DE102015205573A1

DE102015205573A1 - Toner, umfassend färbungswachsdispersion

Info

Publication number: DE102015205573A1
Application number: DE102015205573.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Ping-Hay Lee; Richard P.N. Veregin; Shigang S. Qiu; Michael J. D'Amato; Aurelian Valeriu Magdalinis; David John William LAWTON
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-04-19
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-10-22
Also published as: JP6415373B2; US9639017B2; US20150301463A1; CA2887965A1; US20170131649A1; CA2887965C; JP2015206995A; US10018930B2

Abstract

Ein Toner, der ein Harz und ein Färbungswachs einschließt, das eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer aufweisen; und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines trockenen Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden; wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle erfolgen und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator erfolgt.

Description

HINTERGRUND
Hier wird ein Toner offenbart, der eine Färbungswachsdispersion umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung eines Toners, umfassend die Verwendung einer einzelnen Färbungswachsdispersion anstelle von zwei separaten Dispersionen, die separate Färbungsmitteldispersion und separate Wachsdispersion umfassen.
Wässrige Dispersionen von Farbstoffen oder wässrige Dispersionen von Pigmenten können auf eine „durchschnittliche” Partikel- oder Tropfengröße D50 von weniger als etwa 150 Nanometer dispergiert sein und sind mit einem Dispergiermittel stabilisiert und enthalten auch andere Bestandteile einschließlich Schmiermittel, Lösungsmitteln und Bindemitteln. „Durchschnittliche” Partikel- oder Tropfengröße wird typischerweise als D50 oder d₅₀ wiedergegeben oder definiert als medianer Volumenpartikelgrößenwert an der 50. Perzentile der Partikelgrößenverteilung, wobei 50% der Partikel in der Verteilung größer als der d₅₀-Partikelgrößenwert ist und die anderen 50% der Partikel in der Verteilung kleiner als der d₅₀-Wert sind. Die durchschnittliche Partikelgröße kann nach Verfahren gemessen werden, die mit Lichtstreuungstechnik arbeiten, um auf die Partikelgröße zu schließen, wie dynamische Lichtstreuung. Der Partikeldurchmesser bezieht sich auf die Länge eines individuellen Tropfens der diskontinuierlichen Schicht, wie aus Bildern der Partikel hergeleitet wird, die durch Transmissionselektronenmikroskopie oder dynamische Lichtstreuungsmessungen generiert werden.
Pigmente sind in der Regel schwerer als Wasser und neigen zum Agglomerieren und Absetzen, wenn sie nicht durch ein Dispergiermittel stabilisiert sind.
Fachleuten sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Tonern bekannt. Ein derartiges Verfahren ist Emulsionsaggregation (EA). Diese Toner liegen innerhalb des Wissens von Fachleuten, und Toner können gebildet werden, indem ein Färbungsmittel mit einem Latexpolymer aggregiert wird, das durch Emulsionspolymerisation gebildet wird. US-Patent Nr. 5,853,943 betrifft beispielsweise ein halbkontinuierliches Emulsionspolymerisationsverfahren zum Herstellen eines Latex, indem zuerst ein Impfpolymer gebildet wird. Andere Beispiele für Emulsions-/Aggregations-/Koaleszierungsverfahren zur Herstellung von Tonern sind in den US-Patenten Nr. 5,403,693 , 5,418,108 , 5,364,729 und 5,346,797 illustriert. Andere Verfahren sind in den US-Patenten Nr. 5,527,658 ; 5,585,215 ; 5,650,255 ; 5,650,256 und 5,501,935 beschrieben.
Tonersysteme werden normalerweise in zwei Klassen eingeteilt: Zweikomponentensysteme, in denen das Entwicklermaterial magnetische Trägerkörner einschließt, an denen triboelektrisch Tonerpartikel haften; und Einkomponentensysteme (SDC), die nur Toner verwenden können. Wenn die Partikel mit Ladung versehen werden, um über elektrische Felder Bewegung und Entwicklung von Bildern zu ermöglichen, erfolgt dies am häufigsten durch Triboelektrizität. Triboelektrische Ladung kann erfolgen, indem der Toner entweder mit größeren Trägerperlen in einem Zweikomponentenentwicklungssystem gemischt wird, oder indem der Toner in einem Einkomponentensystem zwischen einer Schiene und einer Donorwalze gerieben wird.
Emulsionsaggregationstoner können mit wässrigen Dispersionen von Pigmenten und wässrigen Dispersionen von Wachsen hergestellt werden. Eine typische Wachsbeladung der Emulsionsaggregationstoner ist etwa 7 Gewichtsprozent Wachs, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tonerzusammensetzung. Eine typische Pigmentbeladung der Emulsionsaggregationstoner ist etwa 5,5 Gewichtsprozent Cyanpigment oder 9,0 Gew.% Magentapigment, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tonerzusammensetzung. Zur Verwendung in der Herstellung von Emulsionsaggregationstonern werden separate Wachsdispersionen und separate Pigmentdispersionen hergestellt. Die Verarbeitungskosten zur Herstellung separater Wachsdispersionen und separater Pigmentdispersionen sind Hauptkomponenten der Kostenstruktur von Emulsionsaggregationstoner.
Erwünscht ist hyperpigmentierte Emulsionsaggregation. Ein hyperpigmentierter Emulsionsaggregationstoner hat eine kleinere Tonerpartikelgröße als zurzeit verfügbare Emulsionsaggregationstoner. Um eine gute Druckqualität zu erhalten, wie gute Farbskala, benötigen Toner mit kleinerer Partikelgröße höhere Pigmentbeladungen. Hyperpigmentierte Emulsionsaggregationstoner können die 1,4-fache Menge an Pigment benötigen, verglichen mit derzeit erhältlichen Emulsionsaggregationstonern. Die Pigmentmenge, die in hyperpigmentierte Tonerzusammensetzungen eingebracht werden kann, ist jedoch begrenzt. Toner mit hoher Pigmentbeladung benötigen möglicherweise eine längere Koaleszenzzeit als aktuelle Emulsionsaggregationsverfahren und führen daher zu höheren Fertigungskosten.
Zurzeit erhältliche Toner und Tonerverfahren sind für ihre vorgesehenen Zwecke geeignet. Es bleibt jedoch ein Bedarf an verbesserten Tonern und Tonerverfahren, die verbesserte Verfahren zum Herstellen von Toner einschließen, welche die Produktionszeit und -kosten senken. Es bleibt ferner ein Bedarf an verbesserten Tonern und Tonerverfahren, die kleinere Tonerpartikelgröße ermöglichen, wie einen D50-Durchmesser von 3,8 Mikrometern, als zurzeit verfügbare Emulsionsaggregationstoner. Es bleibt ferner ein Bedarf an verbesserten Tonern und Tonerverfahren, die erhöhte Druckqualität einschließlich verbesserter Farbskala bereitstellen. Es werden ferner ein Toner und ein Tonerverfahren gebraucht, das hyperpigmentierten Emulsionsaggregationstoner liefert.
KURZFASSUNG
Hier wird ein Toner beschrieben, der ein Harz und ein Färbungswachs umfasst, das eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer aufweisen; und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden; wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle erfolgen und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator erfolgt.
Ebenfalls beschrieben wird ein Tonerverfahren, umfassend Kontaktieren eines Harzes und einer Färbungswachsdispersion, die eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 200 Nanometer aufweisen; und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden, um ein Gemisch zu bilden; wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle erfolgen und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator erfolgt; gegebenenfalls mit einem Aggregiermittel, Erwärmen des Gemisches auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur des Harzes, um aggregierte Tonerpartikel zu bilden; gegebenenfalls Hinzufügen eines Mantelharzes zu den aggregierten Tonerpartikeln und Erwärmen auf eine weiter erhöhte Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes, um die Partikel zu koaleszieren, und Gewinnen der Tonerpartikel.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Abbildung einer Transmissionselektronenmikroskopaufnahme einer pigmentierten Wachsdispersion gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Abbildung einer Transmissionselektronenmikroskopaufnahme einer pigmentierten Wachsdispersion gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Graph, der die Partikelgröße einer pigmentierten Wachsdispersion zeigt, die gemäß vorliegenden Ausführungsformen hergestellt ist.
4 ist ein Graph, der die Partikelgröße und die Rundheit eines Toners gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Toner und Tonerverfahren einschließlich Verfahren und Gerätschaften zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen verwenden eine Färbungswachsdispersion, in Ausführungsformen eine pigmentierte Wachsdispersion oder eine Farbstoffwachsdispersion anstelle von separaten Wachsdispersionen und Pigmentdispersionen wie zuvor erforderlich. Die hier bereitgestellten Toner und Tonerverfahren bieten reduzierte Fertigungskosten im Vergleich zu früheren Emulsionsaggregationstonerverfahren. Der vorliegende Toner und die vorliegenden Tonerverfahren ermöglichen ferner die Herstellung von hyperpigmentierten und anderen hochpigmentierten Tonern.
„Hyperpigmentiert” bedeutet hier einen Toner mit hoher Pigmentbeladung bei niedriger Tonermasse pro Flächeneinheit (TMA, berechnet wie in der Technik bekannt), wobei derartige Toner beispielsweise eine Erhöhung der Pigmentbeladung von mindestens 25 Gew.%, mindestens etwa 35 Gew.%, mindestens etwa 45 Gew.%, mindestens etwa 55 Gew.% oder mehr des Tonerpartikels aufweisen können, relativ zu nicht hyperpigmentierten Tonern (z. B. Tonern mit Rußpigmentbeladungen von 6% oder darunter). In Ausführungsformen ist ein hyperpigmentierter Toner wie hier verwendet jegliche neue Formulierung, wobei die Pigmentmenge mindestens etwa das 1,2-fache von der Menge ist, die in einem Kontrolltoner, nicht-hyperpigmentierten oder bekannten Toner gefunden wird, in Ausführungsformen mindestens etwa das 1,3-Fache, mindestens etwa das 1,4-Fache, mindestens etwa das 1,5-Fache oder mehr Pigment, als in einer Kontroll- oder bekannten Formulierung gefunden wird.
In Ausführungsformen soll „hyperpigmentiert” und grammatische Formen davon einen Toner oder eine Tonerzubereitung beschreiben, der bzw. die beim Drucken und Fixieren der Tonerpartikel an dem Substrat ein Bild mit 100% Vollton-Einfarbenfeld bildet, wobei die Dicke dieses Bildes weniger als etwa 50%, weniger als etwa 60%, weniger als etwa 70% des Durchmessers der Tonerpartikel beträgt, wie beispielsweise in der US-Veröffentlichung mit der Nr. 2011/0250536 bereitgestellt wird.
In Ausführungsformen bedeutet „hyperpigmentiert” einen Toner mit höherer Pigmentbeladung bei niedrigerer TMA, als bei konventionellem Toner gefunden wird, wie zur Bereitstellung einer ausreichenden optischen Dichte der Bildreflektion (ODr) von größer als 1,40, größer als 1,45 oder größer als 1,50, wenn auf ein Substrat gedruckt und fixiert wird, wobei die Pigmentbeladung so gewählt wird, dass das Verhältnis der TMA, gemessen für eine Einfarbenschicht in mg/cm², geteilt durch den Volumendurchmesser des Tonerpartikels in Mikrometern, kleiner als etwa 0,075 ist, um die erforderliche Bilddichte zu erfüllen. Die TMA kann etwa 0,55 mg²/cm oder weniger, etwa 0,525 mg²/cm oder weniger, etwa 0,5 mg²/cm oder weniger oder darunter sein.
