisulfoorganische Disäure, wie Natrium-, Lithium- oder Kaliumsalz von Dimethyl-5-sulfoisophthalat, Dialkyl-5-sulfo-isophthalat-4-sulfo-1,8-naphthalinsäureanhydrid, 4-Sulfophthalsäure, Dimethyl-4-sulfophthalat, Dialkyl-4-sulfophthalat, 4-Sulfophenyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, 6-Sulfo-2-naphthyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, Sulfoterephthalsäure, Dimethylsulfoterephthalat, 5-Sulfoisophthalsäure, Dialkylsulfoterephthalat, Sulfoethandiol, 2-Sulfopropandiol, 2-Sulfobutandiol, 3-Sulfopentandiol, 2-Sulfohexandiol, 3-Sulfo-2-methylpentandiol, 2-Sulfo-3,3-dimethylpentandiol, Sulfo-p-hydroxybenzoesäure, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethansulfonat oder Mischungen davon. Die organische Disäure kann z.B. in einigen Ausführungsformen in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Molprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 42 bis ca. 52 Molprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 45 bis ca. 50 Molprozent gewählt werden, und die alkalisulfoaliphatische Disäure kann in einer Menge von ca. 1 bis 10 Molprozent des Harzes gewählt werden.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylen-Copolymere, Ethylenvinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Mischungen davon und Ähnliche. Bestimmte kristalline Harze können Polyester-basiert sein, wie Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuccinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebacat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), Poly(decylensebacat), Poly(decylendecanoat), Poly(ethylendecanoat), Poly(ethylendodecanoat), Poly(nonylensebacat), Poly(nonylendecanoat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylensebacat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendecanoat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendodecanoat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butyleneadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkalicopoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkalicopoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkalicopoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkalicopoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), poly(octylenadipat), wobei Alkali ein Metall, wie Natrium, Lithium oder Kalium, ist. Beispiele für Polyamide umfassen Poly(ethylenadipamid), Poly(propylenadipamid), Poly(butylenadipamid), Poly(pentylenadipamid), Poly(hexylenadipamid), Poly(octylenadipamid), Poly(ethylensuccinimid), und Poly(propylensebecamid). Beispiele für Polyimide umfassen Poly(ethylenadipimid), Poly(propylenadipimid), Poly(butylenadipimid), Poly(pentylenadipimid), Poly(hexylenadipimid), Poly(octylenadipimid), Poly(ethylensuccinimid), Poly(propylensuccinimid) und Poly(butylensuccinimid).
Das kristalline Harz kann z.B. in einer Menge von ca. 5 bis ca. 50 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten, in einigen Ausführungsformen von ca. 10 bis ca. 35 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten vorliegen. Das kristalline Harz kann verschieden Schmelzpunkte von z.B. ca. 30 °C bis ca. 120°C, in einigen Ausführungsformen von ca. 50 °C bis ca. 90 °C, aufweisen. Das kristalline Harz kann ein Zahlenmittel der Molekularmasse (M_n), gemessen mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), von z.B. 1.000 bis 50.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 2.000 bis ca. 25.000, und ein Massenmittel der Molekularmasse (M_w) von z.B. ca. 2.000 bis ca. 100.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 3.000 bis ca. 80.000, aufweisen, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyren-Standards. Die Molekularmassenverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann z.B. ca. 2 bis ca. 6, in einigen Ausführungsformen ca. 3 bis ca. 4 sein.
