DE102014220717A1

DE102014220717A1 - Biobasiertes Tonerharz mit verbesserter Fixierleistung

Info

Publication number: DE102014220717A1
Application number: DE201410220717
Authority: DE
Inventors: Richard P.N. Veregin; Edward G. Zwartz; Guerino G. Sacripante; Yulin Wang; Cuong Vong
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2015-04-23
Also published as: RU2014139771A; US20150111141A1; MX2014011915A; CA2867711A1; BR102014025045A2; JP2015082111A

Abstract

Diese Offenbarung beschreibt einen nachhaltigen Toner mit einem bevorzugten heißen Offset und Gloss Mottle, der ein Bioharz umfasst, wobei die Toneroberfläche ein Kohlenstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis aufweist, das höher als das bestehender biobasierte Toner ist, die ein Bioharz umfassen.

Description

Ein Schlüsselproblem bei dem aktuellen nachhaltigen, biobasierten Harzdesign ist die heiße Offsettemperatur (HOT) und die Gloss Mottle-Temperatur bei der Fixierleistung. Bioharze besitzen allgemein ein niedrigeres Kohlenstoff-zu-Sauerstoff(C/O)-Verhältnis, niedriger als in Harzen herkömmlicher Toner.
Es wird ein biobasiertes Harz für optimierte HOT und Mottle-Temperatur bei der Fixierungsleistung beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen Toner, der aus einem biobasierten Harz hergestellt wird, der für Fixierleistung, wie HOT-Offset, durch die Auswahl von Reagenzien optimiert ist, die zu einem höheren Toneroberflächen-Kohlenstoff-zu-Sauerstoff(C/O)-Verhältnis beitragen als in biobasierten Harzen. Ein höheres C/O-Verhältnis in einem Biotoner kann durch Auswahl des Bioharzes oder anderer Harze in Toner und Wachs resultieren, die bei Zweikomponenten-Entwicklern, die auch einen Träger mit Harzen mit höheren C/O-Verhältnissen darauf besitzen, auf der Toneroberfläche vorkommen können.
Ein Biotoner des Interesses kann ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: i) ein Gesamtharz-C/O-Verhältnis < 4; oder ii) das Endtoneroberflächen-C/O-Verhältnis ist um ca. 0,2 bis ca. 0,6 größer als das mittlere Tonerharz-C/O-Verhältnis. Das Endtoneroberflächen-C/O-Verhältnis kann unter ca. 4,2, 4,1, 4,0, 3,9 oder darunter liegen.
Prozesse zur Herstellung eines biobasierten Harzes erfordern eine erste Reaktion, bei der ein Biopolyol durch Umsetzung von z. B. einer Bio-Monocarboxylsäure, wie einer Kolophoniumsäure, mit einem Polyol erhalten wird, der Stellen besitzt, die mit einem Carboxylsäurerest reagieren können, wie ein reaktives Polyglycol, z. B. ein Polyglycol mit einer Epoxidgruppe, wie Bis-(epoxypropyl)-neopentylenglycol. Die Reaktionen sind in folgendem Schema (A) gezeigt:
(A)
Das Kolophoniumdiol wird dann mit einer Mischung von Disäure, wie Terephthalsäure, und Diol, wie Propylenglycol, umgesetzt, um das biobasierte oder nachhaltige Harz zu erhalten.
Ein Problem bei dem oben aufgeführten Bioharz ist die schlechte HOT und Mottle-Fixierleistung, was die maximale Temperatur in dem Fixierer begrenzt, bei der der Toner beginnt, an der Fixierwalze zu kleben, was in der Folge zu Fehlern bei der Bildqualität führt, die Mottling im Bild und später zum Haften von Toner an der Fixierwalze verursachen.
Toner, die aus dem oben aufgeführten Harzprozess hergestellt sind, können für HOT-Fixierung optimiert werden, indem ein Toneroberflächen-Kohlenstoff-zu-Sauerstoff(C/O)-Verhältnis verwendet wird, das höher als in herkömmlichen Bioharzen ist. Dies kann durch Auswahl von Toner und Reagenzien erzielt werden, die das C/O-Verhältnis auf der Toneroberfläche erhöhen oder verbessern.
Das ”C/O”-Verhältnis einer Verbindung und auf der Oberfläche des Tonerpartikels ist auf molekularer Ebene die relative Menge von Kohlenstoffatomen und Sauerstoffatomen einer Verbindung. In multimolekularen Strukturen kann das C/O-Verhältnis bestimmt werden, wenn die Molekülformel bekannt ist. Für molekulare Komplexe, wie ein Tonerpartikel, kann das C/O-Verhältnis durch Analyse der Komponenten und deren relativen Mengen in dem Partikel abgeschätzt werden. Das C/O-Verhältnis der Oberfläche des Partikels kann z. B. mittels Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) durch Verwendung von Geräten bestimmt werden, die von Physical Electronics, MN, Applied Rigaku Technologies, TX, Kratos Analytical, UK usw. verfügbar sind.
Sofern nicht anders vermerkt, verstehen sich sämtliche Zahlen, die Mengen und Zustände usw. in der Beschreibung und in den Ansprüchen ausdrücken, in allen Fällen als modifiziert um den Begriff ”ca.”. ”Ca.” versteht sich als Hinweis auf eine Abweichung von nicht mehr als 10% von dem angegebenen Wert. Die ebenfalls hier verwendeten Begriffe ”äquivalent”, ”ähnlich”, ”im Wesentlichen”, ”näherungsweise” und ”passend” sowie grammatikalische Variationen davon besitzen allgemein akzeptierte Definitionen oder verstehen sich mindestens dahingehend, dass sie die gleiche Bedeutung wie ”ca.” besitzen.
Wie hier verwendet, ist ein Polymer durch das bzw. die Monomere definiert, durch die das Polymer gebildet ist. Wo z. B. in einem Polymer eine Terephthalsäure per se nicht vorkommt, bedeutet dies, wie hier verwendet, dass das Polymer eine Terephthalsäure umfasst. Ein Biopolymer, das aus dem hier offenbarten Eintopf-Prozess hergestellt ist, kann also Terephthalat/Terephthalsäure, Bernsteinsäure und Dehydroabietinsäure umfassen. Man kann auch sagen, dass das Biopolymer 1,2-Propandiol als Diol umfasst, da Diol mit Terephthalat/Terephthalsäure und Bernsteinsäure verwendet wird.
Wie hier verwendet, betrifft ”biobasiert” oder die Vorsilbe ”bio” ein Reagens oder Produkt, das vollständig oder teilweise aus biologischen Produkten zusammengesetzt ist, einschließlich pflanzlichen, tierischen und marinen Materialien oder Derivaten davon. Im Allgemeinen ist ein biobasiertes oder ein Biomaterial biologisch abbaubar, d. h. im Wesentlichen oder vollständig biologisch abbaubar, wobei unter ”im Wesentlichen” zu verstehen ist, dass mehr als 50%, mehr als 60%, mehr als 70% oder mehr des Materials aus dem ursprünglichen Molekül durch einen biologischen oder umwelttechnischen Mechanismus, wie durch Bakterien, Tiere, Pflanzen, Licht, Temperatur, Sauerstoff usw. im Laufe von Tagen, im Laufe von Wochen, eines Jahres oder mehr, im Allgemeinen jedoch nicht länger als innerhalb von zwei Jahren, zu einer anderen Form abgebaut werden. Ein ”Bioharz” ist ein Harz, wie ein Polyester, das vollständig oder teilweise ein biobasiertes Material enthält oder daraus zusammengesetzt ist.