In Ausführungsformen umfasst der vorliegende Toner ein Harz oder ein Latexpolymer und ein Färbungswachs, das eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer oder etwa 150 Nanometern bis weniger als 200 Nanometer aufweisen; und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden; wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle erfolgen und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator erfolgt. In Ausführungsformen ist das Färbungsmittel von Schritt (a) ein trockenes Färbungsmittel.
Die Färbungswachsdispersion kann hergestellt werden, indem 1) ein Färbungskonzentrat hergestellt wird und 2) eine Färbungswachsdispersion hergestellt wird, indem (a) ein trockenes Färbungsmittel geschmolzen und mit mindestens einem Wachs gemischt wird, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) das Färbungskonzentrat aus Schritt (a) gemahlen wird, um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) das gemahlene Färbungskonzentrat aus (b) mit Wasser kombiniert und dispergiert wird, um eine Färbungswachsdispersion zu bilden, die eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern, umgeben mit einem Wachsmantel, umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer aufweisen, wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und der Mahlschritt (b) in einer Tauchmedienmühle durchgeführt werden und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt wird.
In Ausführungsformen umfasst das Verfahren vorteilhaft die Verwendung einer einzelnen Färbungswachsdispersion statt separater und eigener Färbungsdispersion und Wachsdispersion wie in vorherigen Verfahren. In Ausführungsformen enthält der Toner vorteilhaft ein Färbungswachs, das ein Einzelmaterial-Färbungswachs ist, das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt ist, statt ein separates Färbungsmittel und Wachs wie in vorhergehenden bekannten Tonern.
Wachse haben in der Regel gute Trenneigenschaften. In den vorliegenden Tonerausführungsformen sind Färbungsmittel in Wachs verkapselt. In bestimmten Ausführungsformen werden wachsverkapselte Pigmente bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen werden wachsverkapselte Farbstoffe bereitgestellt. Die hier mit wachsverkapseltem Färbungsmittel hergestellten Tonerzusammensetzungen, in Ausführungsformen wachsverkapselte Pigmente oder wachsverkapselte Farbstoffe zeigen gegenüber ähnlichen Tonern, denen das vorliegende wachsverkapselte Färbungsmittel fehlt, verbesserte Eigenschaften. Wachse sind üblicherweise leichter als Pigmente oder Wasser. Das vorliegende Verfahren nutzt dieses Phänomen unter Verwendung von wachsverkapselten Pigmenten, die sich mit geringer Wahrscheinlichkeit absetzen als „nackte” Pigmente, das heißt Pigmente, die nicht in Wachs verkapselt sind. Die vorliegenden wachsverkapselten Pigmente zeigen auch reduzierte Agglomeration, verglichen mit nicht wachsverkapselten Pigmenten.
Das vorliegende Tonerverfahren umfasst das Kontaktieren eines Harzes (oder eines Latexpolymers) und einer Einzeldispersion bestehend aus einer Färbungswachsdispersion, umfassend eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln, die einen Färbungskern, umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer zeigen, und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines trockenen Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden, um ein Gemisch zu bilden; gegebenenfalls mit einem Aggregiermittel, Erwärmen des Gemisches auf eine Temperatur unter der Glasübergangstemperatur des Harzes oder Erwärmen des Gemisches auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur des Harzes, um aggregierte Tonerpartikel zu bilden; gegebenenfalls Zufügen eines Mantelwachses zu den aggregierten Tonerpartikeln und Erwärmen auf eine weiter erhöhte Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes, um die Partikel zu koaleszieren; und Gewinnen der Tonerpartikel. In Ausführungsformen werden das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle durchgeführt, und das Kombinieren von Schritt (c) wird mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt. In Ausführungsformen ist das Färbungskonzentrat ein Pigmentkonzentrat oder ein Färbungskonzentrat und die stabile Dispersion von Färbungswachs in Nanometergröße ist eine pigmentierte Wachsdispersion oder eine Farbstoffwachsdispersion. Die vorliegenden Verfahren schließen somit die Herstellung von Zwischenstufen ein, die pigmentierte Wachs- oder gefärbte Wachspartikel enthalten. Es wird somit eine Einzeldispersion verwendet, bestehend aus einer Färbungswachsdispersion, anstelle von zwei separaten Dispersion, wobei eine davon eine Färbungsdispersion und die andere eine Wachsdispersion ist, wie in früheren Tonerverfahren. Das Tonerverfahren umfasst drei Hauptverfahren:
Verfahren 1. Herstellen eines Färbungskonzentrats, in Ausführungsformen eines Pigmentkonzentrats oder Farbstoffkonzentrats, in Ausführungsformen unter Verwendung einer Tauchmedienmühle;
Verfahren 2. Herstellen einer pigmentierten Wachsdispersion oder einer Farbstoffwachsdispersion unter Verwendung eines Kolbenhomogenisators und
Verfahren 3. Herstellen eines Toners unter Verwendung eines Emulsionsaggregationsverfahrens.
In Ausführungsformen umfasst Herstellen des Färbungskonzentrats Dispergieren, Mahlen und Stabilisieren des Färbungsmittels in einer Wachsbasis. Pigmente können auf ein Z-Mittel oder D50 von etwa 130 Nanometern im Durchmesser gemahlen werden.
Die Partikelgröße der pigmentierten Wachspartikel kann mit jeglicher Anzahl von geeigneten dynamischen Lichtstreuungsvorrichtungen gemessen werden, wie mit einem Malvern Zetasizer. Die Z-gemittelte Partikelgröße im Zeitverlauf kann beispielsweise überwacht werden, um die Stabilität der Pigmentpartikel zu messen, während sie auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, wie etwa 120°C. In Ausführungsformen haben die vorliegenden pigmentierten Wachspartikel eine Z-gemittelte Partikelgröße von etwa 80 bis etwa 300 Nanometern oder etwa 100 bis etwa 250 Nanometern oder etwa 170 bis etwa 230 Nanometern.
Das Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Tonerzusammensetzungen umfasst das Herstellen von Färbungswachsdispersionen, in Ausführungsformen pigmentierten Wachsdispersionen oder Farbstoffwachsdispersionen. Die Tonerzusammmensetzungen umfassen in Ausführungsformen ein wachsverkapseltes Färbungsmittel, das durch Herstellen einer Dispersion von wachsverkapseltem Färbungsmittel, in Ausführungsformen Pigment oder Farbstoff, mit einer D50 von etwa 140 Nanometern bis etwa 220 Nanometer hergestellt wird.
Die Wachsdispersion kann mit einem Hochdruck-Kolbenhomogenisator hergestellt werden. Die pigmentierte Wachsdispersion ist in Ausführungsformen eine wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion, die eine Vielzahl von pigmentierten Wachspartikeln einschließt, umfassend einen Pigmentkern, umgeben von einem Wachsmantel, wobei die pigmentierten Wachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometer aufweisen. Die pigmentierte Wachsdispersion kann nach dem Verfahren hergestellt werden, das (a) Schmelzen und Mischen eines trockenen Pigments mit mindestens einem Wachs, um ein Pigmentkonzentrat zu bilden, wobei das Pigmentkonzentrat mindestens 25 Gew.% des Pigments enthält, (b) Mahlen des Pigmentkonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Pigmentkonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Pigmentkonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren einschließt, um eine pigmentierte Wachsdispersion zu bilden, die eine Vielzahl von pigmentierten Wachspartikeln umfasst, die einen Pigmentkern, umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) mit einer Tauchmedienmühle durchgeführt wird und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt wird, und wobei die pigmentierten Wachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer zeigen.
Das vorliegende Verfahren zur Herstellung einer pigmentierten Wachsdispersion umfasst (a) Schmelzen und Mischen eines trockenen Pigments mit mindestens einem Wachs, um ein Pigmentkonzentrat zu bilden, wobei das Pigmentkonzentrat mindestens 25 Gew.% des Pigments enthält, (b) Mahlen des Pigmentkonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Pigmentkonzentrat zu bilden, und (c) Kombinieren des gemahlenen Pigmentkonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um eine pigmentierte Wachsdispersion zu bilden, die eine Vielzahl von pigmentierten Wachspartikeln umfasst, die einen Pigmentkern, umgeben von einem Wachsmantel, umfassen, wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) mit einer Tauchmedienmühle durchgeführt werden und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt wird, und wobei die pigmentierten Wachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer zeigen.
In Ausführungsformen haben die pigmentierten Wachspartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 80 bis etwa 300 Nanometern oder etwa 100 bis etwa 250 Nanometern oder etwa 170 bis etwa 230 Nanometern. In bestimmten Ausführungsformen zeigen die pigmentierten Wachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 bis weniger als etwa 230 Nanometern oder etwa 150 bis weniger als etwa 200 Nanometern. Die pigmentierten Wachspartikel haben in Ausführungsformen eine Z-gemittelte Partikelgröße von etwa 200 Nanometern. Die durchschnittliche Partikelgröße kann auf jede geeignete oder gewünschte Weise gemessen werden, wie mit einem Nanotrac^TM 252 (Microtrac, Montgomeryville, PA, USA) Partikelgrößenanalysegerät.
Das Pigmentdispersionsverfahren kann in jeder geeigneten oder gewünschten Apparatur durchgeführt werden. Die pigmentierten Wachsdispersionsverfahren finden in Ausführungsformen in der Umgebung eines ummantelten Gefäßes, das eine Mühle umgibt, statt, in Ausführungsform einem ummantelten Gefäß, das eine Korbmühle oder eine Tauchmedienmühle umgibt. Die Mühle umfasst allgemein ein Gefäß mit einem Heizmantel, einer Dispergierschaufel zum Mischen des Phasenwechselträgers und optional Dispergiermittel und späterem Mischen des Phasenwechselträgers und optional von Dispergiermittel und Pigment, um das Pigment zu benetzen, oder einen Tauchmühlkopf (Korbeinheit), der die Schleifmedien enthält, in Ausführungsformen Keramikschleifmedien, um das Pigment zu dispergieren.
In einer Ausführungsform findet das gesamte Schmelzen, Mischen, Benetzen und Dispergieren in demselben Gefäß statt, und die Mischschaufel wird durch die Tauchmühle oder Korbmühle ersetzt. In einer anderen Ausführungsform findet das Schmelzen, Mischen und Benetzen in einem anderen Gefäß statt, und die benetzte Mischung wird dann in die Tauchmühle überführt.
Das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) erfolgen in Ausführungsformen in einer Tauchmedienmühle.
In Ausführungsformen erfolgt das Kombinieren von Schritt (c) in einem Kolbenhomogenisator.
Zu den Vorteilen, die nach dem vorliegenden Verfahren erreicht werden, gehört das Verwenden einer Tauchmedienmühle, in Ausführungsform einer Hockmeyer-Tauchmedienmühle, zum Nasspigmentschleifen, wozu gehört, dass die Tauchmedienmühle nur einen Tank für Pigmentdispergier-(Benetzung) und Mahlvorgänge benötigt. Daher wird ein vereinfachtes Verfahren bereitgestellt. Das Nasspigmentschleifen erfolgte zuvor unter Verwendung einer horizontalen Medienmühle, die einen Einsatzmaterialtank, eine Einsatzmaterialpumpe und Verbindungsrohrleitungen zum Führen von Materialien zwischen dem Einsatzmaterialtank und der Mahlkammer erfordert. Das vorliegende Verfahren unter Verwendung einer Tauchmedienmühle für die Schritte (a) und (b) profitiert ferner davon, dass die Tauchmedienmühle einen von oben wirkenden Antrieb nutzt, um den Mahlkorb zu halten und das Rührwerk zu drehen. Dieses Verfahren kann unter atmosphärischem Druck durchgeführt werden und benötigt keine mechanische Dichtung für die Antriebswelle. Eine horizontale Medienmühle arbeitet unter einem Druck von bis zu 100 psi (6,89 bar) und erfordert eine mechanische Dichtung für die Antriebswelle. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass das Mahlen in einer Tauchmedienmühle im Inneren des Tauchkorbs erfolgt. Kleine Mahlkörbe erfordern kleine Mengen an Schleifmedien und weniger Leistung, um höhere Rührwerkgeschwindigkeit zu erreichen.
