DE102014222242A1

DE102014222242A1 - Super-niedrig schmelzender toner mit kristallinen imidens

Info

Publication number: DE102014222242A1
Application number: DE201410222242
Authority: DE
Inventors: Jordan H. WOSNICK; Ke Zhou; Kentaro Morimitsu; Michael S. Hawkins; Edward G. Zwartz; Valerie M. Farrugia
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2015-05-13
Also published as: US9034546B1; RU2014143115A; US20150132692A1; RU2654212C2; MX360514B; BR102014026059A2; JP6345073B6; RU2014143115A3; JP6345073B2; JP2015094946A; CA2869880C; MX2014013051A; CA2869880A1

Abstract

Ein Toner umfasst ein Polymerharz, optional ein Farbmittel und ein niedermolekulares, kristallines Imid mit einer Molekularmasse mit weniger als 1.000 g/mol. Das Polymerharz kann ein amorphes Harz sein, und eine Mischung des amorphen Harzes und des kristallinen Imids kann durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur des Harzes und durch Fehlen eines Schmelzpunkts für das kristalline Imid gekennzeichnet sein, wie mittels dynamischer Differenzkalorimetrie bestimmt, wobei die Fixierenthalpie des kristallinen Imids in der Mischung weniger als 10% der Fixierenthalpie des kristallinen Imids in Reinform misst. Weiter kann der Toner so gestaltet sein, dass er eine Crease Fix-Mindestfixiertemperatur (MFT) aufweist, die geringer oder vergleichbar der Crease Fix-MFT eines Benchmark-Ultra-Low-Melt-Emulsionsaggregationstoners ist. Geeignete kristalline Imide können N-Alkyl- und N-Arylimid umfassen, wie N-Benzylphthalimid.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrofotografie, ein Verfahren zur Visualisierung von Bildinformationen mittels Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes, das gegenwärtig in verschiedenen Gebieten eingesetzt wird. Der Begriff "elektrostatografisch wird allgemein austauschbar mit dem Begriff "elektrofotografisch" verwendet. Allgemein umfasst Elektrofotografie die Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einem Fotorezeptor, gefolgt von der Entwicklung des Bildes mit einem Entwickler, der einen Toner enthält, und anschließende Übertragung des Bildes auf ein Übertragungsmaterial, wie Papier oder ein Blatt, und Fixieren des Bildes auf dem Übertragungsmaterial unter Nutzung von Hitze, einem Lösungsmittel, Druck und/oder Ähnlichem, um ein permanentes Bild zu erhalten.
Die Crease Fix-Mindestfixiertemperatur (MFT) ist eine Messung, die verwendet wird, um Leistung und Energieeffizienz eines bestimmten Toners in Kombination mit einem bestimmten Papiertyp und einem bestimmten Fixierer (der den Toner auf dem Papier fixiert) zu bestimmen. Crease Fix-MFT wird durch Falten des Papiers über eine Flächenfüllung eines Bildes und dann Auswalzen einer definierten Masse über den gefalteten Bereich gemessen. Das Papier kann auch unter Verwendung eines kommerziell verfügbaren Faltapparats, wie dem Duplo D-590-Faltapparat gefaltet werden. Es wird eine Mehrzahl von Bögen aus Papier mit Bildern, die über einen weiten Bereich von Fixiertemperaturen fixiert wurden, präpariert. Die Bögen aus Papier werden dann entfaltet und Toner, der sich von dem Bogen aus Papier gelöst hat, wird von der Oberfläche gewischt. Der Faltbereich (Crease) wird dann mit einer Referenzkarte, die eine Definition eines vertretbaren Grads der Toneradhäsion bereitstellt, optisch verglichen; alternativ kann der Faltbereich mittels computergestützter Bildanalyse quantifiziert werden. Je kleiner der Bereich mit Tonerverlusten ist, desto besser ist die Toneradhäsion, und die Temperatur, die zum Erzielen eines akzeptablen Adhäsionsgrades erforderlich ist, wird als Crease Fix-MFT definiert.
Aktuell besitzen Ultra-Low-Melt (ULM) Emulsionsaggregations (EA)-Toner Benchmark-Crease Fix-MFT von ca. –20 °C im Vergleich zu Styren/Acrylat-EA-Tonern. Diese verbesserte Crease Fix-MFT-Leistung erlaubt eine Verringerung der Fixiererenergie und verlängerte Fixiererlebensdauer verglichen mit EA-Tonern. Es besteht ein Bedarf, die MFT sogar noch weiter um z.B. zusätzliche 10 °C bis 20 °C zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In den Ausführungsformen wird ein Toner bereitgestellt, der ein Polymerharz, optional ein Farbmittel sowie ein niedermolekulares, kristallines Imid mit einer Molekularmasse von weniger als 1.000 g/mol umfasst.
Eine weitere Ausführungsform stellt einen Emulsionsaggregationstoner bereit, der ein amorphes Polymerharz, optional ein Farbmittel sowie ein niedermolekulares, kristallines Imid mit einer Molekularmasse von weniger als 500 g/ml und einem Schmelzpunkt von weniger als ca. 120 °C umfasst, wobei eine Mischung des amorphen Polymerharzes und des niedermolekularen, kristallinen Imids durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur des amorphen Polymerharzes und das Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangspeaks des niedermolekularen, kristallinen Imids charakterisiert ist, bestimmt mittels dynamischer Differenzkalorimetrie, wobei die Fixierenthalpie des niedermolekularen, kristallinen Imids in der Mischung weniger als 10% der Fixierenthalpie des niedermolekularen, kristallinen Imids in Reinform misst.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zu Herstellung von Tonerpartikeln bereitgestellt, umfassend Mischen einer amorphen Polymerharz-Emulsion, optional mindestens eines Farbmittels, einer optionalen Wachsemulsion und einer Emulsion des niedermolekularen, kristallinen Imids, wobei das niedermolekulare, kristalline Imid eine Molekularmasse von weniger als 1.000 g/ml aufweist, zur Bildung einer zusammengesetzten Emulsion; und Zugabe eines Aggregationsagens zu der zusammengesetzten Emulsion zur Bildung emulsionsaggregierter Tonerpartikel.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Plot des Gloss als Funktion der Fixierwalzentemperatur für einen Toner, der N-Benzylphthalimid umfasst; und
2 ist ein Plot der Crease-Fläche als Funktion der Fixierwalzentemperatur zur Bestimmung der Crease Fix-MFT für einen Toner, der N-Benzylphthalimid umfasst.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden Toner bereitgestellt, die niedermolekulare, kristalline Imide umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Toner niedermolekulare, kristalline Imide und ein amorphes Polymerharz umfassen, wobei eine Mischung des amorphen Polymerharzes und der niedermolekularen, kristallinen Imide durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur des amorphen Polymerharzes und durch Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangspeaks für das niedermolekulare, kristalline Imid gekennzeichnet ist, wie mittels dynamischer Differenzkalorimetrie bestimmt. Das Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangspeaks kann z.B. mittels Fixierenthalpie für die niedermolekularen, kristallinen Imide in der Mischung gezeigt werden, wobei diese weniger als 20% ihres Ausgangswerts misst, in einigen Ausführungsformen weniger als 10% ihres Ausgangswerts und in einigen Ausführungsformen weniger als 5% ihres Ausgangswerts, wobei der Ausgangswert der Fixierenthalpie für das kleine Molekül bei unabhängiger Messung darstellt; dies kennzeichnet Kompatibilität der niedermolekularen, kristallinen Imide mit dem amorphen Polymerharz. Weiterhin können die niedermolekularen, kristallinen Imide in einigen Ausführungsformen einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger als die Fixiertemperatur des EA-Toners liegt. Gemäß einigen Ausführungsformen können Emulsionsaggregations (EA)-Toner, die niedermolekulare, kristalline Imide umfassen, Crease Fix-MFT mindestens vergleichbar mit nominalen ULM EA-Tonern erzielen, wie z.B. dem Xerox^® 700 Digital Color Press (DCP)-Toner, verfügbar von Xerox Corp., wenn nicht z.B. um 5 °C oder um 10 °C bis 20 °C niedriger.