Wie hier verwendet, soll ”Kolophonium” oder ”Kolophoniumprodukt” ein Kolophonium, eine Kolophoniumsäure, einen Kolophoniumester usw. umfassen, wie auch ein Kolophoniumderivat, das ein Kolophonium ist, das behandelt, z. B. disproportioniert oder hydrogeniert, wurde. Wie dem Fachmann bekannt, ist Kolophonium ein Gemisch aus mindestens acht Monocarboxylsäuren. Abietinsäure kann eine primäre Spezies und die weiteren sieben Säuren Isomere davon sein. Wegen der Zusammensetzung eines Kolophoniums wird oft das Synonym ”Kolophoniumsäure” verwendet, um verschiedene von Kolophonium abgeleitete Produkte zu beschreiben. Ein Kolophoniumprodukt umfasst, wie dem Fachmann bekannt, chemisch modifiziertes Kolophonium, wie teilweise oder vollständig hydrogenierte Kolophoniumsäuren, teilweise oder vollständig dimerisierte Kolophoniumsäuren, veresterte Kolophoniumsäuren, funktionalisierte Kolophoniumsäuren, disproportionierte Kolophoniumsäuren oder Kombinationen davon. Kolophoniumsäuren, Kolophoniumester und dimerisiertes Kolophonium sind von Eastman Chemicals, Arizona Chemicals und Arakawa-USA verfügbar. Disproportioniertes Kolophonium ist von Arakawa-USA und hydrogeniertes Kolophonium von Pinova Chemicals verfügbar.
Eine Kolophoniumsäure kann mit einem organischen Bis-Epoxid umgesetzt werden, das sich in einer Ringöffnungsreaktion der Epoxygruppe an die Carboxylsäuregruppe einer Kolophoniumsäure bindet und ein verbundenes Molekül bildet, einen Bis-Kolophoniumester. Zur Bildung des Kolophoniumesters kann ein Katalysator in das Reaktionsgemisch gegeben werden. Geeignete Katalysatoren umfassen Tetraalkylammoniumhalogenide, wie Tetraethylammoniumbromid, Tetraethylammoniumiodid, Tetraethylammoniumchlorid, Tetraalkylphosphoniumhalogenide usw. Die Reaktion kann unter anaeroben Bedingungen, z. B. in einer Stickstoffatmosphäre, ausgeführt werden. Die Reaktion kann bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt werden, wie von ca. 100°C bis ca. 200°C, von ca. 105°C bis ca. 175°C, von ca. 110°C bis ca. 170°C usw., obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche als Designwahl verwendet werden können. Der Fortschritt der Reaktion kann durch Bestimmen der Säurezahl des Reaktionsprodukts überwacht werden, und wenn die Kolophoniumsäure vollständig oder größtenteils umgesetzt ist, liegt die Gesamtsäurezahl des Produkts unterhalb von ca. 4 meq KOH/g, unterhalb von ca. 1 meq KOH/g, bei ca. 0 meq KOH/g. Die Säurezahl von Kolophonium kann durch Zugabe eines Überschusses von Bis-Epoxidmonomer manipuliert werden. Das zuvor aufgeführte Kolophoniumdiol wird dann mit Terephthalsäure (oder Dimethylterephthalat) und Bernsteinsäure und einem Überschuss an 1,2-Propandiol umgesetzt, um das biobasierte Polyesterharz mittels eines Polykondensationsprozesses unter Entfernung des Nebenprodukts Wasser (und/oder Methanol) und eines Teils des Überschusses von 1,2-Propandiol zu bilden. Weiter können am Ende des Polykondensationsschritts geeignete Säuren, umfassend Biopolycarboxylsäuren, wie organische Säure, wie Fumarsäure, Bernsteinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Maleinsäure, zugegeben werden, um die Säurezahl des biobasierten Harzes zu kontrollieren, so dass eine Säurezahl von ca. 8 bis ca. 16 meq KOH/g erhalten wird.
A.
Der Biopolyester des Interesses wird allein oder in Kombination mit ein oder mehreren bekannten Harzen, wie kristallinem Harz oder einem Acrylat, in einem Toner verwendet.
Ein Toner kann z. B. zwei Formen amorpher Polyesterharze, von denen einer ein Biopolymer des Interesses ist, sowie ein kristallines Harz in relativen Mengen als Designwahl umfassen.
Das Biopolymer kann in einer Menge von ca. 25 bis ca. 85 Gewichtsprozent, von ca. 55 bis ca. 80 Gewichtsprozent der Tonerpartikel auf Feststoffbasis vorkommen.
a.
Geeignete Polyesterharze umfassen z. B. solche, die kristallin und amorph sind, Kombinationen davon und Ähnliche. Die Polyesterharze können linear, verzweigt, vernetzt, Kombinationen davon und Ähnliche sein.
Wenn ein Gemisch verwendet wird, wie amorphe und kristalline Polyesterharze, kann das Verhältnis von kristallinem Polyesterharz zu amorphen Polyesterharz ca. 1:99 bis ca. 30:70 betragen.
Ein Polyesterharz kann synthetisch erhalten werden, z. B. in einer Veresterungsreaktion mit einem Reagens, das eine Carboxylsäure- oder Estergruppe umfasst, und einem weiteren Reagens, das einen Alkohol umfasst. Das Alkoholreagens kann zwei oder mehr Hydroxylgruppen, drei oder mehr Hydroxylgruppen umfassen. Die Säure kann zwei oder mehr Carboxylsäure- oder Estergruppen, drei oder mehr Carboxylsäure- oder Estergruppen umfassen. Reagenzien mit drei oder mehr funktionellen Gruppen ermöglichen, fördern oder ermöglichen und fördern Polymerverzweigung und -vernetzung.
Beispiele für Polysäuren oder Polyester, die eine Biosäure oder ein Bioester sein können und für die Präparation eines amorphen Polyesterharzes verwendet werden können, umfassen Kolophoniumsäure, Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Trimellitinsäure, Diethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Dimethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Cyclohexansäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandiolsäure, Dimethylnaphthalendicarboxylat, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Naphthalindicarboxylsäure, dimere Disäure, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat und Kombinationen davon. Das Polysäure- oder Polyesterreagens kann z. B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-% des Harzes, von ca. 42 bis ca. 52 Mol-% des Harzes, von ca. 45 bis ca. 50% des Harzes unabhängig von der Anzahl der Spezies der verwendeten Säure- oder Estermonomere vorliegen.
Beispiele für Polyole, die zur Erzeugung eines amorphen Polyesterharzes verwendet werden können, umfassen 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, Pentandiol, Hexandiol, 2,2-Dimethylpropandiol, 2,2,3-Trimethylhexandiol, Dodecandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol, Heptandiol, Xylendimethanol, Cyclohexanediol, Diethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglycol, Dibutylenglycol und Kombinationen davon. Die Menge Polyol kann variieren und z. B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-% des Harzes, von ca. 42 bis ca. 55 Mol-%, von ca. 45 bis 53 Mol-% des Harzes vorliegen, und ein zweites Polyol kann in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 10 Mol-%, von ca. 1 bis ca. 4 Mol-% des Harzes verwendet werden.
Zur Bildung eines kristallinen Polyesterharzes umfassen geeignete Polyole aliphatische Polyole mit ca. 2 bis ca. 36 Kohlenstoffatomen, wie 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 2,2-Dimethylpropan-1,3-diol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und Ähnliche; einschließlich ihrer Strukturisomere. Das Polyol kann in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-%, von ca. 42 bis ca. 55 Mol-%, von ca. 45 bis ca. 53 Mol-% gewählt werden, und ein zweites Polyol kann in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 10 Mol-%, von ca. 1 bis ca. 4 Mol-% des Harzes verwendet werden.