Schmelzen und Mischen des trockenen Pigments mit mindestens einem Wachs kann mit einer Dispergierschaufel mit hoher Scherung oder Rührwerkbefestigung im Inneren eines ummantelten Gefäßes erreicht werden. Die Rotationsgeschwindigkeit (UpM) des Rührwerks, Spitzengeschwindigkeit (ft/Sekunde) und Temperatur kann jede geeignete oder gewünschte Geschwindigkeit oder Temperatur sein, in Ausführungsformen Temperaturen höher als 100°C, höher als 120°C, 100 bis etwa 170°C, 110 bis 170°C oder 110 bis 160°C, eine UpM von etwa 500 bis etwa 5500 UpM oder 500 bis etwa 5000 UpM oder 3000 bis etwa 5200 UpM und eine Spitzengeschwindigkeit von 4 bis 40 ft/s (1,22 bis 12,19 m/s) oder 23 ft/s bis 40 ft/s (7,01 bis 12,19 m/s).
Schmelzen und Mischen des trockenen Pigments mit mindestens einem Wachs kann bei jeder geeigneten oder gewünschten Temperatur erfolgen. Das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) wird in Ausführungsformen bei einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 180°C oder etwa 90 bis etwa 170°C oder etwa 100 bis etwa 145°C oder etwa 120 bis etwa 140°C durchgeführt.
Schmelzen und Mischen des trockenen Pigments mit mindestens einem Wachs kann für jede geeignete oder gewünschte Zeitdauer erfolgen. Das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) wird in Ausführungsformen für eine Zeit von etwa 0,1 bis 10 Stunden oder etwa 4 bis etwa 10 Stunden oder etwa 5 bis etwa 8 Stunden oder etwa 6 bis etwa 7 Stunden durchgeführt. In einer speziellen Ausführungsform erfolgen Schmelzen und Mischen von Schritt (a) für eine Zeit von etwa 0,1 bis etwa 4 Stunden oder von etwa 1 bis etwa 4 Stunden.
Das Mischen in Schritt (a) kann nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren erfolgen. Das Mischen in Schritt (a) wird in Ausführungsformen mit einer Dispergierschaufel durchgeführt, die auf etwa 500 bis etwa 5000 Umdrehungen pro Minute, etwa 1500 bis etwa 4000 Umdrehungen pro Minute oder etwa 2000 bis etwa 3000 Umdrehungen pro Minute eingestellt ist.
Das Mahlen von Schritt (b) kann nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren durchgeführt werden. Das Mahlen von Schritt (b) umfasst in Ausführungsformen einen Schleifschritt. Eine Tauchmühle oder Korbmühle kann für den Mahlschritt (b) verwendet werden. Die Korbmühle kann Siebe mit geeigneten Öffnungen, wie 0,1 Millimeter Öffnungen, an der Seite und unten aufweisen und kann mit Schleifmedien gefüllt sein, wie Keramikschleifmedien, in Ausführungsformen kugelförmigen Zirkondioxidschleifmedien mit 0,3 Millimeter Durchmesser. Die Korbmühle kann eine Förderschnecke verwenden, um die geschmolzenen gemischten Pigment- und Wachspartikel in die Mühle zu ziehen. Die durch den Rotor und die Schleifmedien ausgeübte Zentrifugalkraft schiebt die Aufschlämmung durch das seitliche und untere Sieb nach außen. Das Mahlen kann für jede geeignete oder gewünschte Zeit erfolgen, in Ausführungsform für Stunden, bis eine gewünschte Partikelgrößenverteilung erreicht worden ist.
Für die vorliegenden Verfahren kann jede geeignete oder gewünschte Mühle ausgewählt werden. Das vorliegende Verfahren kann in Ausführungsformen unter Verwendung einer Hockmeyer HCPN Dispermill^® durchgeführt werden, erhältlich von Hockmeyer Equipment Corporation, wobei es sich um eine Mikromühle handelt. Dies ist eine Tauchmühle, die eine vertikale Korbmühle einschließt, die Schleifmedien verwendet, um die Partikelgröße von Materialien zu reduzieren, wie beispielsweise Pigmenten.
Es kann jedes geeignete oder gewünschte Medienmahlmaterial, wie Perlen oder Schrot, in den Tauchmühlenkopf (die Korbeinheit) eingeschlossen werden. In Ausführungsformen werden 40 Milliliter Zirkoniumdioxid mit 0,3 Millimetern Durchmesser für den Mahlschritt in dem Mahlkopf angeordnet.
Der Mahlschritt (b) wird in Ausführungsformen bei einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 170°C oder etwa 100 bis etwa 145°C oder etwa 120 bis etwa 140°C durchgeführt.
Der Mahlschritt (a) kann für jegliche geeignete oder gewünschte Zeit erfolgen, in Ausführungsformen wird Mahlschritt (b) für eine Zeit von etwa 0,1 bis etwa 8 Stunden oder etwa 1 bis etwa 8 Stunden oder etwa 3 bis etwa 6 Stunden oder etwa 2 bis etwa 4 Stunden durchgeführt. In einer speziellen Ausführungsform erfolgen Schmelzen und Mischen von Schritt (a) für eine Zeit von etwa 0,1 bis etwa 4 Stunden.
Das gemahlene Pigmentkonzentrat von Schritt (b) kann sofort verwendet oder zur späteren Verwendung gelagert werden. Das gemahlene Pigmentkonzentrat von Schritt (b) wird in Ausführungsformen in Alumiumschalen abgegeben.
Der Kombinationsschritt (c) kann nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren erfolgen. Der Kombinationsschritt (c) umfasst in Ausführungsformen (1) Vorhomogenisieren, gefolgt von (2) Homogenisieren. In Ausführungsformen umfasst der Kombinationsschritt (c) beispielsweise (1) Vorhomogenisieren für eine Zeit von etwa 0,1 bis etwa 1,5 Stunden bei einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 170°C mit etwa 100 bis etwa 1000 UpM und etwa 300 bis etwa 1000 psi (20,68 bis 68,95 bar); gefolgt von (2) Homogenisieren für eine Zeit von etwa 0,5 bis etwa 5 Stunden bei einer Temperatur von etwa 90 bis etwa 170°C mit etwa 100 bis etwa 1000 UpM und etwa 4000 bis 8000 psi (275,79 bis 551,58 bar).
Das Verfahren kann ferner (d) Kühlen der pigmentierten Wachsdispersion auf jegliche geeignete oder gewünschte Temperatur, (e) Filtern der pigmentierten Wachsdispersion und (f) Abgeben der pigmentierten Wachsdispersion umfassen.
Der Kühlschritt (d) kann das Kühlen der pigmentierten Wachsdispersion auf jede geeignete oder gewünschte Temperatur umfassen, in Ausführungsformen Kühlen auf eine Temperatur von etwa 20 bis etwa 50°C.
Der Filtrationsschritt (c) kann nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren erfolgen. In Ausführungsformen umfasst das Filtrieren der pigmentierten Wachsdispersion das Filtrieren durch einen Filter mit einer Filtergröße von etwa 100 bis etwa 300 Mikrometern. Die pigmentierte Wachsdispersion kann in Ausführungsformen bei einer Temperatur von 20 bis etwa 50°C durch ein 150 μm Nylonsieb filtriert werden.
Die pigmentierten Wachsdispersionspartikel liefern Wachspigmentdispersionen mit geringer Größe. Die Partikelgröße der pigmentierten Wachspartikel kann mit jeglicher Anzahl von geeigneten dynamischen Lichtstreuungsvorrichtungen gemessen werden, wie mit einem Malvern Zetasizer. Die Z-gemittelte Partikelgröße im Zeitverlauf kann beispielsweise überwacht werden, um die Stabilität der Pigmentpartikel zu messen, während sie auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, wie etwa 120°C. In Ausführungsformen haben die vorliegenden pigmentierten Wachspartikel eine Z-gemittelte Partikelgröße von etwa 80 bis etwa 300 Nanometern oder etwa 100 bis etwa 250 Nanometern oder etwa 120 bis etwa 230 Nanometern oder etwa 170 bis etwa 230 Nanometern.
Die pigmentierte Wachsdispersion kann in jeder gewünschten oder geeigneten Menge in der Tonerzusammensetzung vorhanden sein. In Ausführungsformen ist die pigmentierte Wachsdispersion in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 50 oder etwa 1 bis etwa 25 oder etwa 2 bis etwa 20 Gew.% des Gesamtgewichts der Tonerzusammensetzung vorhanden.
Wenn eine Wachsdispersion auf Farbstoffbasis verwendet wird, kann die auf Farbstoff basierende Wachsdispersion auch in jeder geeigneten oder gewünschten Menge in dem Toner vorhanden sein. Die mit Farbstoff versehene Wachsdispersion ist in Ausführungsformen in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 45 oder etwa 1 bis etwa 40 oder etwa 2 bis etwa 30 Gew.% des Gesamtgewichts der Tonerzusammensetzung vorhanden.
Für die vorliegenden Verfahren kann jedes geeignete oder gewünschte Harz ausgewählt werden. Das Tonerharz kann in Ausführungsformen ein amorphes Harz, ein kristallines Harz oder eine Mischung oder Kombination davon sein. Geeignete Harze können auch eine Mischung eines amorphen Polyesterharzes und eines kristallinen Polyesterharzes einschließen, wie in US-Patent 6,830, 860 beschrieben.
Das Harz ist in Ausführungsformen Polyester. Das Harz ist in bestimmten Ausführungsformen amorpher Polyester, kristalliner Polyester oder eine Mischung davon.
Zur Bildung eines kristallinen Polyesters können ein oder mehrere Polyolverzweigungsmonomere mit einer Disäure in Gegenwart eines optionalen Katalysators und eines weiteren organischen Diols umgesetzt werden, das zur Bildung des kristallinen Harzes geeignet ist, einschließlich aliphatischer Diole mit etwa 2 bis etwa 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 Mischungen und Kombinationen davon, einschließlich ihrer Strukturisomere. Das aliphatische Diol kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 25 bis etwa 60 Molprozent oder etwa 25 bis etwa 55 Molprozent oder etwa 25 bis etwa 53 Molprozent des Harzes. Ein drittes Diol kann in Ausführungsformen aus den oben beschriebenen Diolen in einer Menge von etwa 0 bis etwa 25 Molprozent oder etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Harzes ausgewählt werden.
Beispiele für organische Disäuren oder Diester einschließlich Vinyldisäuren oder Vinyldiestern, die zur Herstellung des kristallinen Harzes ausgewählt werden können, schließen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure, Mesaconsäure, einen Diester oder ein Anhydrid davon sowie Mischungen und Kombinationen davon ein. Die organische Disäure kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 25 bis etwa 60 Molprozent oder etwa 25 bis etwa 52 Molprozent oder etwa 25 bis etwa 50 Molprozent des Harzes. Eine zweite Disäure kann in Ausführungsformen ausgewählt sein aus den oben beschriebenen Disäuren und kann in einer Menge von etwa 0 bis etwa 25 Molprozent des Harzes vorhanden sein.
Zur Bildung von kristallinem Polyester können ein oder mehrere Polysäureverzweigungsmonomere in Gegenwart eines optionalen Katalysators und einer weiteren organischen Disäure oder eines Diesters mit einem Diol umgesetzt werden. Die Komponenten können in jedem geeigneten oder gewünschten Verhältnis ausgewählt werden. Das Verzweigungsmonomer kann in Ausführungsformen in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 15 Molprozent oder etwa 1 bis etwa 10 Molprozent oder etwa 2 bis etwa 5 Molprozent bereitgestellt werden, und in Ausführungsformen kann ein zweites Verzweigungsmonomer in jeder geeigneten oder gewünschten Menge ausgewählt werden, in Ausführungsformen etwa 0 bis etwa 10 Molprozent oder etwa 0,1 bis etwa 10 Molprozent des robusten Harzes.
Beispiele für Disäuren oder Diester, die zur Verwendung zur Bildung des vorliegenden Harzes geeignet sind, schließen Vinyldisäuren oder Vinyldiester ein, die zur Herstellung von amorphen Polyesterharzen verwendet werden, einschließlich Disäuren oder Diestern, wie Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Trimellitsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat sowie Mischungen und Kombinationen davon.