In einigen Ausführungsformen umfassen geeignete amorphe Harze Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylen-Copolymere, Ethylenvinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Kombinationen davon und Ähnliche. Beispiele für nutzbare amorphe Harze umfassen Alkali-sulfonierte Polyesterharze, verzweigte Alkali-sulfonierte Polyesterharze, Alkali-sulfonierte Polyimidharze und verzweigte Alkali-sulfonierte Polyimidharze. Alkali-sulfonierte Polyesterharze können in einigen Ausführungsformen nützlich sein, wie Metall- oder Alkalisalze von Copoly(ethylenterephthalat)-copoly(ethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenterephthalat)-copoly(propylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(diethylenterephthalat)-copoly(diethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylendiethylenterephthalat)-copoly(propylendiethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenbutylenterephthalat)-copoly(propylenbutylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(propoxyliertes Bisphenol A-5-sulfoisophthalat), Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfoisophthalat), und Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-maleat)-copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfoisophthalat), wobei das Alkalimetall z.B. ein Natrium-, Lithium- oder Kaliumion ist.
In einigen Ausführungsformen, wie oben genannt, kann ein ungesättigtes, amorphes Polyesterharz als ein Latexharz genutzt werden. Weiter kann in einigen Ausführungsformen ein kristallines Polyesterharz in dem Bindungsharz enthalten sein. Das kristalline Polyesterharz kann aus einer Säure (Dicarboxylsäure)-Komponente und einer Alkohol (Diol)-Komponente synthetisiert werden. Im Folgenden zeigt eine „Säureabgeleitete Komponente“ einen Komponentenrest an, der ursprünglich vor der Synthese eines Polyesterharzes eine Säurekomponente war, und eine „Alkohol-abgeleitete Komponente“ zeigt einen Komponentenrest an, der vor der Synthese des Polyesterharzes ursprünglich eine Alkoholkomponente war.
Die kristallinen Polyesterharze können aus einer Kombination von Komponenten, die aus den oben erwähnten Monomer-Komponenten ausgewählt sind, unter Verwendung herkömmlicher, bekannter Verfahren synthetisiert werden. Beispielhafte Verfahren umfassen das Ester-Austauschverfahren und das direkte Polykondensationsverfahren, die einzeln oder in einer Kombination davon verwendet werden können. Das molare Verhältnis (Säurekomponente/Alkoholkomponente) bei Reaktion der Säurekomponente und der Alkoholkomponente kann abhängig von den Reaktionsbedingungen variieren. Das molare Verhältnis beträgt bei direkter Polykondensation üblicherweise ca. 1/1. Bei dem Ester-Austauschverfahren kann ein Monomer, wie Ethylenglykol, Neopentylglykol oder Cyclohexandimethanol, das unter Vakuum abdestilliert werden kann, im Überschuss verwendet werden.
Es kann ein beliebiges, geeignetes Tensid für die Präparation der Latex- und Wachsdispersionen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Abhängig von dem Emulsionssystem kann ein beliebiges, gewünschtes nicht-ionisches oder ionisches Tensid, wie anionisches oder kationisches Tensid, genannt werden. Anionische Tenside können in einer beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge eingesetzt werden, z.B. mindestens ca. 0,01 % bezogen auf das Gewicht der gesamten Monomere, die zur Präparation des Latex-Polymers verwendet werden; und nicht mehr als ca. 10% bezogen auf das Gewicht der gesamten Monomere, die zur Präparation des Latex-Polymers verwendet werden, nicht mehr als ca. 5% bezogen auf das Gewicht der gesamten Monomere, die zur Präparation des Latex-Polymers verwendet werden, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Es kann ein beliebiger, geeigneter Starter oder eine beliebige, geeignete Mischung von Startern für den Latex-Prozess und den Toner-Prozess gewählt werden. In einigen Ausführungsformen wird der Starter aus bekannten Radikal-Polymerisationsstartern ausgewählt. Der Radikalstarter kann ein beliebiger Radikal-Polymerisationsstarter sein, der einen Radikal-Polymerisationsprozess starten kann, sowie Mischungen davon, wobei ein solcher Radikalstarter freie Radikalspezies bei Erhitzen auf oberhalb von ca. 30 °C bereitstellen kann.