Beispiele für Polysäure- oder Polyesterreagenzien zur Präparation eines kristallinen Harzes umfassen eine Kolophoniumsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Diethylfumarat, Dimethylitaconat, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Cyclohexandicarboxylsäure (gelegentlich hier als Cyclohexandisäure bezeichnet), Malonsäure und Mesaconsäure, einen Polyester oder ein Anhydrid davon. Die Polysäure kann in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-%, von ca. 42 bis ca. 52 Mol-%, von ca. 45 bis ca. 50 Mol-% des Harzes gewählt werden, und optional kann eine zweite Polysäure in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 10 Mol-% des Harzes verwendet werden.
Das kristalline Harz kann z. B. in einer Menge von ca. 1 bis ca. 85 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten vorliegen. Das kristalline Harz kann Schmelzpunkte von ca. 30°C bis ca. 120°C aufweisen. Das kristalline Harz kann ein Zahlenmittel der Molekularmasse (M_n), wie mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen, von ca. 1.000 bis ca. 50.000 und ein Massenmittel der Molekularmasse (M_w), wie mittels GPC gemessen, von z. B. ca. 2.000 bis ca. 100,000 aufweisen. Die Molekularmassenverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann z. B. ca. 2 bis ca. 6 sein.
Ein Toner kann zwei oder mehr Harze umfassen. Ein Harz kann ein hochmolekulares, amorphes Harz, und ein zweites Harz kann ein niedermolekulares, amorphes Harz sein.
Wie hier verwendet, kann ein hochmolekulares, amorphes Harz z. B. einen Massenmittel der Molekularmasse (M_w) von über ca. 55.000, z. B. von ca. 55.000 bis ca. 150.000, wie mittels GPC unter Verwendung von Poylstyrenstandards gemessen, aufweisen.
Ein hochmolekulares, amorphes Polyesterharz kann eine Säurezahl von ca. 8 bis ca. 20 mg KOH/g aufweisen. Hochmolekulare, amorphe Polyesterharze, die von einer Anzahl kommerzieller Quellen verfügbar sind, können eine Vielzahl von Schmelzpunkten aufweisen, z. B. von ca. 30°C bis ca. 140°C.
Ein niedermolekulares, amorphes Polyesterharz besitzt z. B. eine M_w von 50.000 oder weniger, von ca. 2.000 bis ca. 50.000, wie mittels PPC bestimmt. Die niedermolekularen, amorphen Polyesterharze, verfügbar von kommerziellen Quellen, können eine Säurezahl von ca. 8 bis ca. 20 mg KOH/g aufweisen. Die niedermolekularen, amorphen Polyesterharze können eine Anfangs-T_g von ca. 40°C bis ca. 80°C, wie z. B. mittels dynamischer Differenzialkalorimetrie (DDK) gemessen, aufweisen.
In der Polyesterreaktion können Kondensationskatalysatoren verwendet werden, die Tetraalkyltitanat, Dialkylzinnoxide, Tetraalkylzinne, Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinnoxid, Dialkylzinnoxidhydroxide, Aluminumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinnoxid, Zinnchlorid, Butylzinnsäure oder Kombinationen davon umfassen.
Solche Katalysatoren können in Mengen von ca. 0,01 Mol-% bis ca. 5 Mol-% basierend auf der Menge des anfänglichen Polysäure-, Polyol- oder Polyesterreagens in dem Reaktionsgemisch verwendet werden.
Es können Verzeigungsagenzien verwendet werden, die z. B. eine multivalente Polysäure umfassen. Das Verzweigungsreagens kann in einer Menge von ca. 0,01 bis ca. 10 Mol-% des Harzes verwendet werden.
Vorteilhafte Eigenschaften für Toner, die ein Bioharz umfassen, werden erhalten, wenn Tonerkomponenten und Entwicklerkomponenten so ausgewählt werden, dass das Tonerpartikel und der Entwickler, ein höheres C/O-Verhältnis an der Oberfläche der Partikel aufweisen, wie ca. 4. In einigen Ausführungsformen wird ein Verhältnis von 4,2 nicht überschritten. Dies kann teilweise durch Auswahl von Tonerkern-Harzmonomeren mit höherem C/O auftreten, wie solche, die eine Phenylgruppe, eine Benzylgruppe, eine Thiopyrangruppe, eine Pyridinylgruppe, eine Pyranylgruppe usw. umfassen; Wachse, die oft einen höheren C/O aufweisen, Tonerhüllen-Harzmonomere mit höherem C/O, so als wenn ein Bioharz in dem Hüllharz enthalten ist, usw., so dass das resultierende Tonerpartikel einen Oberflächen-C/O aufweist, wie mittels XPS bestimmt. Einige Kolophoniumsäuren besitzen z. B. einen höheren C/O als andere in dem Toner verwendete Biomaterialien.
Allgemein werden, wie dem Fachmann bekannt, Polysäure/Polyester- und Polyolreagenzien gemischt, optional mit einem Katalysator, und bei erhöhter Temperatur, wie von 130°C oder mehr, von ca. 140°C oder mehr, von ca. 150°C oder mehr usw. inkubiert, obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können, wobei dies anaerob ausgeführt werden kann, um Veresterung bis zum Gleichgewicht zu ermöglichen, wodurch allgemein Wasser oder ein Alkohol, wie Methanol, entsteht, das bzw. der aus Bildung der Esterbindungen bei den Veresterungsreaktionen stammt. Die Reaktion kann unter Vakuum durchgeführt werden.
Es wird hier eine Eintopfreaktion zur Produktion eines Biopolyesterharzes offenbart, das für die Verwendung in einem bildgebenden Toner geeignet ist. Ein Bio-Polyester kann prozessiert werden, um ein Polymerreagens zu bilden, das getrocknet und zu fließfähigen Partikeln, wie einem Pellet, einem Pulver oder Ähnlichen, geformt werden kann. Das Polymerreagens kann dann z. B. mit anderen Reagenzien vereinigt werden, die zur Herstellung eines Tonerpartikels geeignet sind, wie einem Farbstoff und/oder einem Wachs, und auf bekannte Weise zur Produktion von Tonerpartikeln prozessiert werden.
Polyesterharze können ein oder mehrere Eigenschaften aufweisen, wie eine T_g (Anfang) von mindestens über 40°C, einen T_s von mindestens über 110°C, einer Säurezahl von mindestens 10, mindestens ca. 12,5, mindestens ca. 15 und einem M_w von mindestens ca. 5.000.
Es können gefärbte Pigmente, wie Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Orange, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon verwendet werden.
Der Farbstoff, z. B. Carbon Black, Cyan, Magenta und/oder Gelb, kann in einer Menge eingebunden sein, die geeignet ist, die gewünschte Farbe auf den Toner zu übertragen. Allgemein kann Pigment oder Farbstoff in einer Menge von 0 bis ca. 35 Gewichtsprozent der Tonerpartikel auf Feststoffbasis vorliegen.
In einem Tonerpartikel kann mehr als ein Farbstoff vorliegen.
a.
Tonerzusammensetzungen oder Reagenzien dafür können in Dispersionen vorliegen, die ein Tensid enthalten. Emulsionsaggregationsverfahren, wobei das Polymer und andere Tonerkomponenten kombiniert sind, können ein oder mehrere Tenside einsetzen, um eine Emulsion zu bilden.
Es können ein, zwei oder mehr Tenside verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nicht-ionischen Tensiden oder Kombinationen davon ausgewählt werden. Anionische Tenside und kationische Tenside sind in dem Begriff ”ionische Tenside” umfasst.
Das Tensid oder die Gesamtmenge an Tensiden kann in einer Menge von ca. 0,01 bis ca. 5 Gewichtsprozent der tonerbildenden Zusammensetzung verwendet werden.
Die Toner der vorliegenden Offenbarung können optional ein Wachs enthalten, das entweder ein einzelner Typ Wachs oder eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Typen von Wachsen (hiernach als ”ein Wachs” bezeichnet) sein kann.
Wenn enthalten, kann das Wachs in einer Menge von z. B. ca. 1 Gewichtsprozent bis ca. 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein.