Die organische Disäure oder der Diester kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 35 bis etwa 60 Molprozent des Harzes oder etwa 42 bis etwa 52 Molprozent des Harzes oder etwa 45 bis etwa 50 Molprozent des Harzes.
Beispiele für Diole, die zur Herstellung des amorphen Polyesters verwendet werden können, schließen 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, Xyloldimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglykol, Dibutylen und Mischungen und Kombinationen davon ein.
Das organische Diol kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 35 bis etwa 60 Molprozent des Harzes oder etwa 42 bis etwa 55 Molprozent des Harzes oder etwa 45 bis etwa 53 Molprozent des Harzes.
In Ausführungsformen können Polykondensationskatalysatoren zur Bildung der Polyester verwendet werden. Polykondensationskatalysatoren, die für die kristallinen oder amorphen Polyester verwendet werden können, schließen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide, wie Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinne, wie Dibutylzinndilaurat, und Dialkylzinnoxidhydroxide, wie Butylzinnoxidhydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinn(II)oxid und Mischungen und Kombinationen davon ein. Solche Katalysatoren können in jeder geeigneten oder gewünschten Menge genutzt werden, wie etwa 0,01 Molprozent bis etwa 5 Molprozent, basierend auf der Ausgangsdisäure oder dem Ausgangsdiester, die bzw. der zur Herstellung des Polyesterharzes verwendet wird.
Das Harz kann nach jedem gewünschten oder geeigneten Verfahren hergestellt werden. Ein oder mehrere Monomere können beispielsweise mit einer oder mehreren Säure- oder Diesterkomponenten in optionaler Gegenwart eines Katalysators kombiniert, erwärmt werden, gegebenenfalls in einer inerten Atmosphäre, um die Monomere zu Präpolymeren zu kondensieren. Dieser Mischung können eine oder mehrere Disäuren oder Diester zugefügt werden, gegebenenfalls zusätzlicher Katalysator, gegebenenfalls ein Radikalinhibitor, wobei erwärmt wird, gegebenenfalls unter inerter Atmosphäre, um das gewünschte endgültige Harz (Polyester) zu bilden.
Das Erwärmen kann auf jede geeignete oder gewünschte Temperatur erfolgen, wie etwa 140°C bis etwa 250°C oder etwa 160°C bis etwa 230°C oder etwa 180°C bis etwa 220°C.
Es können beliebige Inertatmosphärenbedingungen gewählt werden, wie unter Stickstoffspülung.
Gewünschtenfalls kann ein Radikalinhibitor verwendet werden. Es kann jeder geeignete oder gewünschte Radikalinhibitor ausgewählt werden, wie Hydrochinon, Toluhydrochinon, 2,5-Di-tert-butylhydrochinon und Mischungen und Kombinationen davon. Der Radikalinhibitor kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 0,01 bis etwa 1,0, etwa 0,02 bis etwa 0,5 oder etwa 0,05 bis etwa 0,2 Gewichtprozent der gesamten Reaktorbeschickung.
Das Harz kann in Ausführungsformen mit einer schwachen Base oder Neutralisationsmittel vorgemischt werden. Die Base kann in Ausführungsformen ein Feststoff sein, wodurch die Notwendigkeit der Nutzung einer Lösung entfällt, was die Risiken und Probleme im Zusammenhang mit dem Pumpen einer Lösung vermeidet.
Das Harz und das Neutralisierungsmittel können in Ausführungsformen simultan durch einen Cozuführprozess zugeführt werden, der die Zuführrate des Neutralisierungsmittels und des Harzes in einen Extruder genau steuern kann, wobei diese dann schmelzgemischt und anschließend emulgiert werden können.
Das Neutralisierungsmittel kann in Ausführungsformen verwendet werden, um Säuregruppen in den Harzen zu neutralisieren. Es kann jedes geeignete oder gewünschte Neutralisierungsmittel gewählt werden. Das Neutralisierungsmittel kann in Ausführungsformen ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Lithiumhydroxid, Kaliumkarbonat und Mischungen und Kombinationen davon.
Das Neutralisierungsmittel kann als Feststoff, wie Natriumhydroxidflocken, usw., in einer Menge von etwa 0,001% bis etwa 50 Gew.% oder etwa 0,01 Gew.% bis etwa 25 Gew.% oder etwa 0,1 Gew.% bis etwa 5 Gew.% verwendet werden, bezogen auf das Gewicht des Harzes.
Das Neutralisierungsmittel ist in bestimmten Ausführungsformen ein festes Neutralisierungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammonium hydroxidflocken, Kalium hydroxidflocken, Natriumhydroxidflocken, Natriumcarbonatflocken, Natriumbicarbonatflocken, Lithium hydroxidflocken, Kaliumkarbonatflocken, Organoaminen und Mischungen und Kombinationen davon.
Das Neutralisierungsmittel kann in Ausführungsformen Natrium hydroxidflocken sein. Das verwendete Tensid kann in Ausführungsformen eine wässrige Lösung von Alkyldiphenyloxiddisulfonat sein, um sicherzustellen, dass die korrekte Neutralisierung des Harzes bei Verwendung von Natriumhydroxidflocken auftritt und zu einem hochwertigen Latex mit niedrigem Gehalt an Grobmaterial führt. Alternativ kann ein festes Tensid aus Natriumdodecylbenzolsulfonat verwendet werden und gemeinsam mit dem Harz dem Einsatzmaterialtrichter des Extruders zugeführt werden, wodurch es nicht notwendig ist, eine Tensidlösung zu verwenden, wodurch ein vereinfachtes und effizientes Verfahren bereitgestellt wird.
Eine gemäß dem vorliegenden Verfahren gebildete Emulsion kann auch eine geringe Menge an Wasser, in Ausführungsformen entionisiertes Wasser in jeder geeigneten oder gewünschten Menge einschließen, wie etwa 20 Gew.% bis etwa 300 Gew.% oder etwa 30 Gew.% bis etwa 150 Gew.% des Harzes, bei Temperaturen, die das Harz schmelzen oder erweichen, wie etwa 40°C bis etwa 140°C oder etwa 60°C bis etwa 100°C.
Es kann ferner jedes andere Monomer als Harz verwendet werden, das zur Herstellung eines Latex zur Verwendung in Toner geeignet ist. In Ausführungsformen kann, wie bereits gesagt, der Toner durch Emulsionsaggregation produziert werden. Geeignete Monomere, die zur Bildung einer Latexpolymeremulsion und somit der resultierenden Latexpartikel in der Latexemulsion brauchbar sind, schließen Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylnitrile, Kombinationen davon und dergleichen ein.
Das Latexpolymer kann in Ausführungsformen mindestens ein Polymer einschließen. Beispielhafte Polymere schließen Styrolacrylate, Styrolbutadiene, Styrolmethacrylate und spezieller Poly(styrol-alkylacrylat), Poly(styrol-1,3-dien), Poly(styrol-alkylmethacrylat), Poly(styrol-alkylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-1,3-dien-acrylsäure), Poly(styrol-alkylmethacrylat-acrylsäure), Poly(alkylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylate-arylacrylat), Poly(arylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-alkylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-1,3-dien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(alkylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butadien), Poly(methylstyrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylat-butadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren), Poly(styrol-propylacrylat), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-methacrylsäure), Poly(styrol-butadien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-methacrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(styrol-butylmethacrylat), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(butylmethacrylat-butylacrylat), Poly(butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butylacrylat-acrylsäure) und Kombinationen davon ein. Die Polymere können Blockpolymere, statistische Polymere oder alternierende Copolymere sein.
Das Harz ist in Ausführungsformen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Styrolen, Acrylaten, Methacrylaten, Butadienen, Isoprenen, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylnitrilen und Kombinationen davon.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Harz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(styrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylat-butadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(styrol-butylmethacrylat), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-isopren-acrylsäure), Poly(styrol-butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(butylmethacrylat-butylacrylat), Poly(butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butylacrylat-acrylsäure) und Kombinationen davon;
amorphem Polyester, kristallinem Polyester oder einer Mischung davon;
einem kristallinen Polyester, der gebildet ist durch Umsetzung von einem oder mehreren Polyolverzweigungsmonomeren mit einer Disäure oder einem Diester in Gegenwart eines optionalen Katalysators und eines weiteren organischen Diols, das zur Bildung des kristallinen Harzes geeignet ist, wobei das weitere organische Diol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 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 Mischungen und Kombinationen davon, einschließlich ihrer Strukturisomere, wobei die Disäure oder der Diester ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure, Mesaconsäure, einem Diester oder Anhydrid davon, sowie Mischungen und Kombinationen davon, und
einem amorphen Polyester, der gebildet wird durch Umsetzung von einem oder mehreren Polyolverzweigungsmonomeren mit einer Disäure oder einem Diester in Gegenwart eines optionalen Katalysators und eines weiteren organischen Diols, das zur Bildung des amorphen Harzes geeignet ist, wobei die Disäure oder der Diester ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Trimellitsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat und Mischungen und Kombinationen davon, wobei das weitere organische Diol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 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, Xyloldimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglykol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglykol, Dibutylen[sic, glykol] und Mischungen und Kombinationen davon.
Der Latex kann in Ausführungsformen in einer wässrigen Phase hergestellt werden, die ein Tensid oder Cotensid enthält. Tenside, die mit dem Polymer zur Bildung einer Latexdispersion verwendet werden können, können ionische oder nichtionische Tenside oder Kombinationen davon in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 15 Gew.% der Feststoffe und in Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.% der Feststoffe sein.
Anionische Tenside, die genutzt werden können, schließen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und -sulfonate, Säuren wie Abietinsäure, erhältlich von Aldrich, NEOGEN R^TM, NEOGEN SC^TM erhalten von Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Kombinationen davon und dergleichen ein.
Beispiele für kationische Tenside schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Ammoniumverbindungen ein, beispielsweise Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, C₁₂, C₁₅, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Kombinationen davon und dergleichen. Andere kationische Tenside schließen Cetylpyridiniumbromid, Halogenidsalze von quaternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL^® und ALKAQUAT^®, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANISOL (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals, Kombinationen davon und dergleichen ein. In Ausführungsformen schließt ein geeignetes kationisches Tensid SANISOL^® B-50 ein, erhältlich von Kao Corp., das vorwiegend ein Benzyldimethylalkoniumchlorid ist.