Obwohl wasserlösliche Radikalstarter bei Emulsionspolymerisationsreaktionen verwendet werden, können auch andere Radikalstarter verwendet werden. Weitere typische Radikalstarter umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Ammoniumpersulfat, Wasserstoffperoxid, Acetylperoxid, Cumylperoxid, tert-Butylperoxid, Propionylperoxid, Benzoylperoxid, Chlorbenzoylperoxid, Dichlorbenzoylperoxid, Brommethylbenzoylperoxid, Lauroylperoxid, Natriumpersulfat, Kaliumpersulfat, Diisopropylperoxycarbonat und Ähnliche.
Basierend auf dem Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann der Starter in einer Menge von ca. 0,1% bis ca. 5%, von ca. 0,4% bis ca. 4%, von ca. 0,5% bis ca. 3% vorliegen, obwohl er in einer größeren oder kleineren Menge vorliegen kann. Optional kann ein Kettentransferagens verwendet werden, um den Polymerisationsgrad des Latex zu kontrollieren und damit die Molekularmasse und die Verteilung der Molekularmasse der Latex-Produkte der Latex-Prozesse und/oder des Toner-Prozesses gemäß der vorliegenden Offenbarung zu kontrollieren. Wie anzunehmen, kann ein Transferagens Teil des Latexpolymers werden.
In einigen Ausführungsformen besitzt das Kettentransferagens eine kovalente Kohlenstoff-Schwefel-Bindung. Die kovalente Kohlenstoff-Schwefel-Bindung besitzt in einem Infrarot-Absorptionsspektrum ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenzahl im Bereich von 500 bis 800 cm^-1. Wenn das Kettentransferagens in den Latex und in den aus dem Latex hergestellten Toner eingebaut wird, kann sich das Absorptionsmaximum ändern, z.B. zu einer Wellenzahl im Bereich von 400 bis 4.000 cm^-1.
Beispiele für solche Kettentransferagenzien umfassen auch, ohne hierauf beschränkt zu sein, Dodecanthiol, Butanthiol, Isooctyl-3-mercaptopropionat, 2-Methyl-5-t-butylthiophenol, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrabromkohlenstoff und Ähnliche.
Basierend auf dem Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Kettentransferagens in einer Menge von ca. 0,1% bis ca. 7%, von ca. 0,5% bis ca. 6%, von ca. 1,0% bis ca. 5% vorliegen, obwohl es in größeren oder geringeren Mengen vorliegen kann.
In einigen Ausführungsformen kann in der ersten/zweiten Monomerzusammensetzung optional ein Verzweigungsagens umfasst sein, um die Verzweigungsstruktur des Ziel-Latex zu kontrollieren. Beispielhafte Verzweigungsagenzien umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Decandioldiacrylat (ADOD), Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Trimellitinsäure, Pyromellitnsäure und Mischungen davon.
Basierend auf dem Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Verzweigungsagens in einer Menge von ca. 0% bis ca. 2%, von ca. 0,05% bis ca. 1,0%, von ca. 0,1% bis ca. 0,8% vorliegen, obwohl es auch in größeren oder geringeren Mengen vorliegen kann.
In dem Latex-Prozess und in dem Toner-Prozess der Offenbarung können das Emulgieren durch einen beliebigen, geeigneten Prozess ausgeführt werden, wie durch Mischen bei erhöhter Temperatur. Das Emulsionsgemisch kann z.B. in einem Homogenisator für eine Dauer von ca. 1 min bis ca. 20 min gemischt werden, der auf eine Temperatur von ca. 40 °C bis ca. 80 °C und ca. 200 bis ca. 400 rpm eingestellt ist.
Es kann ohne Einschränkung ein beliebiger Reaktortyp verwendet werden. Der Reaktor kann Vorrichtungen zum Rühren der darin befindlichen Zusammensetzungen umfassen, wie ein Wirbelrad. Ein Reaktor kann mindestens ein Wirbelrad umfassen. Zur Bildung des Latex und/oder Toners kann der Reaktor während des Prozesses betrieben werden, dass das Wirbelrad bei einer wirksamen Mischrate von ca. 10 bis ca. 1.000 rpm arbeitet. Wenn das Monomer vollständig zugegeben wurde, kann das Latex vor dem Abkühlen unter Beibehaltung der Bedingungen für einen bestimmten Zeitraum stabilisieren, z.B. für ca. 10 bis ca. 300 min. Optional kann das durch den oben beschriebenen Prozess gebildete Latex mittels Standardverfahren nach dem Stand der Technik isoliert werden, z.B. durch Koagulation, Lösen und Präzipitation, Filtration, Waschen, Trocknen und Ähnliches.