Wachse, die gewählt werden können, umfassen Wachse mit z. B. einem Massenmittel der Molekularmasse von ca. 500 bis ca. 20.000.
Wie hier bereitgestellt, können zur Erhöhung des Tonerpartikel-Oberflächen-C/O Wachse mit einem höheren C/O in einem Toner eingeschlossen werden, sofern Wachs an der Toneroberfläche angeordnet sein kann.
Ein Aggregationsfaktor (oder Koagulans) kann verwendet werden, um das Wachstum der entstehenden Tonerpartikel zu erleichtern, und dieser kann ein anorganisches, kationisches Koagulans sein, wie z. B. Polyaluminiumchlorid (PAC), Polyaluminiumsulfosilikat (PASS), Aluminiumsulfat, Zinksulfat, Magnesiumsulfat, Chloride von Magnesium, Calcium, Zink, Beryllium, Aluminium und Natrium, andere Metallhalogenide, einschließlich monovalenter und divalenter Halogenide.
Der Aggregationsfaktor kann in einer Emulsion in einer Menge von z. B. ca. 0 bis ca. 10 Gewichtsprozent bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt in dem Toner vorhanden sein.
Nach Aggregation kann ein Komplexbildner oder Chelatbildner eingeführt werden, um zur Einstellung des pH beizutragen und/oder um ein Metallkomplexion, wie Aluminium, aus dem Aggregationsprozess zu komplexieren oder zu extrahieren. Der Komplexbildner oder Chelatbildner, der nach Aggregation verwendet wird, kann eine organische, komplexierende Komponente umfassen, wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Hydroxyl-2,2'-iminodibernsteinsäure (HIDS), Dicarboxylmethylglutaminsäure (GLDA), Methylglycidyldiessigsäure (MGDA), Hydroxydiethyliminodiessigsäure (HIDA), Natriumgluconat, ein Citrat, Huminsäure, Fulvinsäure, Salze von EDTA und Mischungen davon.
Die Tonerpartikel können neben anderen Additiven mit ein oder mehrerer von Siliziumdioxid oder Silika (SiO₂), Titandioxid (TiO₂) und/oder Ceroxid gemischt werden.
Zinkstearat kann auch als ein externes Additiv verwendet werden.
Die Tonerpartikel können mittels eines beliebigen Verfahrens nach dem Stand der Technik präpariert werden; so kann z. B. ein beliebiges Emulsions/Aggregationsverfahren mit einem Polyesterharz verwendet werden. Es kann jedoch jedes geeignete Verfahren zum Präparieren von Tonerpartikeln verwendet werden, einschließlich chemischer Prozesse, wie Suspensions- und Verkapselungsprozesse; konventioneller Granulationsverfahren, wie Mahlen mittels Strahlmühle; Pelletieren von Materialplatten; anderer mechanische Prozesse; jeglicher Prozesse zur Produktion von Nanopartikeln und Mikropartikeln; usw.
In Ausführungsformen in Bezug auf einen Emulgations/Aggregationsprozess, kann ein Harz, z. B. wie oben beschrieben hergestellt, in einem Lösungsmittel gelöst und in ein Emulsionsmedium, wie z. B. Wasser, wie deionisiertem Wasser (DIW), gemischt werden, das optional einen Stabilisator und optional ein Tensid enthält. Beispiele für geeignete Stabilisatoren umfassen wasserlösliche Alkalimetallhydroxide, wie Natriumhydroxid. Wenn ein Stabilisator verwendet wird, kann der Stabilisator in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 5 Gewichtsprozent des Harzes vorliegen.
Nach Emulgieren können Tonerzusammensetzungen mittels Aggregation einer Mischung aus einem Harz, optional einem Farbstoff, optional einem Wachs und beliebigen anderen gewünschten Additiven in einer Emulsion, optional mit Tensiden, wie oben beschrieben, und dann optionales Verbinden der aggregierten Partikel in der Mischung präpariert werden. Eine Mischung kann durch Zugabe eines optionalen Wachses oder anderer Materialien, die optional auch in einer Dispersion vorliegen können, einschließend ein Tensid, zu der Emulsion präpariert werden, die ein harzbildendes Material oder ein Harz umfasst. Der pH der resultierenden Mischung kann mit einer Säure eingestellt werden, wie z. B. Essigsäure, Salpetersäure oder Ähnlichem oder einem Puffer. Der pH der Mischung kann auf ca. 2 bis ca. 4,5 eingestellt werden.
Anschließend an die Präparation der oben aufgeführten Mischung werden größere Partikel oder Aggregate, oftmals in der Größe von Mikrometern, aus den kleineren Partikeln der anfänglichen Polymerisationsreaktion, oftmals in der Größe von Nanometern, erhalten. Um den Prozess zu erleichtern, kann ein Aggregationsmittel zugegeben werden.
Der Aggregationsfaktor kann bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (T_g) des Harzes oder eines Polymers zu der Mischung gegeben werden.
Der Aggregationsfaktor kann zur Bildung eines Toners zu den Mischungskomponenten in einer Menge von z. B. ca. 0,1 parts per hundred (pph) bis ca. 1 pph gegeben werden.
Zur Kontrolle der Aggregation der Partikel kann der Aggregationsfaktor über die Zeit in die Mischung abgemessen werden.
Die Partikel können zur Aggregation gebracht werden, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist. Die Partikelgröße wird während des Wachstumsprozesses z. B. mit einem COULTER COUNTER auf mittlere Partikelgröße überwacht.
Wenn die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel oder -aggregate erreicht ist, kann der pH der Mischung mit einer Base oder einem Puffer auf einen Wert von ca. 5 bis ca. 10 eingestellt werden. Die Einstellung des pH kann verwendet werden, das Wachstum der Tonerpartikel einzufrieren, d. h. zu stoppen. Die zum Stoppen des Tonerpartikelwachstums verwendete Base kann z. B. ein Alkalimetallhydroxid sein, wie z. B. Natriumhydroxid. Ein Chelator, wie EDTA, kann zugegeben werden, um die Einstellung des pH auf den gewünschten Wert zu unterstützen.
Nach Aggregation aber vor dem Verbinden kann eine Harzbeschichtung auf die aggregierten Partikel aufgetragen werden, um eine Hülle darum zu bilden. Die Hülle kann ein beliebiges hier beschriebenes oder dem Fachmann bekanntes Harz umfassen. Ein amorphes Polyesterharzlatex, wie hier beschrieben, kann in der Hülle enthalten sein.
Wie hier bereitgestellt, wenn ein Biopolymer für die Hülle verwendet wird, kann ein Harz mit einem höheren C/O gewählt werden, so dass die Tonerpartikel-Oberfläche einen höheren C/O aufweist.
Die Hülle kann in einer Menge von ca. 1 Gewichtsprozent bis ca. 80 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten vorliegen.
Nach Aggregation zu einer gewünschten Partikelgröße und Auftragen einer optionalen Hülle können die Partikel dann zu einer gewünschten Endform, wie zu einer zirkularen Form, verbunden werden, um z. B. Unregelmäßigkeiten in Form und Größe zu korrigieren, wobei die Verbindung z. B. durch Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ca. 45°C bis ca. 100°C, die bei oder oberhalb der T_g der zur Bildung der Tonerpartikel verwendeten Harze liegt, und/oder Verminderung des Rührens, von z. B. 1.000 rpm auf ca. 100 rpm erzielt wird. Die Verbindung kann über eine Zeitspanne von ca. 0,01 bis ca. 9 Stunden ausgeführt werden.
Optional kann ein Verbindungsmittel verwendet werden. Beispiele für geeignete Verbindungsmittel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Bezoesäurealkylester, Esteralkohole, Lösungsmittel vom Glycol/Ethertyp, langkettige aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Mischungen davon und Ähnliches.