Für die Prozesse der vorliegenden Offenbarung kann jedes beliebige Tonerharz genutzt werden. Solche Harze können wiederum aus jedem beliebigen geeigneten Monomer oder Monomeren über jedes beliebige geeignete Polymerisationsverfahren hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Harz mittels eines anderen Verfahrens als Emulsionspolymerisation präpariert werden. In weiteren Ausführungsformen kann das Harz mittels Kondensationspolymerisation präpariert werden.
In den Ausführungsformen kann das Harz ein Polyester, Polyimid, Polyolefin, Polyamid, Polycarbonat, Epoxydharz und/oder Kopolymer davon sein. In den Ausführungsformen kann das Harz ein amorphes Harz, ein kristallines Harz und/oder eine Mischung aus kristallinen und amorphen Harzen sein. Das kristalline Harz kann in der Mischung aus kristallinen und amorphen Harzen z.B. in einer Menge von 0 bis ca. 50 Gewichtsprozent des Gesamt-Tonerharzes vorliegen, in einigen Ausführungsformen von 5 bis ca. 35 Gewichtsprozent des Tonerharzes. Das amorphe Harz kann in der Mischung z.B. in einer Menge von ca. 50 bis ca. 100 Gewichtsprozent des Gesamt-Tonerharzes vorliegen, in einigen Ausführungsformen von 95 bis ca. 65 Gewichtsprozent des Tonerharzes.
In den Ausführungsformen kann das amorphe Harz aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Polyester, Polyamid, Polyimid, Polystyrenacrylat, Polystyrenmethacrylat, Polystyrenbutadien, Polyesterimid und Mischungen davon. In den Ausführungsformen kann das kristalline Harz aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Polyester, Polyamid, Polyimid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Kopolymer, Ethylen-Vinylacetat-Kopolymer und Mischungen davon. In weiteren Ausführungsformen kann das Harz ein kristallines und/oder ein amorphes Polyesterharz sein. In einigen Ausführungsformen kann das zur Bildung des Harzes genutzte Polymer ein Polyesterharz sein, einschließlich der Harze, die in den US-Patenten Nr. 6,593,049 und Nr. 6,756,176 beschrieben sind. Geeignete Harze können auch Mischungen eines amorphen Polyesterharzes und eines kristallinen Polyesterharzes umfassen, wie in US-Patent Nr. 6,830,860 beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann das Harz ein Polyesterharz sein, das durch Umsetzen eines Diols mit einer Disäure in Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet werden kann. 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, Kombinationen 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 des Harzes gewählt werden.
Beispiele für organische Disäuren oder Diester, die für die Präparation des kristallinen Harzes ausgewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Dodecandionsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarboxylsäure, Naphthalin-2,7-dicarboxylsäure, Cyclohexandicarboxylsäure, Malonsäure und Mesaconinsäure, ein Diester oder Anhydrid davon und Kombinationen davon. Die organische Disäure kann in einigen Ausführungsformen 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 ausgewählt werden.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Kopolymere, Ethylen-Vinylacetat-Kopolymere, Polypropylen, Mischungen davon und Ähnliches. 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), Alkali-Kopoly(5-Sulfoisophthaloyl)-Kopoly(ethylenadipat), Poly(decylensebacat), Poly(decylendecandioat), Poly(ethylendecandioat), Poly(ethylendodecandioat), Poly(nonylensebacat), Poly(nonylendecandioat), Poly(nonylendodecandioat), Poly(decylendodeanedioat), Kopoly(ethylenfumarat)-Kopoly(ethylensebacat), Kopoly(ethylenfumarat)-Kopoly(ethylendecandioat) und Kopoly(ethylenfumarat)-Kopoly(ethylendodecandioat). Das kristalline Harz, wenn genutzt, kann z.B. in einer Menge von ca. 5 bis ca. 50 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten vorliegen, in einigen Ausführungsformen von ca. 10 bis ca. 35 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten.
Das kristalline Harz kann verschiedene Schmelzpunkte z.B. von 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 (Mn), wie mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen, z.B. von ca. 1.000 bis ca. 50.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 2.000 bis ca. 25.000, und ein Massenmittel der Molekularmasse (Mw) z.B. von ca. 2.000 bis ca. 100.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 3.000 bis ca. 80.000 aufweisen, wie mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyren-Standards bestimmt. Die Molekularmasseverteilung (Mw/Mn) des kristallinen Harzes kann z.B. von ca. 2 bis ca. 6, in einigen Ausführungsformen von ca. 2 bis ca. 4 sein.
Beispiele für Disäuren oder Diester, die für die Präparation amorpher Polyester ausgewählt werden, umfassen Dicarboxylsäuren oder Diester, wie Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Maleinsäue, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecenylbernsteinsäure, Dodecenylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandioinsäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecenylsuccinat und Kombinationen davon. Die organischen Disäuren oder Diester können z.B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Molprozent des Harzes, in einigen Ausführungsformen von ca. 42 bis ca. 55 Molprozent des Harzes, in einigen Ausführungsformen von ca. 45 bis ca. 53 Molprozent des Harzes vorliegen.
Beispiele für Diole, die für Erzeugung des amorphen Polyesters genutzt werden, 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, Heptandiol, Dodecandiol, Bis(hydroxyethyl)-bisphenol A, Bis(2-hydroxypropyl)-bisphenol A, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol, Xylendimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglycol, Dibutylenglycol und Kombinationen davon. Die Menge des ausgewählten organischen Diols kann variieren und z.B. in einer Menge von ca. 40 bis 60 Molprozent des Harzes, in einigen Ausführungsformen von ca. 42 bis ca. 55 Molprozent des Harzes, in einigen Ausführungsformen von ca. 45 bis ca. 53 Molprozent des Harzes vorliegen.
In einigen Ausführungsformen können Polykondensationskatalysatoren zur Bildung der Polyester verwendet werden. Polykondensationskatalysatoren, die entweder für die kristallinen oder amorphen Polyester genutzt werden können, umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide, wie Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinne, wie Dibutylzinndilaurat, und Dialkylzinnoxidhydroxide, wie Butylzinnoxidhydroxid, Zinnoctoat, Aluminumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinnoxid oder Kombination davon. Solche Katalysatoren können z.B. in Mengen von ca. 0,01 Molprozent bis ca. 5 Molprozent basierend auf der Ausgangs-Disäure genutzt werden, die zur Erzeugung des Polyesterharzes verwendet wird.