Das Latex der vorliegenden Offenbarung kann für Emulsion-Aggregation-Koaleszenz-Prozesse zur Bildung von Tonern, Tinten und Entwicklern mittels bekannter Verfahren gewählt werden. Das Latex der vorliegenden Offenbarung kann in der Schmelze oder anderweitig mit verschiedenen Tonerzutaten gemischt werden, wie mit einer Wachsdispersion, einem Koagulans, optional einem Silika,, optional einem ladungsverstärkenden Additiv oder ladungskontrollierenden Additiv, optional einem Tensid, optional einem Emulgator, optional einem Fließadditiv und Ähnlichem. Optional kann das Latex (z.B. ca. 40% Feststoffe) auf die gewünschte Feststoffbeladung (z.B. ca. 12 bis ca. 15% Gewicht der Feststoffe) verdünnt werden, bevor es zu einer Tonerzusammensetzung formuliert wird.
Basierend auf dem Toner-Gesamtgewicht kann das Latex in einer Menge von ca. 50% bis ca. 100%, von ca. 60% bis ca. 98%, von ca. 70% bis ca. 95% vorliegen, auch wenn es in größeren oder geringeren Mengen vorliegen kann.
Es können verschiedene bekannte, geeignete Farbstoff, wie Farben, Pigmente und Mischungen von Farben, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farben und Pigmenten und Ähnliches in dem Toner umfasst sein. Der Farbstoff kann in dem Toner in einer Menge von z.B. ca. 0,1 bis ca. 35% bezogen auf das Gewicht des Toners, von ca. 1 bis ca. 15% des Toners, von ca. 3 bis ca. 10% bezogen auf das Gewicht des Toners umfasst sein, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche genutzt werden können.
Als Beispiele für geeignete Farbstoffe können die folgenden genannt werden: Carbon Black, wie REGAL 330^®; Magnetite, wie Mobay-Magnetite MO8029™ und MO8060™; kolumbianische Magnetite; MAPICO BLACKS™, oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799™, CB5300™, CB5600™ und MCX6369™; Bayer-Magnetite BAYFERROX 8600™ und 8610™; Northern Pigments-Magnetite NP-604™ und NP-608™; Magnox-Magnetite TMB-100™ oder TMB-104™; und Ähnliche. Als Farbpigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon gewählt werden. Allgemein werden Cyan-, Magenta- oder Gelbpigmente oder -färben oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente können wasserbasierte Pigmentdispersionen sein.
Zusätzlich zu dem Polymerharz können die Toner der vorliegenden Offenbarung auch ein Wachs enthalten, das entweder ein einzelner Wachstyp oder eine Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Wachsen sein kann. Ein einzelnes Wachs kann zu Tonerformulierungen gegeben werden, um z.B. bestimmte Tonereigenschaften, wie Toner-Partikelform, Vorhandensein und Menge von Wachs auf der Tonerpartikel-Oberfläche, Ladungs- und/oder Fusionseigenschaften, Glanz, Abstreifung, Offset-Eigenschaften und Ähnliches, zu verbessern. Alternativ kann eine Kombination von Wachsen zugegeben werden, um mehrere Eigenschaften für die Tonerzusammensetzung bereitzustellen.
Wenn umfasst, kann das Wachs in einer Menge von z.B. ca. 1 Gew.-% bis ca. 25 Gew.% der Tonerpartikel, in einigen Ausführungsformen von ca. 5 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% der Tonerpartikel vorliegen.
Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit z.B. einem Massenmittel der Molekularmasse von ca. 500 bis ca. 20.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 1.000 bis ca. 10.000. Wachse, die verwendet werden können, umfassen z.B. Polyolefine, wie Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutenwachse, wie kommerziell verfügbar von Allied Chemical and Petrolite Corporation, z.B. POLYWAX™ Polyethylenwachse von Baker Petrolite, Wachsemulsionen, verfügbar von Michaelman, Inc. und Daniels Products Company, EPOLENE N-15™ kommerziell verfügbar von Eastman Chemical Products, Inc., und VISCOL 550-P™, ein Polypropylen mit niedrigem Massenmittel des Molekulargewichts, verfügbar von Sanyo Kasei K. K.; pflanzenbasierte Wachse, wie Karnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs und Jojobaöl; tierbasierte Wachse, wie Bienenwachs; mineralbasierte Wachse und petroleumbasierte Wachse, wie Montanwachs, Ozokerit, Zeresin, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs und Fischer-Tropsch-Wachs; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäure und höherem Alkohol, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäure und monovalentem oder multivalentem niedrigerem Alkohol, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythritoltetrabehenat; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäure und multivalenten Alkoholmultimeren, wie Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitan-höhere-Fettsäureester-Wachse, wie Sorbitanmonostearat, und Cholesterol-höhere-Fettsäureesterwachse, wie Cholesterylstearat. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, umfassen z.B. Amine, Amide, z.B. AQUA SUPERSLIP 6550™ und SUPERSLIP 6530™, verfügbar von Micro Powder Inc., fluorinierte Wachse, z.B. POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYSILK 19™ und POLYSILK 14™, verfügbar von Micro Powder Inc., gemischte fluorinierte Amidwachse, z.B. MICROSPERSION 19™, verfügbar von Micro Powder Inc., Imide, Ester, quartäre Amine, Carboxylsäuren oder Acrylpolymeremulsion, z.B. JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, alle verfügbar von SC Johnson Wax, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, verfügbar von Allied Chemical and Petrolite Corporation und SC Johnson wax.
Mischungen und Kombinationen der voranstehenden Wachse können auch in den Ausführungsformen verwendet werden. Wachse können z.B. als Ablöseagenzien für Fixierwalzen umfasst sein.
Die Zusammensetzung kann mittels einer Vielzahl bekannter Verfahren präpariert werden, einschließlich Schmelzmischen der Tonerharzpartikel und Pigmentpartikel oder Farbstoffe, gefolgt von mechanischer Zerreibung. Andere Verfahren umfassen solche, die auf dem Gebiet gut bekannt sind, wie Schmelzdispersions-, Dispersionspolimerisations-, Suspensionspolymerisations-, Extrusions- und Emulsions-/Aggregationsprozesse.
Die resultierenden Tonerpartikel können dann zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können dann mit Trägerpartikeln gemischt werden, um eine Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu erhalten.
In einigen Ausführungsformen wird ein Ladungssteuerungsagens zugegeben. In weiteren Ausführungsformen ist das Ladungssteuerungsagens ein internes Ladungssteuerungsagens, wie ein polymeres, acrylbasiertes Ladungssteuerungsagens. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Toner 0,5 Gew.-% bis 7 Gew.-% des internen Ladungssteuerungsagens.
Der Toner kann durch Beimischen von Harz, Wachs, dem Pigment/Farbstoff und den ein oder mehreren Additiven hergestellt werden. Das Beimischen kann in einem Extrusionsgerät erfolgen. Das Extrudat kann gemahlen werden, z.B. in einer Strahlmühle, gefolgt von Klassifizierung, um einen Toner bereitzustellen, der eine gewünschte volumengemittelte Partikelgröße aufweist, z.B. von ca. 7,5 bis ca. 9,5 Mikrometer, oder in einer bestimmten Ausführungsform ca. 8,4 ± 0,5 Mikrometer. Der klassifizierte Toner wird mit externen Additiven gemischt, die in einem Henschel-Mischer speziell formuliert werden, und anschließend wird der Toner durch ein Sieb, wie ein 37 µm-Sieb, gesiebt, um grobe Partikel oder Agglomerate von Additiven zu eliminieren.