Nach der Verbindung kann die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wie auf ca. 20°C bis ca. 25°C. Nach dem Abkühlen können die Tonerpartikel optional mit Wasser gewaschen und dann getrocknet werden.
Der Toner kann beliebige bekannte Ladungsadditive in Mengen von ca. 0,1 bis ca. 10 Gewichtsprozent des Toners enthalten.
Ladungsverstärkende Moleküle können verwendet werden, um entweder eine positive oder eine negative Ladung auf ein Tonerpartikel zu übertragen.
Oberflächenadditive können zu den Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung gegeben werden, z. B. nach dem Waschen oder Trocknen. Beispiele für solche Oberflächenadditive umfassen z. B. ein oder mehrere von einem Metallsalz, einem Metallsalz einer Fettsäure, einem kolloidalen Silika, einem Metalloxid, Mischungen davon und Ähnliches.
Oberflächenadditive können in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 10 Gewichtsprozent des Toners verwendet werden.
Das Additiv kann in einer Menge von ca. 0,05 bis ca. 5% des Toners vorhanden sein, wobei die Additive während der Aggregation zugegeben oder in das gebildete Tonerprodukt gemischt werden können. Um einen höheren C/O zu erzielen, kann eine beliebige organische Verbindung auf der Oberfläche eines Tonerpartikels, wie eine Verbindung, wie ein Schmiermittel, ausgewählt werden, das eine Fettsäure umfasst.
Der Gloss eines Toners kann über die Menge der in einem Partikel zurückgehaltenen Metallionen, wie Al³⁺, beeinflusst werden. Die Menge zurückgehaltener Metallionen kann durch Zugabe eines Chelators, wie EDTA, eingestellt werden. Die Menge von in Tonerpartikeln zurückgehaltenen Katalysators, z. B. Al³⁺, kann ca. 0,1 pph bis ca. 1 pph betragen. Der Gloss-Level eines Toners der vorliegenden Offenbarung kann einen Gloss, wie mittels Gardner Gloss-Einheiten (GU, Gloss Units) gemessen, von ca. 20 GU bis ca. 100 GU aufweisen.
Toner der vorliegenden Offenbarung können auch eine Parent Tonerladung pro Masse-Verhältnis (q/m) von ca. –5 μC/g bis ca. –90 μC/g und eine Endtonerladung nach Oberflächenadditiv-Mischung von ca. –15 μC/g bis ca. –80 μC/g aufweisen.
Die Eigenschaften der Tonerpartikel können mittels beliebiger geeigneter Techniken und Geräte bestimmt werden. Volumengemittelte Partikeldurchmesser und geometrische Standardabweichung können unter Verwendung eines Instruments, wie einem Beckman Coulter MULTISIZER 3 gemessen werden, der nach Herstellerangaben bedient wird.
Die trockenen Tonerpartikel, ohne externe Oberflächenadditive, können folgende Eigenschaften aufweisen: (1) volumengemittelter Durchmesser (auch als volumengemittelter Partikeldurchmesser bezeichnet) von ca. 2,5 bis ca. 20 μm; (2) zahlengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDn) und/oder volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) von ca. 1,18 bis ca. 1,30; und (3) Zirkularität von ca. 0,9 bis ca. 1,0 (gemessen mit z. B. einem Sysmex FPIA 2100-Analysator).
Die so gebildeten Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können mit Trägerpartikeln gemischt werden, um eine Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu erhalten. Die Tonerkonzentration in dem Entwickler kann ca. 1 bis ca. 25 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen.
1.
Beispiele für Trägerpartikel zur Mischung mit den Tonerpartikeln umfassen solche Partikel, die fähig sind, triboelektrisch eine Ladung entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerpartikel zu erhalten.
Die Trägerpartikel können einen Kern mit einer Beschichtung darüber enthalten, die aus einem Polymer oder einer Mischung aus Polymeren gebildet wird, die in der triboelektrischen Reihe nicht in enger Nachbarschaft dazu stehen, so wie die, die hier gelehrt oder dem Fachmann bekannt sind. Die Beschichtung kann ein Beschichtungsgewicht von z. B. ca. 0,1 bis ca. 5% des Gewichts des Trägers aufweisen.
Wie hier bereitgestellt, können das oder die Harze, die zur Beschichtung eines Trägers ausgewählt werden, solche mit einem höheren C/O sein.
A.
Diese Toner oder Entwickler können für elektrostatografische oder elektrofotografische Prozesse verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann ein beliebiger Typ Bildentwicklungssystem in einem bildentwickelnden Gerät verwendet werden, einschließlich z. B. Entwicklung mit Magnetbürste, springende Einkomponentenentwicklung (jumping single component development), Hybrid scavengeless Development (HSD) und Ähnliches.
Anteile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angezeigt. Wie hier verwendet, betrifft ”Raumtemperatur” (RT) eine Temperatur von ca. 20°C bis ca. 30°C.
Beispiel 1
Ein 2 l-Buchi-Reaktor mit einem mechanischen Rührer und einem Destillierapparat wurde mit 220 g Neopentylglycoldiglycidylether (Nagase Chemicals), 530 g disproportionierter Kolophoniumsäure (Rondis R, Arakawa Chemicals) und 0,64 g Tetraethylammoniumbromid als Katalysator beladen. Die Reaktion wurde graduell auf 175°C über 240 min erhitzt und ca. 120 min auf dieser Temperatur gehalten, bis die Säurezahl unter 5 meq/g KOH betrug. Zu dem resultierenden Kolophoniumdiol wurden 480 g Terephthalsäure, 40 g Bernsteinsäure, 460 g Propylenglycol und 3 g Zinnsäure, verfügbar als FASCAT 4100 (Arkema Chemicals), gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde auf 210°C über 240 min bei einem Druck von 100 kPa erhitzt und dann ca. 4.800 min bei dieser Temperatur gehalten, bis die Säurezahl unter 10 meq/g KOH betrug. Während dieser Zeit wurde das Nebenprodukt Wasser in der Destillationsvorlage gesammelt. Der Druck der Reaktion wurde dann auf ca. 10 mm-Hg über 60 min vermindert und aufrecht erhalten, bis die Erweichungstemperatur ca. 115°C, wie mittels eines Mettler Erweichungstemperatur-Apparats gemessen, beträgt. Die Mischung wird dann auf 190°C erhitzt, und 20,3 g Fumarsäure werden zugegeben. Die Reaktion wird weitere 3 Stunden aufrecht erhalten. Die Mischung wird dann durch das Boden-Ablassventil abgelassen und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das endgültige Harz besaß eine Erweichungstemperatur von 114,5°C, wie mittels Mettler FP90-Apparat gemessen, eine Anfangs-Glasübergangstemperatur von 57,4°C, wie mittels dynamischer Differenzialkalorimetrie gemessen, eine Säurezahl von 14,45 mg KOH/g, ein Zahlenmittel der Molekularmasse von 3,050 g/mol und ein Massenmittel der Molekularmasse von 40.900 g/mol, wie mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyren-Standards gemessen.
Es wurde ein Satz von Tonern mit variierender Verbindungszeit und Zirkularität präpariert. Die Verbindungstemperatur betrug für alle Reaktionen 75°C. Alle Toner waren aus demselben Pigment, Wachs und kristallinen Polyester zusammengesetzt. Die Partikeleigenschaften der Toner sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Toner Verbindungszeit (min) Zirkularität Größe (μm)