Beispiele für nichtionische Tenside schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Alkohole, Säuren und Ether ein, beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxylethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy) ethanol, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen können kommerziell erhältliche Tenside von Rhone-Poulenc verwendet werden, wie 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.
Die Auswahl der speziellen Tenside oder Kombinationen davon sowie der jeweiligen zu verwendenden Mengen liegen im Ermessen von Fachleuten.
In Ausführungsformen können Initiatoren zugesetzt werden, um das Latexpolymer zu bilden. Beispiele für geeignete Initiatoren schließen wasserlösliche Initiatoren ein, wie Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat, und organisch lösliche Initiatoren einschließlich organischen Peroxiden und Azoverbindungen, einschließlich Vazo-Peroxiden, wie VAZO 64^TM, 2-Methyl-2,2'-azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2,2'-Azobisisobutyramiddihydrat und Kombinationen davon. Andere wasserlösliche Initiatoren, die genutzt werden können, schließen Azoamidinverbindungen ein, beispielsweise 2,2'-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-hydroxyphenyl)-2-methyl-propionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-aminophenyl)-2-methylpropionamidin]tetrahydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N(phenylmethyl)propionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N-2-propenylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(2-hydroxyethyl)2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2(5-methyl-2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(4,5,6,7-tetrahydro-1H-1,3-diazepin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(5-hydroxy-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}dihydrochlorid, Kombinationen davon und dergleichen.
Initiatoren können in geeigneten Mengen zugefügt werden, wie etwa 0,1 bis etwa 8 Gew.% der Monomere und in Ausführungsformen von etwa 0,2 bis etwa 5 Gew.% der Monomere.
In Ausführungsformen können auch Kettenübertragungsmittel verwendet werden, um das Latexpolymer zu bilden. Geeignete Kettenübertragungsmittel schließen Dodecanthiol, Octanthiol, Kohlenstofftetrabromid, Kombinationen davon und dergleichen, in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.% und in Ausführungsformen etwa 0,2 bis etwa 5 Gew.% der Monomere ein, um die Molekulargewichtseigenschaften des Latexpolymers zu steuern, wenn Emulsionspolymersation gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
Die Tonerpartikel können in Ausführungsformen ferner nach Wunsch oder Bedarf optionale Additive enthalten. Der Toner kann beispielsweise positive oder negative Ladungssteuerungsmittel einschließen, wie in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.% oder etwa 1 bis etwa 3 Gew.% des Toners. Beispiele für geeignete Ladungssteuerungsmittel schließen quaternäre Ammoniumverbindungen ein, einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, -bisulfaten, Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich derjenigen, die in US-Patent 4,298,672 offenbart sind, organischen Sulfat- und Sulfonatzusammensetzungen einschließlich derjenigen, die in US-Patent 4,338,390 offenbart sind, Cetylpyridiniumtetrafluorboraten, Distearyldimethylammoniummethylsulfat, Aluminumsalzen wie CONTRON E84^TM oder E88^TM (Orient Chemical Industries, Ltd.) sowie Mischungen und Kombinationen davon.
Mit den Tonerpartikeln können auch externe Additivpartikel gemischt werden, einschließlich Fließhilfsmitteladditiven, wobei die Additive auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele für diese Additive schließen Metalloxide, wie Titandioxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Siliciumdioxide, wie AEROSIL^®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren einschließlich Zinkstearat, Calciumstearat, oder langkettige Alkohole ein, wie UNILIN^® 700, und Mischungen und Kombinationen davon.
Siliciumdioxid kann auf die Toneroberfläche als Tonerfließmittel, Reibungserhöhungsmittel, Mischkontrollmittel, für verbesserte Entwicklungs- und Transferstabilität und höhere Tonerblockiertemperatur aufgebracht werden. TiO₂ kann für verbesserte relative Feuchtigkeits-(RH)-Stabilität, Reibungssteuerung und verbesserte Entwicklungs- und Transferstabilität aufgebracht werden. Zinkstearat, Calciumstearat und/oder Magnesiumstearat können gegebenenfalls auch als externes Additiv verwendet werden, um Schmiereigenschaften, Entwicklerleitfähigkeit-Reibungserhöhung, zur Ermöglichung höherer Tonerladung und Ladungsstabilität verwendet werden, indem die Anzahl der Kontakte zwischen Toner und Trägerpartikeln erhöht werden. In Ausführungsformen kann ein im Handel erhältliches Zinkstearat verwendet werden, das als Zinc Stearate L, erhältlich von Ferro Corporation, bekannt ist. Die Außenoberflächenadditive können mit oder ohne Beschichtung verwendet werden.
Jedes dieser externen Additive kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorhanden sein, wie etwa 0,1 Gew.% bis etwa 5 Gew.% des Toners oder etwa 0,2 Gew.% bis etwa 3 Gew.% des Toners.
Die Latexemulsion, die das Harz oder die Harze enthält, kann nach einem beliebigen Verfahren, das der Fachmann für geeignet hält, zur Bildung eines Toners eingesetzt werden. Die Latexemulsion kann mit einem Färbungsmittel, gegebenenfalls in Form einer Färbungsdispersion, und anderen Additiven kontaktiert werden, um nach einem geeigneten Verfahren einen Toner zu bilden, in Ausführungsformen mit einem Emulsionsaggregations- und -koaleszenzprozess. Die hier verwendeten Tonerverfahren verwenden in Ausführungsformen die vorliegenden Latexemulsionen zur Produktion von Partikelgrößen, die für Emulsionsaggregationsverfahren mit ultraniedrigen Schmelzeigenschaften geeignet sind.
Das Tonerverfahren umfasst gegebenenfalls ferner das Koaleszieren der aggregierten Tonerpartikel.
Das Tonerverfahren umfasst in Ausführungsformen ferner solche, bei denen die aggregierten Tonerpartikel einen Kern bilden und des Weiteren während der Aggregation weitere Emulsion zugefügt wird, um einen Mantel über dem Kern zu bilden. Die zusätzliche Emulsion, die den Mantel bildet, ist in bestimmten Ausführungsformen das gleiche Material wie die Emulsion, die den Kern bildet. Die zusätzliche Emulsion, die den Mantel bildet, kann sich in anderen Ausführungsformen von dem Material unterscheiden, das den Tonerkern bildet. Das Verfahren umfasst in Ausführungsformen das Hinzufügen eines zweiten Harzes zu den aggregierten Tonerpartikeln, um einen Mantel über den aggregierten Tonerpartikeln zu bilden, wodurch ein Kern-Mantel-Toner gebildet wird, das Hinzufügen des Koaleszierungsmittels zu den Tonerpartikeln und anschließend das Erwärmen des Kern-Mantel-Toners mit dem Koaleszierungsmittel auf eine Temperatur über der Glasübergangstemperatur des zweiten Harzes.
In anderen Ausführungsformen kann der vorliegende Toner nach einem Verfahren gebildet werden, bei dem die Harzemulsion mit einem Tensid, dem Färbungsmittel mit der darauf abgesetzten reaktiven Komponente, einem optionalen Wachs und einem optionalen Koagulierungsmittel homogenisiert wird, um bei Raumtemperatur eine homogenisierte Toneraufschlämmung zu bilden, die voraggregierte Partikel umfasst, die Aufschlämmung erwärmt wird, um aggregierte Tonerpartikel zu bilden, gegebenenfalls die Toneraufschlämmung eingefroren wird, nachdem sie sich auf der gewünschten aggregierten Partikelgröße befindet, und ferner die aggregierten Partikel in der Aufschlämmung erwärmt werden, um die aggregierten Partikel zu Tonerpartikeln zu koaleszieren.
Das Erwärmen zur Bildung von aggregierten Tonerpartikeln kann auf jede geeignete oder gewünschte Temperatur für jede geeignete oder gewünschte Zeit erfolgen. In Ausführungsformen kann das Erwärmen zur Bildung von aggregierten Tonerpartikeln auf eine Temperatur unter der T_g des Latex, in Ausführungsformen von etwa 30°C bis etwa 70°C oder etwa 40°C bis etwa 65°C für einen Zeitraum von etwa 0,2 Stunden bis etwa 6 Stunden, von etwa 0,3 Stunden bis etwa 5 Stunden erfolgen, wobei dies in Ausführungsformen zu Toneraggregaten mit etwa 3 μm bis etwa 15 μm durchschnittlichem Volumendurchmesser, in Ausführungsformen etwa 4 μm bis etwa 8 um durchschnittlichem Volumendurchmesser führt, wenn auch nicht eingeschränkt.
Das Einfrieren der Toneraufschlämmung, um das Partikelwachstum zu stoppen, nachdem die gewünschte aggregierte Partikelgröße erreicht ist, wird nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren erreicht. Die Mischung wird in Ausführungsformen in einem Kühl- oder Gefrierschritt gekühlt. Der pH-Wert der Mischung wird in Ausführungsformen eingestellt, wie durch Einfrieren der Aggregation der Partikel mit einer Pufferlösung mit einem pH-Wert von etwa 7 bis etwa 12 über einen Zeitraum von etwa 1 Minute bis etwa 1 Stunde oder etwa 8 Stunden oder etwa 2 Minuten bis etwa 30 Minuten. Das Kühlen einer koaleszierten Toneraufschlämmung schließt in Ausführungsformen das Quenchen durch Zugabe eines Kühlmediums ein, wie beispielsweise Trockeneis und dergleichen, um rasches Kühlen auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 40°C oder etwa 22°C bis etwa 30°C zu erreichen.
Das Koaleszieren der aggregierten Partikel zu Tonerpartikeln kann nach jedem geeigneten oder gewünschten Verfahren erfolgen. Das Koaleszieren umfasst in Ausführungsformen ferner das Erwärmen von aggregierten Partikeln in der Aufschlämmung, um die aggregierten Partikel zu Tonerpartikeln zu koaleszieren. Die Aggregatsuspension kann in Ausführungsformen auf eine Temperatur auf oder über der T_g des Latex erwärmt werden. Wenn die Partikel eine Kern-Mantel-Konfiguration haben, kann das Erwärmen auf über die T_g des ersten Latex, der zur Bildung des Kerns verwendet wird, und die T_g des zweiten Latex erfolgen, der zur Bildung des Mantels verwendet wird, um den Mantellatex mit dem Kernlatex zu verschmelzen. Die Aggregatsuspension kann in Ausführungsformen auf eine Temperatur von etwa 80°C bis etwa 120°C oder etwa 85°C bis etwa 98°C für einen Zeitraum von etwa 1 Stunde bis etwa 6 Stunden oder etwa 2 Stunden bis etwa 4 Stunden erwärmt werden.
Dann kann die Toneraufschlämmung gewaschen werden. Das Waschen kann in Ausführungsformen bei einem pH-Wert von etwa 7 bis etwa 12 oder etwa 9 bis etwa 11 durchgeführt werden, und die Waschflüssigkeit kann eine Temperatur von etwa 30°C bis etwa 70°C oder etwa 40°C bis etwa 67°C aufweisen. Das Waschen kann Filtern und erneutes Aufschlämmen eines Filterkuchens einschließlich Tonerpartikeln in entionisiertem Wasser einschließen. Der Filterkuchen kann ein oder mehrere Male mit entionisiertem Wasser gewaschen werden oder mit einer einzelnen Wäsche mit entionisiertem Wasser mit einem pH-Wert von etwa 4 gewaschen werden, wobei der pH-Wert der Aufschlämmung mit einer Säure eingestellt wird und gegebenenfalls eine oder mehrere Wäschen mit entionisiertem Wasser folgen.
Das Trocknen kann in Ausführungsformen bei einer Temperatur von etwa 35°C bis etwa 85°C oder etwa 45°C bis etwa 60°C durchgeführt werden. Das Trocknen kann fortgesetzt werden, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Partikel unter einem Sollwert von etwa 1 Gew.% liegt, in Ausführungsformen weniger als etwa 0,7 Gew.%.