Beispiel 1
Präparation einer anorganischen Feinpulver-Additivpackung
Ein Silikonöl (Dow PMX-200 von Dow Chemicals) und ein kleinkörniges Silika (TG308F von Cabot Corporation) werden in einem Mischer gemischt, um eine Additivpackung für späteres Mischen mit EA-Tonerpartikeln bereitzustellen. Es wurden folgende Geräte und Bedingungen verwendet: 10L Henschel, Werkzeug - Standard, Werkzeuggeschwindigkeit - 2.550 rpm, Silika-Beladung - 300 Gramm.
Der Mischer wurde mit 300 Gramm TG308F Silika beladen. Das Silikonöl wurde mit einer Spritze in der erforderlichen Menge (ml) basierend auf dem Verhältnis Öl zu Silika zugegeben. Ein Verhältnis von 0,30 ml/g erfordert z.B. 90 ml Öl. Der Mischer wurde geschlossen und für 30 Sekunden betrieben. Das Wirbelrad wurde ausgeschaltet und die Charge wurde für 30 Sekunden in dem Mischer belassen. Das Wirbelrad wurde dann eingeschaltet und weitere 30 Sekunden betrieben. Das Wirbelrad wurde dann ausgeschaltet und die Charge entladen.
Präparation einer Tonerprobe mit vorgemischtem Öl-Silika
Eine Vormischung aus Silikonöl (Dow PMX-200) und kleinkörnigem Silika (TG308F) wird vor der Tonermischung erstellt, wie oben beschrieben, um eine Additivzusammensetzung bereitzustellen, die das Öl an das Reinigungsabstreifuntersystem in der Maschine zu liefern. Die verwendete Gesamtmenge an Silika in dem Design betrug 1,4% bezogen auf das Gewicht des zu mischenden Toners. Es wird vorgeschlagen ein Verhältnis von geöltem Silika zu ungeöltem Silika im Bereich von 0,2:1,0 bis 0,8:1,0 zu verwenden. Dieser Bereich stellt ausreichend Öl für die Abstreiferschmierung bereit, aber nicht so viel, dass kritische Komponenten des xerographischen Systems mit Öl verunreinigt werden. Das Verhältnis von geöltem, anorganischen Feinpulver und ungeöltem, anorganischen Feinpulver muss also sorgfältig gefertigt werden. Erfolgreiche Reinigung wurde bei Verwendung von 50% geöltem Silika (0,7% bezogen auf das Tonergewicht) und 50% TG308F ohne Öl(0,7Gew.-%) beobachtet. Der Henshel-Mischer wird verwendet, um die Mischung der Silikas (geölt und ungeölt) an die Tonerpartikel zu adhärieren.
Der endgültige Toner wird entfernt und durch ein 37 µm-Maschensieb luftstrahlgesiebt, um jegliche groben Partikel vor Installation in der Maschine zum Testen zu entfernen. Dieses Harzpartikel besaß einen mittleren Durchmesser von 5,8 µm und war nahezu sphärisch mit einer Rundheit von 0,988.
Beispiel 2
In einen Henshel-Mischer wurden 3,3 Pfund Styren/Acrylat-Harzpartikel, 4,3 Gramm Silikonöl (Dow PMX-200) und 20 Gramm kleinkörniges Silika (TG308F von Cabot Corp.) gegeben und 16 Minuten bei 2.048 rpm gemischt. Der endgültige Toner wird entfernt und durch ein 37 µm-Maschensieb luftstrahlgesiebt, um jegliche groben Partikel vor Installation in der Maschine zum Testen zu entfernen. Dieses Harzpartikel besaß einen mittleren Durchmesser von 5,8 µm und war nahezu sphärisch mit einer Rundheit von 0,988.