In den Ausführungsformen umfassen geeignete amorphe Harze Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Kopolymere, Ethylen-Vinylacetat-Kopolymere, Polypropylen, Kombinationen davon und Ähnliches. Beispiele für amorphe Harze, die genutzt werden können, umfassen Alkali-sulfonierte Polyesterharze, verzweigte Alkali-sulfonierte Polyesterharze, Alkali-sulfonierte Polyimidharze und verzweigte Alkali-sulfonierte Polyimidharze. Alkali-sulfonierte Polyesterharze können in einigen Ausführungsformen geeignet sein, wie die Metall- oder Alkalisalze von Kopoly(ethylenterephthalat)-Kopoly(ethylen-5-sulfoisophthalat), Kopoly(propylenterephthalat)-Kopoly(propylen-5-sulfoisophthalat), Kopoly(diethylenterephthalat)-Kopoly(diethylen-5-sulfoisophthalat), Kopoly(propylendiethylenterephthalat)-Kopoly(propylendiethylen-5-sulfoisophthalat), Kopoly(propylenbutylenterephthalat)-Kopoly(propylenbutylen-5-sulfoisophthalat), und Kopoly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-Kopoly(propoxyliertes Bisphenol A-5-sulfoisophthalat).
In einigen Ausführungsformen kann ein ungesättigtes, amorphes Polyesterharz als Latexharz genutzt werden. Beispiele solcher Harze umfassen solche, die in US-Patent Nr. 6,063,827 offenbart sind. Beispielhafte ungesättigte amorphe Polyesterharze umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Poly(propoxyliertes Bisphenol Ko-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol Ko-fumarat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol Ko-fumarat), Poly(Ko-propoxyliertes Bisphenol Ko-ethoxyliertes Bisphenol Ko-fumarat), Poly(1,2-propylenfumarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol Ko-maleat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol Ko-maleat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol Ko-maleat), Poly(Ko-propoxyliertes Bisphenol Ko-ethoxyliertes Bisphenol Ko-maleat), Poly(1,2-propylenmaleat), Poly(propoxyliertes Bisphenol Ko-itaconat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol Ko-itaconat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol Ko-itaconat), Poly(Ko-propoxyliertes Bisphenol Ko-ethoxyliertes Bisphenol Ko-itaconat), Poly(1,2-propylenitaconat) und Kombinationen davon.
Das amorphe Harz kann verschiedene Glasübergangstemperaturen (Tg) von z.B. ca. 40 °C bis ca. 100 °C, in einigen Ausführungsformen von ca. 45 °C bis ca. 70 °C, in einigen Ausführungsformen von ca. 50 °C bis ca. 65 °C aufweisen. Das kristalline Harz kann ein Zahlenmittel der Molekularmasse (Mn) von z.B. ca. 1.000 bis ca. 50.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 2.000 bis ca. 10.000, und Massenmittel der Molekularmasse (Mw) z.B. von ca. 2.000 bis ca. 100.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 3.000 bis ca. 80.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 4.000 bis ca. 20.000 aufweisen, wie mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) unter Verwendung von Polystyren-Standards bestimmt. Die Molekularmassenverteilung (Mw/Mn) des kristallinen Harzes kann z.B. von ca. 2 bis ca. 6, in einigen Ausführungsformen von ca. 2 bis ca. 5 und in einigen Ausführungsformen von ca. 2 bis ca. 4 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein amorphes Polyesterharz z.B. ein Poly(propoxyliertes Bisphenol A Ko-Fumarat)harz mit der folgenden Formel (1) sein:
wobei m ca. 5 bis ca. 1.000, in einigen Ausführungsformen von ca. 10 bis ca. 500, in anderen Ausführungsformen ca. 15 bis ca. 200 ist. Beispiele solcher Harze und Prozesse für deren Produktion umfassen solche, die in US-Patent Nr. 6,063,827 offenbart sind.
Ein Beispiel eines linearen propoxylierten Bisphenol A-fumaratharzes, das als ein Tonerharz genutzt werden kann, ist unter dem Markennamen SPARII von Resana S/A Industrias Quimicas, Sao Paulo, Brasilien verfügbar. Andere propoxylierte Bisphenol A-umaratharze, die genutzt werden können und kommerziell verfügbar sind, umfassen GTUF und FPESL-2 von Kao Corporation, Japan, und EM181635 von Reichhold, Research Triangle Park, North Carolina, und Ähnliche.
In einigen Ausführungsformen kann das amorphe Polyesterharz ein Kopolymer von alkoxyliertem Bisphenol A mit mindestens einer Disäure sein. Das alkoxylierte Bisphenol A kann ethoxyliertes Bisphenol A, propoxyliertes Bisphenol A und/oder ethoxyliertes-propoxyliertes Bisphenol A umfassen. Geeignete Disäuren umfassen Fumarsäure, Terephthalsäure, Dodecenylbernsteinsäure und/oder Trimellitinsäure.
In einigen Ausführungsformen kann eine Kombination von niedermolekularen und hochmolekularen amorphen Harzen zur Bildung eines Toners verwendet werden. Niedermolekulare Harze können ein Massenmittel der Molekularmasse von ca. 10 kg/mol bis ca. 20 kg/mol und eine Zahlenmittel der Molekularmasse von ca. 2 kg/mol bis ca. 5 kg/mol aufweisen. Hochmolekulare Harze können ein Massenmittel der Molekularmasse von ca. 90 kg/mol bis ca. 160 kg/mol und eine Zahlenmittel der Molekularmasse von ca. 4 kg/mol bis ca. 8 kg/mol aufweisen. Das Verhältnis von niedermolekularen zu hochmolekularen Harzen kann von ca. 0:100 bis ca. 100:0, in einigen Ausführungsformen von ca. 70:30 bis ca. 30:70 und in anderen Ausführungsformen von ca. 60:40 bis ca. 40:60 betragen.
Weitere Beispiele für nutzbare kristalline Harze, optional in Kombination mit einem amorphen Harz, wie oben beschrieben, umfassen solche, die in US-Patentanmeldung Nr. 2006/0222991 offenbart sind. In einigen Ausführungsformen kann ein geeignetes kristallines Harz ein Harz umfassen, das aus Ethylenglycol und einem Gemisch aus Dodecandionsäure und Fumarsäure-Ko-Monomeren mit der folgenden Formel gebildet werden (2):
wobei b ca. 5 bis ca. 2.000 und d ca. 5 bis ca. 2.000 ist.
In einigen Ausführungsformen kann z.B. ein Poly(propoxyliertes Bisphenol A Ko-Fumarat)harz der Formel I, wie oben beschrieben, mit einem kristallinen Harz der Formel II kombiniert werden, um ein Harz zu bilden, das zur Bildung eines Toners geeignet ist.
Beispiele für andere Tonerharze oder Polymere, die genutzt werden können, umfassen solche basierend auf Styrenen, Acrylaten, Methacrylaten, Butadienen, Isoprenen, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrilen und Kombinationen davon. Beispielhafte weitere Harze oder Polymere umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, 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(styrenpropylacrylate), Poly(styrenbutylacrylate), Poly(styrenbutadienacrylsäure), Poly(styrenbutadienmethacrylsäure), Poly(styrenbutadienacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrenbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrenbutylacrylatmethacrylsäure), Poly(styrenbutylacrylatacrylonitrile) und Poly(styrenbutylacrylatacrylonitrilacrylsäure) und Kombinationen davon. Das Polymer kann Block-, Zufalls- oder alternierendes Kopolymer sein.
In weiteren Ausführungsformen können Harze, die in dem Toner verwendet werden, eine Schmelzviskosität von ca. 10 bis ca. 1.000.000 Pascal-Sekunden (Pa · s) bei ca. 130 °C, in einigen Ausführungsformen von ca. 20 bis ca. 100.000 Pa · s aufweisen.