Ein pH-Einstellungsmittel kann in einigen Ausführungsformen zugefügt werden, um die Rate des Emulsionsaggregationsverfahrens zu steuern. Das in den Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwendete pH-Einstellungsmittel kann jede Säure oder Base sein, die die produzierten Produkte nicht nachteilig beeinflusst. Geeignete Basen können Metallhydroxide einschließen, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid und gegebenenfalls Kombinationen davon. Geeignete Säuren schließen Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Citronensäure, Essigsäure und gegebenenfalls Kombinationen davon ein.
Die Färbungswachsdispersionen oder pigmentierten Wachsdispersionen können während der Bildung des Latexpolymers in der Emulsionsaggregationssynthese zugefügt werden. Geeignete Wachse schließen beispielsweise Submikrometer-Wachspartikel im Größenbereich von etwa 50 bis etwa 1000 Nanometern, in Ausführungsformen etwa 100 bis etwa 500 Nanometern im durchschnittlichen Volumendurchmesser ein, suspendiert in einer wässrigen Phase aus Wasser und einem ionischen Tensid, nichtionischen Tensid oder Kombinationen davon. Geeignete Tenside schließen diejenigen ein, die zuvor beschrieben wurden. Das ionische Tensid oder nichtionische Tensid kann in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.% und in Ausführungsformen etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.% des Wachses sein.
Die Färbungswachsdispersion gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise ein natürliches pflanzliches Wachs, natürliches tierisches Wachs, mineralisches Wachs und/oder synthetisches Wachs einschließen. Beispiele für natürliche pflanzliche Wachse schließen beispielsweise Carnaubawachs, Candelillawachs, Japanwachs und Myrtenwachs ein. Beispiele für natürliche tierische Wachse schließen beispielsweise Bienenwachs, punisches Wachs, Lanolin, Lackwachs, Schellackwachs und Walratwachs ein. Mineralwachse schließen beispielsweise Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs, Montanwachs, Ozokeritwachs, Ceresinwachs, Petrolatumwachs und Petroleumwachs ein. Synthetische Wachse der vorliegenden Offenbarung schließen beispielsweise Fischer-Tropsch-Wachs, Acrylatwachs, Fettsäureamidwachs, Silikonwachs, Polytetrafluorethylenwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs und Kombinationen davon ein.
Beispiele für Polypropylen- und Polyethylenwachse schließen jene ein, die im Handel von Allied Chemical und Baker Petrolite erhältlich sind, Wachsemulsionen, erhältlich von Michelman Inc. und der Daniels Products Company, EPOLENE^® N-15, im Handel erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc., VISCOL^® 550-P, ein Polypropylen mit niedrigem Molekulargewicht (Gewichtsmittel), erhältlich von Sanyo Kasel K. K., und ähnliche Materialien. In Ausführungsformen besitzen im Handel erhältliche Polyethylenwachse ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 100 bis etwa 5000 und in Ausführungsformen von etwa 250 bis etwa 2500, während die im Handel erhältlichen Polypropylenwachse ein Molekulargewicht von etwa 200 bis etwa 10000 und in Ausführungsformen von etwa 400 bis etwa 5000 haben.
Die Wachse können in Ausführungsformen funktionalisiert sein. Beispiele für Gruppen, die zum Funktionalisieren von Wachsen zugefügt werden, schließen Amine, Amide, Imide, Ester, quaternäre Amine und/oder Carbonsäuren ein. Die funktionalisierten Wachse können in Ausführungsformen Acrylpolymeremulsionen sein, beispielsweise JONCRYL^® 74, 89, 130, 537, und 538, die alle von Johnson Diversey, Inc., erhältlich sind, oder chlorierte Polypropylene und Polyethylene, die im Handel von Allied Chemical, Baker Petrolite Corporation und Johnson Diversey, Inc. erhältlich sind.
Die vorliegenden pigmentierten Wachsdispersionen können jegliches geeignete oder gewünschte Pigmentfärbungsmittel enthalten. Das Färbungsmittel ist in speziellen Ausführungsformen ein Pigment. In einer speziellen Ausführungsform ist das Färbungsmittel ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Magentapigment, einem Cyanpigment, einem gelben Pigment, einem schwarzen Pigment und Mischungen und Kombinationen davon. Die pigmentierten Wachsdispersionen können durch Synergisten und Dispergiermittel stabilisiert werden.
Beispiele für geeignete Pigmente schließen PALIOGEN^® Violet 5100 (BASF) (violett); PALIOGEN^® Violet 5890 (BASF) (violett); HELIOGEN^® Green 18730 (BASF) (grün); LITHOL^® Scarlet D3700 (BASF) (scharlachrot); SUNFAST^® Blue 15:4 (Sun Chemical) (blau); Hostaperm^® Blue B2G-D (Clariant) (blau); Hostaperm^® Blue B4G (Clariant) (blau); SPECTRA^® PAC C Blue 15:4 (Sun Chemical) (blau); Permanent Red P-F7RK; Hostaperm^® Violet BL (Clariant) (echtrot); LITHOL^® Scarlet 4440 (BASF) (scharlachrot); Bon Red C (Dominion Color Company) (rot); ORACET^® Pink RF (BASF) (rosa); PALIOGEN^® Red 3871 K (BASF) (rot); SUNFAST^® Blue 15:3 (Sun Chemical) (blau); PALIOGEN^® Red 3340 (BASF) (rot); SUNFAST^® Carbazole Violet 23 (Sun Chemical) (violett); LITHOL^® Fast Scarlet 14300 (BASF) (echtscharlachrot); SUNBRITE^® Yellow 17 (Sun Chemical) (gelb); HELIOGEN^® Blue 16900, 17020 (BASF) (blau); SUNBRITE^® Yellow 74 (Sun Chemical) (gelb); SPECTRA^® PAC C Orange 16 (Sun Chemical) (orange); HELIOGEN^® Blue K6902, K6910 (BASF) (blau); SUNFAST^® Magenta 122 (Sun Chemical); HELIOGEN^® Blue D6840, D7080 (BASF) (blau); Sudan Blue OS (BASF) (sudanblau); NEOPEN^® Blue FF4012 (BASF) (blau); PV Fast Blue B2GO1 (Clariant) (echtblau); IRGALITE^® Blue GLO (BASF) (blau); PALIOGEN^® Blue 6470 (BASF) (blau); Sudan Orange G (Aldrich) (sudanorange); Sudan Orange 220 (BASF) (sudanorange); PALIOGEN^® Orange 3040 (BASF); PALIOGEN^® Yellow 152, 1560 (BASF) (gelb); LITHOL^® Fast Yellow 0991 K (BASF) (echtgelb); PALIOTOL^® Yellow 1840 (BASF) (gelb); NOVOPERM^® Yellow FGL (Clariant) (gelb); Ink Jet Yellow 4G VP2532 (Clariant) (Tintenstrahl-gelb); Toner Yellow HG (Clariant) (Toner-gelb); Lumogen^® Yellow D0790 (BASF) (gelb); Suco-Yellow L1250 (BASF) (gelb); Suco-Yellow D1355 (BASF) (gelb); Suco Fast Yellow D1355, D1351 (BASF) (echtgelb); HOSTAPERM^® Pink E 02 (Clariant) (rosa); Hansa Brilliant Yellow 5GX03 (Clariant) (brilliantgelb); Permanent Yellow GRL 02 (Clariant) (permanentgelb); Permanent Rubine L6B 05 (Clariant) (permanentrubin); FANAL^® Pink D4830 (BASF) (rosa); CINQUASIA^® Magenta (DU PONT); PALIOGEN^® Black L0084 (BASF) (schwarz); Pigment Black K801 (BASF) (pigmentschwarz) und Ruße wie REGAL 330^TM (Cabot), Nipex 150 (Evonik) Carbon Black 5250 und Carbon Black 5750 (Columbia Chemical) und dergleichen sowie Mischungen davon ein.
Die Färbungswachsdispersionen oder pigmentierten Wachsdispersionen können jedes geeignete oder gewünschte Wachs enthalten. Das Wachs wird gemäß dem gewünschten Endprodukt ausgewählt.
In Ausführungsformen wird das Wachs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs, Jojobaöl, Bienenwachs, Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallinem Wachs, Fischer-Tropsch-Wachs, Stearylstearat, Behenylbehenat, Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythritoltetrabehenat, Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat, Triglyceryltetrastearat, Sorbitanmonostearat, Polyethylenwachs, Esterwachs, Amidwachs, Fettsäuren, Fettalkoholen, Fettamiden und Kombinationen davon.
Somit wird eine wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion bereitgestellt, die eine Vielzahl von pigmentierten Wachspartikeln umfasst, umfassend einen Pigmentkern, umgeben von einem Wachsmantel, wobei die pigmentierten Wachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer aufweisen.
Die wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion enthält in Ausführungsformen mindestens 25 Gew.% Pigment, bezogen auf das Gesamtgewicht von Pigment und Wachs in der pigmentierten Wachsdispersion.
Die wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion ist eine Dispersion mit niedriger Viskosität mit einer Viskosität wie nahezu Wasser. Die wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion hat in Ausführungsformen eine Viskosität von etwa 1 bis etwa 150 centipoise.
Die stabile wässrige Dispersion von wachsverkapseltem Pigment hat in Ausführungsformen eine D50 von etwa 140 Nanometern bis etwa 220 Nanometern, in Ausführungsformen hergestellt mit einem Hochdruck-Kolbenhomogenisator.
Das hier verwendete Wachs kann in Ausführungsformen einen Schmelzpunkt von etwa 50°C bis etwa 100°C aufweisen. Die Wachse können in bestimmten Ausführungsformen Polymethylenwachs oder Polyethylenwachs mit unterschiedlichen Molekulargewichten und einen Schmelzpunkt von weniger als etwa 60°C bis etwa 100°C aufweisen. Der Feststoffgehalt in der Dispersion kann schwanken. Die pigmentierte Wachsdispersion hat in Ausführungsformen einen Feststoffgehalt von etwa 15 Gew.% bis etwa 35 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Pigmentdispersion.
Das Färbungswachs kann bei Verwendung in Toner in jeder geeigneten oder gewünschten Menge in den Toner eingeschlossen werden, das Färbungsmittel kann in Ausführungsformen in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 35 Gewichtsprozent des Toners oder etwa 1 bis etwa 25 Gewichtsprozent des Toners oder etwa 2 bis etwa 15 Gew.% des Toners in den Toner eingeschlossen werden.
Entwicklerzusammensetzungen können hergestellt werden, indem die mit den hier offenbarten Verfahren erhaltenen Toner mit bekannten Trägerpartikeln gemischt werden, einschließlich beschichteten Trägern, wie Stahl, Ferriten und dergleichen. Solche Träger schließen diejenigen ein, die in US-Patent Nr. 4,937,166 und Nr. 4,935,326 offenbart sind. Die Träger können in etwa 2 Gew.% des Toners bis etwa 8 Gew.% des Toners vorhanden sein, in Ausführungsformen etwa 4 Gew.% bis etwa 6 Gew.% des Toners. Die Trägerpartikel können auch einen Kern mit einer Polymerbeschichtung darauf einschließen, wie Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einer darin dispergierten leitfähigen Komponente, wie leitfähigem Ruß. Trägerbeschichtungen schließen Silikonharze, wie Methylsilsesquioxane, Fluorpolymere wie Polyvinylidenfluorid, Mischungen von Harzen, die nicht in enger Nähe der triboelektrischen Reihen sind, wie Polyvinylidenfluorid und Acryle, duroplastische Harze, wie Acryle, Kombinationen davon und andere bekannte Komponenten ein.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele sollen weitere Spezies der vorliegenden Offenbarung definieren. Diese Beispiele sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nicht anders angegeben.
1 ist eine Transmissionselektronenmikroskopaufnahme einer pigmentierten Wachsdispersion, hergestellt mit Cytech® FNP-80 Wachs (48,75 Gewichtsprozent). 2 ist eine Transmissionselektronenmikroskopaufnahme einer pigmentierten Wachsdispersion, hergestellt mit Clariant^® Cyan BG 10 Pigment (25 Gewichtsprozent). Die Wachsdomäne ist etwa 200 Nanometer mit kleinem Pigmentaggregat innerhalb jeder Domäne.
Die Charakteristika der Tonerpartikel können nach jeder geeigneten Technik und mit jeder geeigneten Apparatur ermittelt werden. Durchschnittlicher Volumendurchmesser und geometrische Standardabweichung können mit einem Instrument, wie einem Beckman Coulter MULTISIZER 3, gemessen werden, das gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird.
Beispiel 1
Herstellung von Cyan-Pigmentkonzentrat, das 25 Gew.% Clariant^® Cyan BG10 Pigment enthält
Tabelle 1