1 60 0,960 6,14

2 72 0,967 5,6

3 176 0,957 5,89

4 180 0,965 5,89

5 120 0,963 6,34
Fixierdaten wurden von unfixierten Bildern bei einem TMA (Toner Mass per Unit Area; Tonermasse pro Einheitsfläche) von 1,00 mg/c² gesammelt, die auf einem Xerox CXS-Papier (Color Xpressions Select, 90 gsm, unbeschichtet, P/N 3R11540) hergestellt und für Gloss, Crease und heiße Offset-Messungen, wie dem Fachmann bekannt, verwendet wurden. Proben wurden dann mit einem Xerox 700 Production Fuser CRU bei einer Prozessgeschwindigkeit von 220 mm/s fixiert, wobei die Fixierwalzentemperatur von kalter Offset zu heißer Offset oder bis zu 210°C für Gloss- und Crease-Messungen der Proben variiert wurde.
Es wurde ein Muti-Regressionsmodell erstellt, das die Fixierdaten, wie in Tabellen 2, 3 und 4 gezeigt, an die Anpassungsmodelle für Peak Gloss, Gloss 40-Temperatur (der Temperatur, um Gloss 40 zu erzielen), Minimale Fixiertemperatur (MFT) für akzeptables Crease, Gloss Mottle-Temperatur (Bild Gloss-Mottle aufgrund von Toneranhaftung an Fixierwalze), HOT (der Temperatur, bei der sich der Toner von der Fixierwalze ablöst und somit ein sauberes Blatt Papier verunreinigt, das dem Blatt mit Bild folgt) und COT (kalte Offset-Temperatur) anpasste.