Es können ein, zwei oder mehr Tonerharze verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr Tonerharze verwendet werden, können die Tonerharze in jedem beliebigen Verhältnis (z.B. Massenverhältnis) vorliegen, wie z.B. ca. 10% (erstes Harz)/90% (zweites Harz) bis ca. 90% (erstes Harz)/10% (zweites Harz).
In den Ausführungsformen kann das Polymerlatex mittels Emulsifikationsverfahren gebildet werden. Bei Nutzung solcher Verfahren kann das Harz in einer Harzemulsion vorliegen, die dann mit anderen Komponenten und Additiven kombiniert werden kann, um einen Toner der vorliegenden Offenbarung zu bilden.
Das Polymerharz kann in einer Menge von ca. 65 bis ca. 95 Gewichtsprozent, in einigen Ausführungsformen von ca. 70 bis ca. 90 Gewichtsprozent und in anderen Ausführungsformen von ca. 75 bis ca. 85 Gewichtsprozent der Tonerpartikel (d.h. Tonerpartikel ohne externe Additive) auf Feststoffbasis vorliegen. Wenn das Harz eine Kombination aus kristallinem Harz und ein oder mehreren amorphen Harzen ist, kann das Verhältnis von kristallinem Harz zu amorphem Harz/Harzen in einigen Ausführungsformen ca. 1:99 bis ca. 30:70, in einigen Ausführungsformen ca. 5:95 bis ca. 25:75, in anderen Ausführungsformen ca. 5:95 bis ca. 15:85 betragen.
In einigen Ausführungsformen können Harze, Farbmittel, Wachse und andere Additive, die zur Bildung von Tonerzusammensetzungen genutzt werden, in Dispersionen vorliegen, die Tenside enthalten. Weiterhin können Tonerpartikel mittels Emulsionsaggregationsverfahren gebildet werden, wobei das Harz und andere Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside eingetragen werden, eine Emulsion gebildet wird, Tonerpartikel aggregiert, verschmolzen und optional gewaschen, getrocknet und zurückgewonnen werden.
Es können ein, zwei oder mehr Tenside verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nichtionischen Tensiden ausgewählt werden. Anionische Tenside und kationische Tenside sind von dem Begriff "ionische Tenside" umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das Tensid genutzt werden, so dass es in einer Menge von ca. 0,01% bis ca. 5% bezogen auf die Masse der Tonerzusammensetzung vorliegt, z.B. von ca. 0,75% bis ca. 4% bezogen auf die Masse der Tonerzusammensetzung, in einigen Ausführungsformen von ca. 1% bis ca. 3% bezogen auf die Masse der Tonerzusammensetzung.
Beispiele für nutzbare nicht-ionische Tenside umfassen z.B. Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethyleneoxy)ethanol, verfügbar von Rhone-Poulenc als IGEPAL CA-210^TM, IGEPAL CA-520^TM, IGEPAL CA-720^TM, IGEPAL CO-890^TM, IGEPAL CO-720^TM, IGEPAL CO-290^TM, IGEPAL CA-210^TM, ANTAROX 890^TM und ANTAROX 897^TM. Weitere Beispiele geeigneter nicht-ionischer Tenside umfassen ein Block-Kopolymer aus Polyethylenoxid und Polypropylenoxid, einschließlich solcher, die kommerziell als SYNPERONIC PE/F, in einigen Ausführungsformen als SYNPERONIC PE/F 108 verfügbar sind.
Nutzbare anionische Tenside, umfassen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzenealkylsulfate und Sulfonate, Säuren, wie Abietinsäure, verfügbar von Aldrich, NEOGEN R^TM, NEOGEN SC^TM, verfügbar von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon und Ähnliche. Weitere geeignete anionische Tenside umfassen in einigen Ausführungsformen DOWFAX^TM 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), welches verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate sind. Kombinationen dieser Tenside und alle der vorstehend genannten anionischen Tenside können in den Ausführungsformen verwendet werden.
Beispiele für kationische Tenside, die üblicherweise positiv geladen sind, umfassen z.B. Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzenealkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂, C₁₅, C₁₇ Trimethylammoniumbromide, Halogensalze quartärer Polyoxyethylalkylamine, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL^TM und ALKAQUAT^TM, verfügbar von Alkaril Chemical Company, SANIZOL^TM (Benzalkoniumchlorid), verfügbar von Kao Chemicals, und Ähnliche und Mischungen davon.
Wenn ein optionales Farbmittel zuzugeben ist, können verschiedene bekannte, geeignet Farbmittel in dem Toner enthalten sein, wie Farbstoffe, Pigmente, Mischungen von Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und Pigmenten und Ähnliches. Das Farbmittel kann in dem Toner in einer Menge von z.B. 1 bis ca. 15 Gewichtsprozent des Toners oder von ca. 3 bis ca. 10 Gewichtsprozent des Toners vorliegen.
Beispielhaft für geeignete Farbmittel sind Folgende zu erwähnen: Carbon Black, wie REGAL 330^®; Magnetite, wie Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; Northern Pigments-Magnetite, NP-604^TM, NP-608^TM; Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM; und Ähnliche. Als Farbpigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon gewählt werden. Allgemein werden Cyan-, Magenta- oder Gelbpigmente oder -farbstffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden allgemein als wasserbasierte Pigmentdispersionen verwendet.
Bestimmte Beispiele für Pigmente umfassen SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE, wasserbasierte Pigmentdispersionen von SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, PIGMENT BLUE 1^TM, verfügbar von Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026^TM, E. D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, verfügbar von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK E^TM, von Hoechst, und CINQUASIA MAGENTA^TM, verfügbar von E. I. DuPont de Nemours & Company, und Ähnliche. Allgemein sind wählbare Farbmittel Schwarz, Cyan, Magenta oder Gelb und Mischungen davon. Beispiele für Magenta sind 2,9-Dimethyl-substituierter Chinacridon- und Anthrachinon-Farbstoffe, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 60710, CI Dispersed Red 15, Diazo-Farbstoff, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19, und Ähnliche. Veranschaulichende Beispiele für Cyane umfassen Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment aufgeführt in dem Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, und Anthrathrene Blue, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137, und Ähnliche. Veranschaulichende Beispiele für Gelb sind Diarylid-Gelb-3,3-dichlorbenzidenacetoacetanilide, ein Monoazo-Pigment, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16, ein Nitrophenylaminsulfonamid, gekennzeichnet in dem Color Index als Foron Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilidphenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, und Permanent Yellow FGL. Gefärbte Magnetite, wie Mischungen von MAPICO BLACK^TM, und Cyan-Komponenten können ebenfalls als Farbmittel gewählt werden. Es können weitere bekannte Farbmittel gewählt werden, wie Levanyl Black A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), und farbige Farbstoffe, wie Neopen Blue (BASF), Sudan Blue OS (BASF), PV Fast Blue B2G01 (American Hoechst), Sunsperse Blue BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite Blue BCA (Ciba-Geigy), Paliogen Blue 6470 (BASF), Sudan III (Matheson, Coleman, Bell), Sudan II (Matheson, Coleman, Bell), Sudan IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudan Orange G (Aldrich), Sudan Orange 220 (BASF), Paliogen Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), Paliogen Yellow 152, 1560 (BASF), Lithol Fast Yellow 0991K (BASF), Paliotol Yellow 1840 (BASF), Neopen Yellow (BASF), Novoperm Yellow FG 1 (Hoechst), Permanent Yellow YE 0305 (Paul Uhlich), Lumogen Yellow D0790 (BASF), Sunsperse Yellow YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Yellow D1355 (BASF), Hostaperm Pink E (American Hoechst), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), Lithol Scarlet D3700 (BASF), Toluidine Red (Aldrich), Scarlet for Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), E.D. Toluidine Red (Aldrich), Lithol Rubine Toner (Paul Uhlich), Lithol Scarlet 4440 (BASF), Bon Red C (Dominion Color Company), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlich), Oracet Pink RF (Ciba-Geigy), Paliogen Red 3871K (BASF), Paliogen Red 3340 (BASF), Lithol Fast Scarlet L4300 (BASF), Kombinationen davon und Ähnliche.