Komponente Gew.% Menge (gramm)

Clariant^® Cyan BG10 Pigment 25,00 400

PEI-1 20,00 320

Sunflo^® SFD-B124 6,25 100

Cytech^® FNP-80 Wachs 48,75 780

Summe 100,00 1600
Das Pigmentkonzentrat wurde durch Benetzen und Dispergieren des Pigments und Synergisten in geschmolzenem Wachs und Dispergiermittel unter Verwendung eines Pulverdispergierers hergestellt, eines Hockmeyer Dispergierflügelrührers mit hoher Scherung, der mit einer Flügelspitzengeschwindigkeit von 10 bis 15 Metern pro Sekunde betrieben wurde. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des pigmentierten Materials auf ein gewünschtes Niveau sank, weniger als etwa 200 Nanometer, wurde der Inhalt mit einer Hockmeyer Modell HCPN 1/16 Tauchmedienmühle gemahlen. Zum Mahlen der Pigmentaufschlämmung wurde ein 0,2 Millimeter-Mahlkorb verwendet, der mit 0,3 Millimeter Zirkoniumdioxid-Schleifmedien gefüllt war. Als das Z-Mittel des pigmentierten Materials auf etwa 130 Nanometer Durchmesser gemahlen war und der PDI (Polydispersitätsindex) etwa 0,2 betrug, gemessen mit einem Malvern Zetasizer Partikelgrößenanalysegerät, das auf 110°C betrieben wurde, wurde der Mahlschritt als abgeschlossen angesehen. Das Produkt ist bei Raumtemperatur ein stabiler Feststoff, der feines Pigment, dispergiert in Wachs, enthält. Das Produkt kann zu Pellets geformt und unbegrenzt lange gelagert werden, bis es benötigt wird.
Beispiel 2
Herstellung von pigmentierter Wachsdispersion unter Verwendung eines Kolbenhomogenisators
Tabelle 2

Komponente Gew.% Masse (Gramm)