Das Datenmodell wurde in DOE Pro-Software von SigmaZone erzeugt, und alle Werte in der Tabelle sind Standard in statistischen Analysen, wie mittels SigmaZone-Software bestimmt. In den Tabellen hat das Modell eine Vorhersagegleichung für die beste Anpassung (Best Fit) der Variablen abgeleitet, das als das Y-Hat-Modell bekannt ist. Die Faktoren in dem Modell umfassen den konstanten Term, die beiden Haupteingangsvariablen A und B, der Produktterm AB und Quadratterm BB. Für jedes der Modelle, für die Ausgangsvariablen, die Koeffizienten der Regressionsformel für jeden der dargestellten Faktoren; ebenfalls ist p (2-seitig) dargestellt, welches die Wahrscheinlichkeit ist, dass der Koeffizient für eine 2-seitige Verteilung Null ist (die Null-Hypothese), wobei die Software annimmt, dass der Koeffizient signifikant ist, wenn der p-Wert ≤ 0,05 ist, welches bei einem 95%-Konfidenzintervall der Fall ist; und die Toleranz (tol) ist ein Maß, wie vermengt das Modell ist; ein Toleranzwert von 1 zeigt an, dass es keine Vermengung des Effekts der verschiedenen Faktoren in dem Modell gibt. Ebenfalls ist für jedes Modell das R² angegeben, welches das Bestimmtheitsmaß ist, das anzeigt, wie gut Datenpunkte in das Modell passen; und das bereinigte R², das mathematisch bereinigt ist, um den Effekt der Zugabe zusätzlicher Parameter zu der Modellanpassung zu berücksichtigen, um die Bestimmung zu ermöglichen, wenn das Modell überangepasst ist. Das Ideal ist es, den bereinigten R² und den R² zu maximieren, wobei ein R² von 1 eine perfekte Anpassung anzeigt. Der Standardfehler ist die Standardabweichung einer Probe von der vorhergesagten Verteilung, somit eine Anzeige der Variation der Modellvorhersagen zu dem Mittel der Vorhersage. Der F-Wert stammt von der F-Test-Statistik und ist das Verhältnis der Varianz, erklärt durch das Modell, im Vergleich zu der Varianz, die nicht durch das Modell erklärt wird; somit zeigt ein größerer Wert ein gutes Modell an, das einen größeren Anteil der Varianz der Daten erklärt. Der sig-F ist Signifikanz der F-Test-Statistik, wobei ein Wert ≤ 0,05 eine 95% Konfidenz in dem Modell zeigt. Ebenfalls ist die Quadratsumme (SS) der Abweichungen um das Mittel gezeigt, die auf die Regression und den Fehler in dem Modell zurückzuführen sind, sowie die Freiheitsgrade (df) in dem Modell. MS ist das Verhältnis der Quadratsumme zu dem p-Wert.

Y-Hat-Modell		COT			Peak Gloss
Faktor	Name	Koeff.	P (2-seitig)	Tol.	Koeff.	P (2-seitig)	Tol.
Konstante		117,9	0,0000		54,970	0,0000
A	Zirkularität				–0,8478	0,5155	0,8714
B	Verbindungszeit				–1,014	0,2827	0,9694
AB					–5,957	0,0198	0,8278
BB

	R²	0,0000			0,9141
	bereinigtes R²	0,000			0,7996
	Standardfehler	3,5632			1,9362
	F	NA			7, 9845
	Sig F	NA			0,0597

	Quelle	SS	df	MS	SS	df	MS
	Regression	0,0	0	NA	119,7	4	29,9
	Fehler	88,9	7	12,7	11,2	3	3,7
	Gesamt	88,9	7		131,0	7

Tabelle 2. Multi-Regressions-Fixiermodell für COT und Peak Gloss

Y-Hat-Modell		Gloss =40, Temperatur			MFT
Faktor	Name	Koeff	P(2-seitig)	Tol	Koeff	P(2-seitig)	Tol
Konstante		130,57	0,0000		120,04	0,0000
A	Zirkularität	2,134	0,0294	0,8714	–0,19443	0,0000	0,8741
B	Verbindungszeit	3,073	0,0035	0,9694	–0,32531	0,0000	0,9414
AB		21,094	0,0001	0,8278	4,225	0,0000	0,8559
BB		11,916	0,0017	0,7953	–1,132	0,0000	0,7927

	R²	0,9985			1,0000
	bereinigtes R²	0,9965			1,0000
	Standardfehler	0,9129			0,0000
	F	494,7000			3,42E+28
	Sig F	0,0001			0,0000

	Quelle	SS	df	MS	SS	df	MS
	Regression	1649,0	4	412,2	41,4	4	10,4
	Fehler	2,5	3	0,8	0,0	2	0,0
	Gesamt	1651,5	7		41,4	6

Tabelle 3. Multi-Regressions-Fixiermodell für Gloss = 40-Temperatur und MFT

Y-Hat Modell		Mottle-Temperatur			HOT-Temperatur
Faktor	Name	Koeff.	P(2-seitig)	Tol.	Koeff.	P(2-seitig)	Tol.
Konstante		160,06	0,0001		175,45	0,0000
A	Zirkularität	–0,29952	0,9408	0,8714	–2,265	0,1594	0,8714
B	Verbindungszeit	3,885	0,2181	0,9694	–2,977	0,0358	0,9694
AB		20,982	0,0155	0,8278	28,594	0,0002	0,8278
BB		23,646	0,0512	0,7953	19,227	0,0043	0,7953

	R²	0,9508			0,9961
	bereinigtes R²	0,8852			0,9908
	Standardfehler	6,2361			2,0412
	F	14,4978			190,5000
	Sig F	0,0265			0,0006

	Quelle	SS	df	MS	SS	df	MS
	Regression	2255,2	4	563,8	3175,0	4	793,7
	Fehler	116,7	3	38,9	12,5	3	4,2
	Gesamt	2371,9	7		3187,5	7