Optional kann auch ein Wachs mit dem Harz und optional ein Farbmittel kombiniert werden, um Tonerpartikel zu bilden. Wenn enthalten, kann das Wachs in einer Menge von z.B. 1 Gewichtsprozent bis ca. 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in einigen Ausführungsformen von ca. 5 Gewichtsprozent bis ca. 20 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorliegen.
Wachse, die ausgewählt werden können, besitzen z.B. ein Massenmittel der Molekularmasse (Mw) 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 Polybuten-Wachse, wie kommerziell verfügbar von Allied Chemical and Petrolite Corporation, z.B. POLYWAX^TM Polyethylenwachse von Baker Petrolite, Wachsemulsionen verfügbar von Michaelman, Inc. and the Daniels Products Company, EPOLENE N-15^TM, kommerziell verfügbar von Eastman Chemical Products, Inc., und VISCOL 550-P^TM, ein Polypropylen mit niedrigem Massenmittel der Molekulargewichts, verfügbar von Sanyo Kasei K. K.; pflanzenbasierte Wachse, wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs und Jojoba-Öl; tierbasierte Wachse, wie Bienenwachs; mineralbasierte Wachse und Petroleum-basierte Wachse, wie Montan-Wachs, Ozokerite, Keresin, Paraffin-Wachs, mikrokristallines Wachs und Fischer-Tropsch-Wachs; Ester-Wachse, erhalten aus höheren Fettsäuren und höheren Alkohlen, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Ester-Wachse, erhalten aus höheren Fettsäuren und mmonovalenten oder multivalenten niederen Alkoholen, wie Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat und Pentaerythritoltetrabehenat; Ester-Wachse, erhalten aus höheren Fettsäuren und multivalenten Alkohol-Multimeren, wie Diethylenglycolmonostearat, Dipropylenglycoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitan höhere Fettsäureester-Wachse, wie Sorbitanmonostearat, und Cholesterol höhere Fettsäureester-Wachse, wie Cholesterylstearat. Beispiele für verwendbare funktionalisierte Wachse umfassen z.B. Amine, Amide, z.B. AQUA SUPERSLIP 6550^TM, SUPERSLIP 6530^TM, verfügbar von Micro Powder Inc., fluorinierte Wachse, z.B. POLYFLUO 190^TM, POLYFLUO 200^TM, POLYSILK 19^TM, POLYSILK 14^TM, verfügbar von Micro Powder Inc., gemischte fluorinierte Amid-Wachse, z.B. MICROSPERSION 19^TM, ebenfalls verfügbar von Micro Powder Inc., Imide, Esters, quartäre Amine, Carboxylsäuren oder Acrylpolymer-Emulsionen, z.B. JONCRYL 74^TM, 89^TM, 130^TM, 537^TM und 538^TM, alle verfügbar von SC Johnson Wax, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, verfügbar von Allied Chemical and Petrolite Corporation and SC Johnson wax. Es können auch Mischungen und Kombinationen der vorstehend Genannten in den Ausführungsformen verwendet werden. Wachse können z.B. als Fixierwalzen-Ablöseagenzien verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann eine Hülle auf die gebildeten, aggregierten Tonerpartikeln aufgetragen werden. Jedes beliebige der oben beschriebenen Harze, die für das Kern-Harz geeignet sind, kann auch als Hüllen-Harz genutzt werden. Das Hüllen-Harz kann auf die aggregierten Partikel mittels eines beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahren aufgetragen werden. In einigen Ausführungsformen kann das Hüllen-Harz eine Emulsion sein, die jedes beliebige oben beschriebene Tensid enthalten kann. Die oben beschriebenen aggregierten Partikel können mit der Emulsion kombiniert werden, so dass das Harz eine Hülle um die gebildeten Aggregate bildet. Die aggregierten Partikel von oben können mit der Emulsion kombiniert werden, so dass das Harz eine Hülle um die gebildeten Aggregate bildet. In den Ausführungsformen kann mindestens ein amorphes Polyesterharz zur Bildung einer Hülle um die Aggregate genutzt werden, um Tonerhüllenpartikel mit einer Kern-Hülle-Konfiguration zu bilden. In den Ausführungsformen kann ein amorphes Polyesterharz und ein kristallines Harz zur Bildung einer Hülle um die Aggregate genutzt werden, um Tonerhüllenpartikel mit einer Kern-Hülle-Konfiguration zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann eine geeignete Hülle mindestens ein amorphes Polyesterharz enthalten, das in einer Menge von ca. 10 Gewichtsprozent bis ca. 90 Gewichtsprozent der Hülle, in einigen Ausführungsformen von ca. 20 Gewichtsprozent bis ca. 80 Gewichtsprozent der Hülle, in einigen Ausführungsformen von ca. 30 Gewichtsprozent bis ca. 70 Gewichtsprozent der Hülle vorliegen kann.
Das Hüllen-Harz kann in einer Menge von ca. 5 Gewichtsprozent bis ca. 40 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in einigen Ausführungsformen von ca. 24 Gewichtsprozent bis ca. 30 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorliegen.
Wenn die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht ist, kann der pH der Mischung mit Base auf einen Wert von ca. 5 bis ca. 10, in einigen Ausführungsformen von ca. 6 bis ca. 8 eingestellt werden. Die Einstellung des pH kann genutzt werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, also zu stoppen. Die Base, die zum Stoppen des Tonerwachstums genutzt wird, kann jede beliebige geeignete Base umfassen, z.B. Alkalimetallhydroxide, wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und Ähnliches. Die Base kann in Mengen von ca. 2 bis ca. 25 Gewichtsprozent der Mischung, in einigen Ausführungsformen von ca. 4 bis ca. 10 Gewichtsprozent der Mischung zugegeben werden. Weiterhin kann die Zugabe einer EDTA-Lösung verwendet werden, um das Hüllenwachstum einzufrieren. In einigen Ausführungsformen kann eine Kombination aus EDTA-Lösung und Baselösung verwendet werden, um das Tonerpartikelwachstum einzufrieren.
In einigen Ausführungsformen werden niedermolekulare, kristalline Imid-Verbindungen, die bei Raumtemperatur kristalline Feststoffe sind, zum Verringern der Mindestfixiertemperatur (MFT) des Toners zu dem Toner zugegeben. In bestimmten Ausführungsformen werden die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen zu Emulsionsaggregations (EA)-Tonern gegeben, wobei sie eine kristalline Polymerkomponente vollständig oder teilweise ersetzen, wenn enthalten, wenn die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen mit dem bzw. den amorphen Bindemittelharzen kompatibel sind. Kompatibilität kann mittels Charakterisieren einer Schmelzmischung des amorphen Harzes und des bzw. der niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen gezeigt werden – das amorphe Harz und das bzw. die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen werden als kompatibel angesehen, wenn die Schmelzmischung durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur gegenüber der des amorphen Harzes und durch das Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphaseübergangspeaks für das bzw. die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen charakterisiert ist, wie mittels dynamischer Differenzkalorimetrie bestimmt, wobei die Fixierenthalpie für die niedermolekulare, kristalline Imid-Verbindung in der Mischung weniger als 20% des Ausgangswerts, in einigen Ausführungsformen weniger als 10% des Ausgangswerts, in einigen Ausführungsformen weniger als 5% des Ausgangswerts misst, wobei der Ausgangswert die Fixierenthalpie für das kleine Molekül bei unabhängiger Messung darstellt. Weiterhin weisen die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen in einigen Ausführungsformen einen Schmelzpunkt auf, der geringer als die Fixiertemperatur des EA-Toners ist. Gemäß einiger Ausführungsformen können Emulsionsaggregationstoner, die niedermolekulare, kristalline Imid-Verbindungen umfassen, eine Crease Fix-MFT erzielen, die mindestens vergleichbar mit nominalen ULM-Tonern ist, wie z.B. dem Xerox^® 700 DCP-Toner, verfügbar von Xerox Corp, wenn nicht z.B. um mindestens 5 °C oder um 10 °C bis 20 °C niedriger.