Vergleichendes Beispiel 3
In einem Henshel-Mischer wurden 3,3 Pfund Styren/Acrylat-Harzpartikel und 20 Gramm kleinkörniges Silika (TG308F von Cabot Corp.) 16 Minuten bei 2.048 rpm gemischt. Der endgültige Toner wird entfernt und durch ein 37 µm-Maschensieb luftstrahlgesiebt, um jegliche groben Partikel vor Installation in der Maschine zum Testen zu entfernen. Dieses Harzpartikel besaß einen mittleren Durchmesser von 5,8 µm und war nahezu sphärisch mit einer Rundheit von 0,988.
Ausgiebige Tests haben gezeigt, dass der höhere Grad an Rundheit erforderlich ist, um zu verhindern, dass die Feststoffdichte mit Lebensdauer der Patrone abnimmt. Mit abnehmender Rundheit nimmt auch die Dichtestabilität mit der Zeit ab. Ohne das mit Silikonöl gemischte Silika kann das Reinigungssystem dieses hoch-sphärische Partikel unter Verwendung der aktuell in der xerographischen Patrone verwendeten Zubehör-Fotorezeptor- und Reinigungsabstreifer nicht reinigen.
2 zeigt die relative Reinigungsleistung der erfindungsgemäßen Toner im Vergleich zu einem Kontroll-Toner bei Test unter Stressbedingungen (niedrige RH/niedrige Temperatur bei einer Joblänge von drei Seiten). Alle 1000 Seiten wird ein sauberes Band an einer Position unmittelbar nach dem Reinigungsabstreifer-Kontaktspalt an dem Fotorezeptor angeheftet und anschließend an ein weißes Papiersubstrat angeheftet. Jegliche Reinigungsstreifen, die in dem Reinigungsspalt erzeugt wurden, haften an dem Band und werden gegen das weiße Substrat sichtbar. Jeder Streifen wird gezählt und in der Tabelle, wie gezeigt, aufgezeichnet. Wie zu sehen ist, schnitten die erfindungsgemäßen Toner allgemein besser als der Kontroll-Toner ab.
Zusätzlich zeigen 3 und 4 Mikrobilder der Reinigungsabstreiferkante nach dem Druck von 7.000 Seiten mit einem Toner, der ein 50% geöltes Silika bezogen auf das Gesamt-Silika umfasst, im Vergleich zu einem Toner, der zu 100% ungeöltes Silika umfasst. Die Bilder zeigen deutlich, wie die Abstreiferkante bei Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Toner (4) nahezu rein im Vergleich zu den verschlissenen Kanten bei Verwendung des Kontroll-Toners (3) ist, und sie zeigen, wie gut die Reinigungsleistung verbessert ist.
Wie aus den Testergebnissen zu sehen ist, verbesserte die Zugabe des Silikonöls die Reinigungsfunktionalität unter den Stressbedingungen erheblich. Die Tests zeigten, dass das Silikonöl die exzellente Tonerdichte und die Hintergrundstabilität nicht beeinträchtigte. Die beispielhafte Tonerzusammensetzung zeigte vergleichbare Dichte- und Hintergrundleistung zu einer OEM-Patrone, die als Kontrolle mitgeführt wurde.

Claims

Verfahren zur Produktion einer Tonerzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Mischen eines Harzes, eines Farbstoffs, eines Wachses und optional eines Ladungssteuerungsagens zur Bildung von Harzpartikeln; Mischen eines ersten anorganischen Feinpulvers und Silikonöl zur Bildung eines geölten anorganischen Feinpulvers; und Zugabe des geölten anorganischen Feinpulvers zu den Harzpartikeln und Mischen des geölten anorganischen Feinpulvers mit den Harzpartikeln zur Bildung von Tonerpartikeln; wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem zweiten Mischschritt ein zweites anorganisches Feinpulver zu dem ersten anorganischen Feinpulver und dem Silikonöl gegeben wird.