Tabelle 4. Multi-Regressions-Fixiermodell für Mottle und HOT-Temperatur

In der Tabelle sind nur die signifikanten Faktoren aufgeführt, nicht-signifikante Faktoren wurden deletiert.
Das Modell für die beste Gloss Mottle-Temperatur und die beste HOT war konsistent, aber die Abhängigkeit von Zirkularität und Verbindungszeit war komplex. Durch Variation von Zirkularität und Verbindungszeit ist es möglich, Mottle-Temperatur und HOT zu verbessern.
Oberflächen-Elementaranalyse von XPS (Röntgenfotoelektronenspektroskopie) ergab ein scharfes Signal, das eine deutliche Verbesserung sowohl von Mottle-Temperatur als auch HOT mit verbessertem C/O-Verhältnis (Verhältnis der prozentualen Atomanteile von Kohlenstoff und Sauerstoff) der Toneroberfläche. Die Temperatur zum Erzielen von Gloss 40 verbesserte sich ebenfalls signifikant, während sich der MFT leicht verbesserte und sich der Peak Gloss leicht verschlechterte.
Es wird angenommen, dass die Verbesserung des XPS-Oberflächen-C/O eine erhöhte Menge von Wachs in der Toneroberfläche widerspiegelt, wodurch Gloss Mottle und HOT-Temperatur verbessert werden. Das berechnete Harz-C/O-Verhältnis beträgt für das hier beschriebene Harz 3,59. Das hydrophobe Wachs besitzt ein höheres C/O-Verhältnis, das im Wesentlichen ein Kohlenwasserstoff mit sehr wenig Sauerstoff ist. Wenn auf der Oberfläche der endgültigen Toneroberfläche vorhanden, steigt das C/O-Verhältnis auf einen höheren Wert von ca. 4,15. Wenn das C/O-Verhältnis der endgültigen Toneroberfläche > 3,9 ist, ca. 0,3 größer als das des Harzes, werden gute Gloss Mottle und HOT erzielt. Ein kommerzieller Toner besitzt im Vergleich ein viel höheres C/O-Verhältnis von 4,4 bis 4,7. Über diesen Bereich des C/O-Verhältnisses wird keine Auswirkung auf die Fixier-Gloss Mottle oder HOT beobachtet. Unter einigen Umständen wirkt sich das C/O-Verhältnis, z. B. mit Wachs, also nur aus, wenn das Harz-C/O-Verhältnis unter ca. 4 liegt.
Tabelle 5 zeigt Modellvorhersagen für die Toner. Die produzierten Toner ermöglichten beste Leistung, die zwischen denen eines kommerziell verfügbaren, niedermolekularen Bioharzes und eines hochmolekularen Bioharzes liegt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Biotoner so eingestellt werden kann, dass er Fixierleistungen vergleichbar mit den beiden Kontrollharzen ergibt. Gloss und Crease-Leistung können weiter über die Harz-Molekularmase und Tg eingestellt werden.
Die Toner wurden in einer Bench-Evaluation evaluiert als Zweikomponenten-Entwickler mit kommerzielle verfügbaren Additiven und Träger, wobei einige der Daten in Tabelle 6 dargestellt sind. DOE steht für Design of Experiments (Design der Experimente).

Sowohl A-Zonen- als auch J-Zonen-Ladung für den gemischten Toner waren etwas höher als die Kontrollen, jedoch im vertretbaren Bereich. Es gab keinen signifikanten Effekt durch Variieren der Oberflächen-Wachskonzentration, mit der Ausnahme, dass die Ladungsaufrechterhaltung in der A-Zone signifikant mit der Wachskonzentration verbessert wurde. Für die Messung wurde der Toner zuerst mit kommerziellen Oberflächenadditiven gemischt. Eine Entwicklerprobe wird dann durch Einwiegen von 1,8 g Additivtoner auf 30 g Träger in eine gewaschene 60 ml-Glasflasche präpariert. Der Entwickler wird dann in einer A-Zone-Umgebung von 28°C/85% RH für drei Tage bis zum vollständigen Gleichgewicht konditioniert. Am folgenden Tag wird der Entwickler durch Agitieren der Probe für 2' in einem Turbula-Mischer geladen. Die Ladung pro Einheitsmasse der Probe wird unter Verwendung eines Tribo-Ablasses gemessen. Die Probe wird dann zurück in die A-Zonenkammer in eine Leerlauf-Position gestellt. Die Ladung pro Einheitsmasse-Messung wird erneut nach 7 Tagen wiederholt. Ladungsaufrechterhaltung wird von der 7-Tage-Ladung als Prozentsatz der anfänglichen Ladung berechnet. Ein höherer Wert der Ladungserhaltung ist erwünscht. Nach Analyse der DOE hing die Ladungsaufrechterhaltung linear von dem C/O-Verhältnis und auch von einem anderen Faktor ab, der Oberflächen-Na-Konzentration, wie mittels XPS bestimmt. Die Ergebnisse des Modells sind in Tabelle 6 zusammengefasst, zeigend, dass sich mit steigendem C/O-Verhältnis die Ladungsaufrechterhaltung verbessert. Zum Vergleich ergab ein kommerzieller Xerox 7556-Toner, der als ein Entwickler auf die gleiche Weise präpariert wurde, eine Ladungsaufrechterhaltung von 67%. In diesen Fällen wurde als kein XPS-Na detektiert (die Konzentration liegt unter der Nachweisgrenze) und das höhere C/O-Verhältnis entsprach der kommerziellen Tonerleistung. Die Leistung kann weiter durch Optimieren von Toner-Waschung, Additiv-Design und Mischprozessbedingungen verbessert werden.

Faktor A	Name	Bereich
Faktor A	Zirkularität	0,957–0,967	0,961	0,957	0,963
B	Verbindung (h)	1–3	1	3	3
Multiple Response-Vorhersage		Gemessene Werte	DOE ”Best”	Vorhergesagter Match mit niederer Molekularmasse	Vorhergesagter Match mit hoher Molekularmasse	Niedere Molekularmasse 85°C	Hohe Molekularmasse 85°C
COT		113–123	118	118	118	120	117
Peak Gloss		47–58,8	55,0	60,6	52,0	69,9	52,2
Gloss = 40 T		121–160	143	122	152	120	153
MFT		115–121	120	115	120	113	118
Mottle T		155–200	184	166	194	165	210
HOT T		165–210	204	165	199	165	210

Tabelle 5

Oberflächen-Na mittel XPS (%)	24 h-Ladungsaufrechterhaltung, vorhergesagt (%)
Oberflächen-Na mittel XPS (%)	C/O = 3,68	C/O = 4,14	Verbesserung
0	63,6	67,4	3,8
0,24	60,9	64,7	3,8
0,48	58,2	61,9	3,7

Tabelle 6. Multi-Regressionsmodell-Wert für Ladungsaufrechterhaltung von Biotonern

Claims

Toner, der mindestens ein Bioharz umfasst, wobei der Toner ein Oberflächen-Kohlenstoff-zu-Sauerstoff(C/O)-Verhältnis von mehr als ca. 3,9 umfasst.
Toner nach Anspruch 1, der eine Hülle umfasst, wobei die Hülle ein Bioharz umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei der C/O ca. 3,9 bis ca. 4,2 beträgt.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz eine Kolophoniumsäure umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz einen Neopentylglycoldiglycidylether umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz eine Terephthalsäure umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz eine Bernsteinsäure umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz einen Propylenglycol umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz eine Fumarsäure umfasst.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Bioharz eine disproportionierte Kolophoniumsäure umfasst.