In einigen Ausführungsformen weisen die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen eine Molekularmasse von weniger als 1.000 g/mol auf; in weiteren Ausführungsformen weisen die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen eine Molekularmasse von weniger als 750 g/mol auf; in weiteren Ausführungsformen weisen die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen eine Molekularmasse von weniger als 500 g/mol auf.
In Kürze wird der Kompatibilitätstest für das amorphe Harz und die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen wie folgt durchgeführt. Eine niedermolekulare, kristalline Imid-Verbindung wird mit einem amorphen Harz in einem ähnlichen Verhältnis wie in dem Toner selbst gemischt. Die Mischung wird mindestens auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der kristallinen Komponente für eine Zeitspanne erhitzt, die für vollständiges Schmelzen und Mischen ausreichend ist, und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das resultierende Material wird mittels DDK analysiert. Bei diesem Test wird davon ausgegangen, dass kleine Moleküle, die nicht mit dem Harz kompatibel sind, beim Abkühlen aus der geschmolzenen Mischung wieder auskristallisieren, so dass die DDK-Spur sowohl (1) einen deutlichen Schmelzpeak, der dem kleinen Molekül entspricht, als auch (2) die Ausgangs-Glasübergangstemperatur des amorphen Harzes zeigt (die zu einer geringfügig niedrigeren Temperatur verschoben sein kann aber nicht muss). Wenn kleine Moleküle mit diesen Eigenschaften in einen EA-Toner eingearbeitet sind, stellen sie allgemein keine Eigenschaften eines niedrig-schmelzenden Toners bereit. Im Gegensatz dazu kristallisieren kleine Moleküle, die mit dem Harz kompatibel sind, allgemein nicht aus der geschmolzenen Mischung aus. In diesen Fällen zeigen die DKK-Spuren sowohl (1) einen schwachen oder vollständig fehlenden Schmelzübergang als auch (2) einen schwachen und/oder verschobenen Glasübergang, welches die Plastifizierung des amorphen Harzes durch das kleine Molekül anzeigt. Wenn diese kleinen Moleküle in einen EA-Toner eingearbeitet sind, stellen sie allgemein Eigenschaften eines niedrig-schmelzenden Toners bereits, wenn der Schmelzpunkt des kleinen Moleküls unter der typischen Fixiertemperatur des Toners liegt (ca. 110 °C bis 120 °C für einen typischen ULM EA-Toner, wie z.B. den Xerox^® 700 DCP-Toner). Weiterhin kann zum Messen des Kompatibilitätsgrads die Kristallisationsenthalpie gemessen werden – für vollständige Kompatibilität wird ein Wert von weniger als 5% des Ausgangswertes erzielt, wobei für vollständige Inkompatibilität ein Wert von oberhalb 20% des Ausgangswertes erzielt wird, wobei der Ausgangswert die Fixierenthalpie für das kleine Molekül bei unabhängiger Messung darstellt.
Beispiele für geeignete Imide umfassen solche mit der allgemeinen Struktur (3):
wobei R¹ eine optionale Bindung ist (entweder eine direkte Bindung, wie im Fall von Succinimiden, eine Methylen-Einheit, wie im Fall von Glutarimiden, eine 1,2-Phenylen-Einheit, wie im Fall von Phthalimiden, oder eine verwandte Bindungseinheit) und R² eine Alkyl- oder Aryl-Einheit ist, wie Benzyl, Phenyl, Methyl, Ethyl oder eine verwandte Struktur. Die hier spezifizierten Imide umfassen sowohl zyklisch-aliphatische Imide (z.B. Succinimide) als auch aromatische Imide (z.B. Phthalimide) sowie zyklische Imide mit oder ohne Alkyl- oder Aryl-Substituenten am zentralen Stickstoffatom.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das niedermolekulare, kristalline Imid N-Benzylphthalimid (Schmelzpunkt 119 °C) der Formel (4):
Die Tonerpartikel können mittels eines jeden Verfahrens nach dem Stand der Technik präpariert werden. Obwohl Ausführungsformen in Bezug auf Tonerpartikel-Produktion unten in Bezug auf Emulsionsaggregationsprozesse beschrieben werden, kann jedes geeignete Verfahren, Tonerpartikel zu produzieren, verwendet werden, einschließlich chemischer Prozesse, wie Suspensions- und Verkapselungsprozesse, wie sie z.B. in US-Patenten Nr. 5,290,654 und Nr. 5,302,486 offenbart werden. In einigen Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen und Tonerpartikel mittels Aggregations- und Verschmelzungsprozesse präpariert werden, bei den niedermolekulare Partikel zu der geeigneten Tonerpartikelgröße aggregiert und dann verschmolzen werden, um die endgültige Tonerpartikelform und -morphologie zu erhalten.
In einigen Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen mittels Emulsionsaggregationsprozessen präpariert werden, wie einem Prozess, der Aggregieren einer Mischung eines optionalen Farbmittels, eines optionalen Wachses und anderer erwünschter oder erforderlicher Additive sowie Emulsionen, einschließlich der Harze und mindestens ein oder mehrerer der oben beschriebenen niedermolekularen, kristallinen, Imid-Verbindungen, optional in Tensiden, wie oben beschrieben, und dann Verschmelzen der Aggregatmischung umfasst. Beispiele möglicher, geeigneter Farbmittel, Wachse und/oder anderer Additive sind oben beschrieben. In einigen Ausführungsformen machen das bzw. die niedermolekularen Moleküle ca. 5% bis ca. 25% des Trockengewichts des Toners aus, ausschließlich jeglicher externer Additive, in einigen Ausführungsformen ca. 10% bis 20%, und in anderen Ausführungsformen machen der oder die niedermolekularen Moleküle ca. 15% des Trockengewichts des Toners aus. In einigen Ausführungsformen werden die Emulsionen für jede der Komponenten präpariert und dann kombiniert. Weiterhin umfasst der Toner in einigen Ausführungsformen sowohl eine niedermolekulare, kristalline Imid-Verbindung als auch ein kristallines Harz. Das kristalline Harz kann z.B. das oben beschriebene kristalline Polyesterharz und/oder ein beliebiges anderes der hier beschriebenen kristallinen Harze sein. In einigen Ausführungsformen macht das kristalline Harz ca. 3% bis ca. 20% der Trockenmasse des Toners aus, ausschließlich jeglicher externer Additive, in einigen Ausführungsformen ca. 5% bis ca. 15%, und in einigen Ausführungsformen machen das bzw. die niedermolekularen, kristallinen, Imid-Verbindungen ca. 5% bis ca. 10% der Trockenmasse des Toners aus.