Tonerzusammensetzung, die Folgendes umfasst: Harzpartikel, die weiter Folgendes umfassen: ein Harz, einen Farbstoff, ein Wachs, und optional ein Ladungssteuerungsagens; und ein Additiv, das ein erstes anorganisches Feinpulver und ein Silikonöl umfasst, wobei das erste anorganische Feinpulver und das Silikonöl direkt mit den Harzpartikeln gemischt werden, um die Tonerpartikel zu bilden; wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Tonerpartikel eine Rundheit von mehr als 0,975 aufweisen.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Tonerpartikel eine mittlere Partikelgröße von ca. 4 bis ca. 9 µm aufweisen.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das anorganische Feinpulver aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Silika, Aluminiumoxid, Titanoxid, Bariumtitanat, Magnesiumtitanat, Calciumtitanat, Strontiumtitanat, Zinkoxid, Quarzsand, Ton, Glimmer, Wollastonit, Diatomeenerde, Chromoxid, Ceroxid, Eisenoxid rot, Antimontrioxid, Magnesiumoxid, Zirconiumoxid, Bariumsulfat, Bariumcarbonat, Calciumcarbonat, Silikoncarbid, Silikonnitrid und Mischungen davon; und wobei das Silikonöl aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: Dimethylsilikonöl, Methylphenylsilikonöl, Methylhydrogensilikonöl, Alkyl-modifizierte Silikonöle, Chloralkyl-modifizierte Silikonöle, Chlorphenyl-modifizierte Silikonöle, Fettsäure-modifizierte Silikonöle, Polyether-modifizierte Silikonöle, Alkoxy-modifizierte Silikonöle, Carbinol-modifizierte Silikonöle, Amino-modifizierte Silikonöle, Fluor-modifizierte Silikonöle und Mischungen davon.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Silikonöl eine Viskosität von ca. 10 bis ca. 1.000 Centistokes bei Raumtemperatur aufweist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das Silikonöl in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von 500 bis 3.500 parts per million (ppm) vorliegt.
Bildgebender Apparat, der Folgendes umfasst: ein latentes, elektrostatisches bildtragendes Element zum Halten eines latenten elektrostatischen Bildes darauf; eine Entwicklungsbaugruppe zur Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes, das auf dem Element, das das latente, elektrostatische Bild trägt, gehalten wird, wobei die Entwicklungsbaugruppe Folgendes umfasst: eine Tonerzusammensetzung zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes; einen Tonerbehälter zum Halten der Tonerzusammensetzung; und ein Toner-tragendes Element zum Tragen der Tonerzusammensetzung, die in dem Tonerbehälter gehalten wird, und Transportieren der Tonerzusammensetzung zu einem Bereich auf dem Element, das das latente, elektrostatische Bild trägt, wo das latente, elektrostatische Bild entwickelt wird; und eine Reinigungseinheit zum Reinigen der Oberfläche des Elements, das das latente elektrostatische Bild trägt, wobei die Tonerzusammensetzung Tonerpartikel umfasst, die Folgendes umfassen: Harzpartikel, die weiter Folgendes umfassen: ein Harz, einen Farbstoff, ein Wachs, und optional ein Ladungssteuerungsagens; und ein Additiv, das ein erstes anorganisches Feinpulver und ein Silikonöl umfasst, wobei das erste anorganische Feinpulver und das Silikonöl direkt mit den Harzpartikeln zur Bildung der Tonerpartikel gemischt werden, wobei keine Wärmebehandlung erforderlich ist, um das Silikonöl an das anorganische Feinpulver zu anzuhaften.
Bildgebender Apparat nach Anspruch 9, wobei die Reinigungseinheit einen Reinigungsabnehmer umfasst, und der Reinigungsabnehmer erfährt nach Druck von 20.000 Seiten geringen bis keinen Verschleiß durch das Reinigen der Tonerpartikel von dem Element, das das latente elektrostatische Bild trägt.