Eine Mischung kann durch Zugabe optionaler Farbmittel, Wachse und/oder anderer Materialien, die auch optional in Dispersionen, einschließend ein Tensid, vorliegen können, zu der Emulsion präpariert werden, die eine Mischung von zwei oder mehr Emulsionen sein kann, die das Harz enthalten. Der pH der resultierenden Mischung kann nach Bedarf eingestellt werden.
Anschließend an die Präparation der obigen Mischung kann ein Aggregationsmittel oder Flockungsmittel zu der Mischung gegeben werden. Es kann jedes beliebige, geeignete Aggregationsmittel zur Bildung des Toners genutzt werden. Geeignete Aggregationsmittel umfassen z.B. wässrige Lösungen eines divalenten Kations oder ein multivalientes kationisches Material. Das Aggregationsmittel kann z.B. ein Polyaluminiumhalogen, wie Polyaluminiumchlorid (PAC) oder das entsprechende Bromid, Fluorid oder Iodid, ein Polyaluminiumsilikat, wie Polyaluminiumsulfosilicat (PASS), und ein wasserlösliches Metallsalz sein, wie Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen kann das Aggregationsmittel zu der Mischung bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes gegeben werden.
Die Partikel können aggregieren, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist. Eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße betrifft die gewünschte zu erzielende Partikelgröße, die vor der Bildung bestimmt wurde, und die Partikelgröße wird während des Wachstumsprozesses überwacht, bis eine solche Partikelgröße erreicht ist. Während des Wachstumsprozesses können Proben genommen und auf die mittlere Partikelgröße analysiert werden, z.B. mit einem Coulter Counter. Die Aggregation kann also durch Aufrechterhalten der erhöhten Temperatur oder nach Bedarf durch langsames Erhöhen der Temperatur und Halten der Mischung bei dieser Temperatur, die zur Ausbildung der gewünschten Partikelgröße erforderlich ist, unter ständigem Rühren fortfahren, um die aggregierten Partikel bereitzustellen. Wenn die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, werden Emulsionen der Harze zugegeben, um eine Hülle wachsen zu lassen, so dass Partikel mit einer Kern-Hülle-Struktur bereitgestellt werden. Die Hülle wächst, bis die gewünschte Kern-Hülle-Tonerpartikelgröße erreicht ist, dann wird der Wachstumsprozess durch Erhöhen des pH der Reaktionsaufschlämmung gestoppt, indem eine Base, wie NaOH, zugegeben wird, gefolgt von Zugabe einer EDTA-Lösung.
Nach Anhalten des Partikelwachstums wird das Reaktionsgemisch z.B. auf 85 °C erhitzt, um die Partikel zu verschmelzen. Die Toneraufschlämmung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt, und die Tonerpartikel werden dann durch Sieben und Filtrieren getrennt, gefolgt von Waschen und Gefriertrocknen.
Die Eigenschaften der Tonerpartikel können mit jeder beliebigen, geeigneten Technik und jedem beliebigen, geeigneten Apparat bestimmt werden, wie unten ausführlicher beschrieben.
Die hier unten ausgeführten Beispiele sind veranschaulichend für verschiedene Zusammensetzungen und Bedingungen, die in Ausübung der vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden können. Alle Maßangaben sind pro Masse, sofern nicht anders angemerkt. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegenden Ausführungsformen mit vielen Zusammensetzungstypen ausgeführt werden können und viele verschiedene Anwendungen gemäß der oben stehenden Offenbarung und wie hiernach ausgeführt haben können.
Kompatibilitätsstudien von Beispielen der zuvor erwähnten niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen und eines amorphen Polyestertoner-bindenden Harzes wurden untersucht, indem die niedermolekularen, kristallinen Imid-Verbindungen mit einem niedermolekularen, amorphen Harz A (ein alkoxylierter Bisphenol-A Ko-Polyester mit Fumar-, Terephthal- und Dodecenylbernsteinsäuren) getrennt schmelzgemischt wurden. Das Schmelzmischen wird auf einer heißen Platte bei 150 °C über eine Zeitspanne von 20 min ausgeführt, gefolgt von Abkühlen und Charakterisierung mittels DDK.
Das hier in dem Beispiel verwendete niedermolekulare, kristalline Imid ist N-Benzylphthalimid der Formel (4). Kompatibilitätsstudien dieses Imids und eines amorphen Polyestertoner-bindenden Harzes A wurden mittels DDK untersucht.
Das niedermolekulare, kristalline Imid zeigt einen scharfen Schmelzübergang bei 119 °C und Rekristallisation bei 72 °C; das lineare amorphe Harz A zeigt eine Glasübergangstemperatur Tg von ca. 60 °C. Für die Mischung des niedermolekularen, kristallinen Imids N-Benzylphthalimid und des linearen, amorphen Polyesterharzes A wurde mittels DDK ein Glasübergang von ca. 29 °C und kein Schmelzübergang beobachtet, was vollständige Kompatibilität anzeigt.
Beispiel 1
Präparation einer N-Benzylphthalimid-Dispersion
In eine 250 ml-Kunststoffflasche mit ca. 700 g Edelstahlkugeln wurden 10,33 g N-Benzylphthalimid, erhalten von TCI America, 1,98 g nicht-ionisches Tensid DOWFAX, verfügbar von The Dow Chemical Co. (47 Gew.-%) und 70 g deionisiertes Wasser (DIW) gegeben. Die Flasche wurde dann 7 Tage lang gemahlen. Es wurde eine Dispersion von Partikelgrößen mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 414 nm erhalten.
Beispiel 2
Präparation eines Toners, umfassend 15% N-Benzylphthalimid
In einen 2-Liter-Glasreaktor mit einem Überkopfmischer wurden 493,32 g N-Benzylphthalimid-Dispersion von Beispiel 1 (2,32 Gew.-%), 43,08 g hochmolekulares, amorphes Harz B in einer Emulsion (35,22 Gew.-%), 43,63 g niedermolekulares, lineares, amorphes Harz A in einer Emulsion (34,84 Gew.-%), 21,39 g Wachsdispersion (Wachs verfügbar von International Group Inc., 30,19 Gew.-%) und 24,38 g Cyan-Pigment PB15:3 (17,21 Gew.-%) gegeben. Das lineare, amorphe Harz B ist ein Ko-Polyester aus alkoxyliertem Bisphenol A mit Terephthalsäure und Dodecenylbernsteinsäure. Gesondert wurden 2,51 g Al₂(SO₄)₃ (27,85 Gew.-%) unter Homogenisieren bei 3.500 rpm als Flockungsmittel zugegeben. Die Mischung wurde auf 43 °C erhitzt, um die Partikel unter Rühren bei 200 rpm zu aggregieren. Die Partikelgröße wurde mit einem Coulter-Counter überwacht, bis die Kernpartikel eine volumengemittelte Partikelgröße von 4,05 μm mit einem GSD-Volumen von 1,30 erreichte, und dann wurde eine Mischung von jeweils 28,38 g und 28,75 g der zuvor erwähnten Harzemulsionen A und B als Hüllenmaterial zugegeben, so dass Kern-Hüllestrukturierte Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 6,21 μm und einem GSD-Volumen von 1,25 resultierten. Danach wurde der pH der Reaktionsaufschlämmung unter Verwendung von 4 Gew.-% NaOH-Lösung, gefolgt von 5,39 g EDTA (39 Gew.-%) auf 8 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren. Nach dem Einfrieren wurde das Reaktionsgemisch auf 85 °C erhitzt, und die Tonerpartikel wurden bei 85 °C, pH 7,7 verschmolzen. Der Toner wurde nach dem Verschmelzen gequencht, so dass eine endgültige Partikelgröße von 8,15 μm, GSD-Volumen von 1,36 und GSD-Zahl 1,35 resultierte. Die Toneraufschlämmung wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt, durch Sieben (25 μm) getrennt, filtriert und dann gewaschen und gefriergetrocknet.
Der Toner von Beispiel 2 wurde unter Verwendung des Fixierapparats eines Xerox^® 700 Digital Color Press-Druckers evaluiert. Die Toner wurden bei 220 mm/s auf Color Xpressions^®-Papier (90 gsm) fixiert mit einer Tonermasse pro Einheitsfläche (Toner mass per unit area, TMA) von 1,00 mg/cm² für Gloss, MFT, Cold Offset-Performance und Hot Offset-Performance. Die Kontroll-Toner sind ein Xerox^® 700 DCP-Toner, umfassend ein kristallines Harz mit einer Schmelztemperatur von 65 °C bis 85 °C, und ein Xerox^® EA Hochglanz (HG)-Toner, wie in dem Xerox^® DC250-Drucker verwendet. Die Temperatur der Fixierwalze wurde von Cold Offset zu Hot Offset (bis zu 210 °C) für Gloss- und Crease-Messungen variiert. Die Fixierleistung der Toner ist in den 1 und 2 gezeigt.
1 und 2 zeigen die Plots jeweils der Druck-Gloss- und Druck-Crease-Flächen gegen die Fixiertemperatur für den Toner aus Beispiel 2 mit 15% N-Benzylphthalimid und Xerox^® Hochglanz-Toner und den ULM EA Xerox^® 700 DCP-Toner. Im Vergleich zu Kontrollen zeigt der Toner mit N-Benzylphthalimid etwas geringeren Gloss und geringere Crease Fix-MFT. Bemerkenswerterweise zeigt der experimentelle Toner eine sehr niedrige Cold Offset-Temperatur und eine hohe Hot Offset-Temperatur und stellt damit eine unerwartet große Fixierbreite bereit.
Tonerproben, wie oben beschrieben, wurden mit Xerox^® 700 DCP-Additiven und Träger gemischt, um Entwicklerproben bereitzustellen. Die Entwicklerproben wurden über Nacht in A- und J-Zonen konditioniert und dann unter Verwendung eines Turbula-Mischers für ca. 60 Minuten geladen. Die A-Zone ist eine hochfeuchte Zone mit ca. 28 °C und 85% relativer Feuchte (RH), und die J-Zone ist eine niederfeuchte Zone mit ca. 21 °C und 10% RH. Die Tonerladung (Q/d) wurde unter Verwendung eines Ladungsspektrographen in einem 100 V/cm-Feld gemessen und wurde visuell als Mittelpunkt der Tonerladungsverteilung gemessen. Das Tonerladung-Masse-Verhältnis (Q/m) wurde mittels des Gesamt-Blow-Off-Verfahrens bestimmt, wobei die Ladung an einem Faraday-Käfig gemessen wurde, der den Entwickler nach Entfernen des Toners mittels Blow-Off in einem Luftstrom enthielt. Die Gesamtladung, die in dem Käfig gesammelt wurde, wird durch die Masse des Toners geteilt, die durch den Blow-Off entfernt wurde, mittels Wiegen des Käfigs vor und nach Blow-Off, so dass das Q/m-Verhältnis erhalten wurde.
Der Toner aus Beispiel 2 wurden getestet, und die gefundenen Ladungsergebnisse waren vertretbar – vergleichbar mit Ergebnissen für einen nominalen ULM-Toner, wie als Kontrolle verwendet. Weiterhin können die Tonerladungseigenschaften optimiert werden, wobei sowohl z.B. Q/m als auch Q/d mittels Einstellen der Tonerhüllendicke, Variieren des Gewichtsprozentsatzes des kristallinen Materials, Einarbeitung sowohl niedermolekularer, kristalliner Imide als auch eines kristallinen Polymers und Optimieren des Verhältnisses, Einstellen des Toneragglomerations/Verschmelzungsprozesses, z.B. Einstellen der Verschmelzungstemperatur, verbessert werden.
Es versteht sich, dass Varianten der oben offenbarten sowie weiterer Eigenschaften und Funktionen oder Alternativen davon zu weiteren verschiedenen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Zahlreiche gegenwärtig unvorhergesehene oder nicht angenommene Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen hierin können anschließend durch den Fachmann vorgenommen werden, was durch die folgenden Ansprüche auch beabsichtigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6593049 [0012]
US 6756176 [0012]
US 6830860 [0012]
US 6063827 [0021, 0023]
US 5290654 [0052]
US 5302486 [0052]

Claims

Toner, der Folgendes umfasst: ein Polymerharz; optional ein Farbmittel; und ein niedermolekulares, kristallines Imid mit einer Molekularmasse von unter 1.000 g/mol.
Toner nach Anspruch 1, wobei das niedermolekulare, kristalline Imid einen Schmelzpunkt von unter ca. 120 ºC aufweist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das niedermolekulare, kristalline Imid aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus niedermolekularen, kristallinen Imiden der folgenden allgemeinen Struktur besteht:
wobei R¹ eine optionale Bindung und R² aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkyl- und Aryl-Einheiten besteht.
Toner nach Anspruch 3, wobei das Imid ein zyklisch-aliphatisches Imid ist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das niedermolekulare, kristalline Imid N-Benzylphthalimid der folgenden Formel ist:
Toner nach Anspruch 1, wobei das Polymerharz ein amorphes Harz ist.
Toner nach Anspruch 6, der weiter ein kristallines Polymerharz umfasst.
Toner nach Anspruch 6, wobei eine Mischung des amorphen Polymerharzes und des niedermolekularen, kristallinen Imids durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur des amorphen Polymerharzes und durch Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangspeaks des niedermolekularen, kristallinen Imids gekennzeichnet ist, wie mittels dynamischer Differenzkalorimetrie bestimmt, wobei die Fixierenthalpie für das niedermolekulare, kristalline Imid in der Mischung weniger als 10% der Fixierenthalpie des niedermolekularen, kristallinen Imids in Reinform misst.
Emulsionsaggregationstoner, der Folgendes umfasst: ein amorphes Polymerharz; optional ein Farbmittel; und eine niedermolekulares, kristallines Imid mit einer Molekularmasse von weniger als 500 g/mol und einem Schmelzpunkt, der unter ca. 120 °C liegt; wobei eine Mischung des amorphen Polymerharzes und des niedermolekularen, kristallinen Imids durch eine Verringerung der Glasübergangstemperatur des amorphen Harzes und durch das Fehlen einer bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangstemperatur des amorphen Polymerharzes und durch Fehlen eines bedeutsamen Fest-zu-Flüssigphasenübergangspeaks für das niedermolekulare, kristalline Imid gekennzeichnet ist, wie mittels dynamischer Differenzkalorimetrie bestimmt, wobei die Fixierenthalpie für das niedermolekulare, kristalline Imid weniger als 10% der Fixierenthalpie des niedermolekularen, kristallinen Imids in Reinform misst.
Toner nach Anspruch 9, wobei das niedermolekulare, kristalline Imid aus der Gruppe niedermolekularer, kristalliner Imide mit folgender allgemeinen Struktur ausgewählt ist:
wobei R¹ eine optionale Bindung und R² aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkyl- und Aryl-Einheiten besteht.