Cyan-Pigmentkonzentrat von Beispiel 1 19,91 597,2

TAYCA POWER BN2060 Tensid (60% Feststoffe) 2,65 79,6

Entionisiertes Wasser 77,44 2323,2

Summe 100 3000
Das Cyan-Pigmentkonzentrat von Beispiel 1 wurde bei etwa 120°C in Wasser geschmolzen. Das geschmolzene Konzentrat wurde mithilfe eines 4 Liter Reaktors aus rostfreiem Stahl, der ummantelt war und gerührt wurde und an einen Kolbenhomogenisator angeschlossen war, dispergiert, und mit Tensid wurden stabilisierte pigmentierte Wachspartikel gebildet. Das Verfahren schloss das Schmelzen des Pigmentkonzentrats in Beispiel 1 in tensidhaltigem Wasser unter Druck bei 120°C ein. Die Aufschlämmung, die das geschmolzene Pigmentkonzentrat enthielt, wurde durch den In-Line-Kolbenhomogenisator geführt, der mit einem Druck von etwa 6000 psig arbeitete. Das geschmolzene Pigmentkonzentrat zeigte signifikante Scherkraft, wenn es den Keramikkolben in dem Homogenisator passierte, und wurde zu Partikeln mit einer D50 von etwa 150 bis etwa 250 Nanometern dispergiert. Nachdem der Inhalt für eine angegebene Anzahl von Durchläufen durch den Homogenisator geführt wurde, wurde der Inhalt abgekühlt und als Flüssigkeit in einen Behälter abgegeben. Die Verfahrensschritte waren wie folgt.
Das Tensid Tayca Power wurde in einer 2 L Kunststoffflasche in dem entionisierten Wasser gelöst und mit einem Spatel bis zur Auflösung gerührt.
Das Pigmentkonzentrat und die Tensidlösung wurden mit einem Reaktor 01-08 Gaulin 15-MR bei 120°C für 20 Minuten mit 500 UpM und 800 psi vorhomogenisiert.
Das vorhomogenisierte Pigmentkonzentrat und die Tensidlösung wurden dann mit einem Reaktor 01-08 Gaulin 15-MR bei 120°C für 45 Minuten mit 500 UpM und 6000 psi homogenisiert.
Die pigmentierte Wachsdispersion wurde dann auf etwa 50°C gekühlt und abgezogen und durch einen 100 μm Nylonfilter filtriert.
Die Partikelgröße der pigmentierten Wachsdispersion aus Beispiel 2 wurde mit einem Nanotrac^TM 252 (Microtrac, Montgomeryville, PA, USA) bei Raumtemperatur gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt.
Die pigmentierte Wachsdispersion aus Beispiel 2 zeigte eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 bis etwa 300 Nanometern mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 222 Nanometern.
Beispiel 3
Herstellung von Cyan-Emulsionsaggregationstoner, der die pigmentierte Wachsdispersion von Beispiel 2 enthält. 121,3 Gramm eines amorphen Polyesterharzes in einer Emulsion (Polyesteremulsion A) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Mw) von etwa 86000, einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel, Mn) von etwa 5600, einem Beginn der Glasübergangstemperatur (T_g Beginn) von etwa 56°C und etwa 35% Feststoffgehalt, 118,2 g eines amorphen Polyesterharzes in einer Emulsion (Polyesteremulsion B) mit einem Mw von etwa 19400, einem Mn von etwa 5000, einem Beginn der T_g von etwa 60°C und etwa 35%, 31,823 g eines kristallinen Polyesterharzes in einer Emulsion mit einem Mw von etwa 23300, einem Mn von etwa 10500, einer Schmelztemperatur (Tm) von etwa 71°C und etwa 35,4% Feststoffen, 112,0 g der pigmentierten Wachsdispersion von Beispiel 2 (20,95% Feststoffgehalt) wurden in einem 2 Liter Becher aus Kunststoff gemischt. Der pH wurde mit 159,68 g 0,05 M HNO₃ auf 4,2 reduziert. Es wurde entionisiertes Wasser (DIW) zugefügt, um die Anforderung der Formulierung zu erfüllen. Es wurden weitere 123,9 g DIW zugefügt. 2,873 g Al₂(SO₄)₃ wurden in 35,4 g DIW gelöst und der Mischung zugefügt. Dann wurde die Aufschlämmung homogenisiert. Die Mischung wurde in einen 2 Liter Buchi-Reaktor überführt. Die Mischung wurde mit 500 UpM gerührt und der Mantel auf einen Temperaturanstieg auf 40°C in 20 Minuten eingestellt. Die UpM wurden auf 525 eingestellt, als die Aufschlämmung dicker wurde. Die Partikelgröße wurde mit einem Coulter-Zähler überwacht, bis die Partikelgröße 4,6 bis 4,8 μm erreichte. Die Mantelmischung von 64,4 g eines amorphen Polyesterharzes in einer Emulsion (Polyesteremulsion A) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Mw) von etwa 86000, einem Molekulargewicht (Zahlenmittel, Mn) von etwa 5600, einem Beginn der Glasübergangstemperatur (Tg Beginn) von etwa 56°C und etwa 35% Feststoffen, 62,8 g eines amorphen Polyesterharzes in einer Emulsion (Polyesteremulsion B) mit einem Mw von etwa 19400, einem Mn von etwa 5000, einem T_g Beginn von etwa 60°C und etwa 35% Feststoffen und 22,2 g DIW wurden mit 0,3 M HNO₃ auf pH 3,3 reduziert. Die Mantelmischung wurde dann in den Reaktor gegeben und das Rührwerk auf 570 UpM hochgeregelt. Die Partikelgröße wurde aufgezeichnet, bis sie 5,6 bis 5,8 Mikrometer erreichte. Es wurde eine Lösung von 6,154 Versene^®, erhältlich von Dow Chemical, gelöst in 36,9 g DIW, hergestellt. Dann wurde 4% NaOH in den Reaktor gegeben, bis ein pH von 4,2 erreicht war. Unmittelbar danach wurde die Versene^® Lösung zugegeben. Das Rührwerk wurde auf 240 UpM heruntergeregelt. Für die Koaleszenz wurde die Reaktortemperatur dann auf 85°C erhöht. Der pH-Wert des Toners wurde mit 4% NaOH auf 7,8 gehalten. Nachdem 80°C erreicht war, wurde die Zugabe von NaOH gestoppt. Nachdem 85°C erreicht war, begann die Zeit 0. Der pH-Wert wurde langsam mit NaAc-Pufferlösung reduziert. Toner wurde bei D50v 6,020 μm, GSDv 1,252, GSDn 1,233 und einer Rundheit von 0,958 gestoppt. Die Toneraufschlämmung wurde dann bei Raumtemperatur gequencht, durch Sieben (25 μm) getrennt, filtriert, anschließend gewaschen und gefriergetrocknet.
4 zeigt die normalisierte Zählung gegen Durchmesser (Mikrometer) für die Auftragung von Partikelgröße und Rundheit, bestimmt mit einem Malvern Sysmex^® Analysegerät für den Toner von Beispiel 3.
Es wurde ein Fixiertest mit Standardfixierverfahren des Toners von Beispiel 3 durchgeführt, und die Ergebnisse waren akzeptabel.
Die Fixiereigenschaften der produzierten Toner wurden durch Falzbereich, Mindestfixiertemperatur, Glanz, Offset des Dokuments und Vinyl-Offsettests ermittelt.
Alle nicht fixierten Bilder wurden mit einem modifizierten Xerox^® Kopierer generiert. Eine TMA (Tonermasse pro Flächeneinheit) von 1,00 mg/cm² wurde für die Menge an Toner verwendet, die auf CXS Papier (Color Xpressions^® Select, 90 gsm, unbeschichtet, P/N 3R11540) aufgebracht wurde, und wurde für die Messungen von Glanz, Falz und Heißoffset verwendet. Glanz/Falz-Ziele waren ein quadratisches Bild, das in der Mitte der Seite angeordnet war.
Proben wurden dann mit ölarmer Fixierung fixiert, bestehend aus einer Xerox^® 700 Produktionsfixiereinheit CRU, die mit einem Außenmotor und Temperatursteuerung sowie Papiertransportmitteln ausgestattet war. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Fixierers wurde auf 220 mm/s (Verweilzeit im Walzenspalt ~34 ms) eingestellt, und die Fixierwalzentemperatur wurde von Kalt-Offset bis Heiß-Offset oder bis zu 210°C für die Messungen von Glanz und Falz an den Proben variiert. Nachdem die Solltemperatur der Fixierwalze geändert worden war, wurde 10 Minuten gewartet, damit die Temperatur des Riemens und der Kompressionseinheit sich stabilisieren konnte.
Kalt-Offset ist die Temperatur, bei der Toner an dem Fixierer klebt, aber noch nicht an dem Papier fixiert. Oberhalb der Kalt-Offset-Temperatur klebt der Toner nicht am Fixierer, bis die Heiß-Offset-Temperatur erreicht ist.
Falzfläche. Das Tonerbild zeigt mechanische Eigenschaften wie Falz, ermittelt durch Falzen eines Abschnitts des Substrats, wie Papier, mit einem darauf befindlichen Tonerbild und Quantifizieren des Grades, bis zu dem sich Toner in dem Falz von dem Papier trennt. Als gute Falzbeständigkeit kann ein Wert von weniger als 1 mm angesehen werden, wobei die durchschnittliche Breite des gefalzten Bildes gemessen wird, indem ein Bild auf Papier gedruckt wird und anschließend (a) der bedruckte Bereich des Bildes nach innen gefaltet wird, (b) eine mit TEFLON^® beschichtete Standardkupferwalze, die etwa 860 g wiegt, über das gefaltete Bild geführt wird und (c) das Papier auseinander gefaltet und die lose Tinte mit einem Wattetupfer von der gefalzten Bildfläche gewischt wird und (d) die durchschnittliche Breite der tintenfreien Falzfläche mit einem Bildanalysegerät gemessen wird. Der Falzwert kann auch als Fläche angegeben werden, insbesondere wenn das Bild ausreichend hart ist, so dass es beim Falten ungleichförmig bricht; wenn in Form der Fläche gemessen wird, entsprechen Falzwerte von 100 Millimetern etwa 1 mm Breite. Die Bilder zeigen ferner Risskoeffizienten von beispielsweise größer als eins. Es ist möglich, aus der Bildanalyse der gefalzten Fläche zu ermitteln, ob das Bild eine kleine einzelne Risslinie zeigt oder spröder ist und leicht reißt. Eine einzelne Risslinie in einer gefalzten Fläche liefert einen Risskoeffizienten von eins, während eine stark gerissene Falte einen Risskoeffizienten größer als eins liefert. Je größer die Rissbildung ist, um so größer ist der Risskoeffizient. Toner, die akzeptable mechanische Eigenschaften zeigen, die für Bürodokumente geeignet sind, können durch Nutzung der genannten thermoplastischen Harze erhalten werden. Es besteht jedoch auch ein Bedarf an digitalen Vervielfältigungsanwendungen zum flexiblen Verpacken auf unterschiedlichen Substraten. Die Tonermaterialien müssen für flexible Verpackungsanwendungen sehr anspruchsvolle Anforderungen erfüllen, sie müssen beispielsweise Hochtemperaturbedingungen aushalten können, denen sie während des Verpackungsprozesses ausgesetzt sind, und die Bilder müssen bei Wärme kompressionsbeständig sein. Andere Anwendungen, wie Bücher und Handbücher, erfordern, dass das Bild nicht auf das benachbarte Bild im Dokument verschoben ist. Diese weiteren Anforderungen erfordern alternative Herzsysteme, beispielsweise solche mit duroplastischen Eigenschaften, so dass nach Fixieren oder nach dem Fixieren des Tonerbilds ein vernetztes Harz resultiert.
Die Messung der Mindestfixiertemperatur (MFT) beinhaltet das Falten eines Bilds auf Papier, das bei einer bestimmten Temperatur fixiert wurde, und Walzen eines Standardgewichts über die Falte. Der Druck kann auch mit einem im Handel erhältlichen Faltgerät gefaltet werden, wie dem Duplo^® D-590 Papierfaltgerät. Das gefaltete Bild wird dann entfaltet und unter dem Mikroskop analysiert, und es wird ihm eine Ziffernbewertung bezogen auf den Falzbetrag zugewiesen, der sich in der Falte zeigt. Das Verfahren wird bei verschiedenen Temperaturen wiederholt, bis die Mindestfixiertemperatur (die sehr wenig Falz zeigt) erhalten wird.
Druckglanz (Gardner Glanzeinheiten oder „ggu”) wurde mit einem 75° BYK Gardner Glanzmessgerät für Tonerbilder gemessen, die mit einer Fixierwalzentemperatur im Bereich von etwa 120°C bis etwa 210°C fixiert worden waren. (Der Glanz der Probe war abhängig von dem Toner, der Tonermasse pro Flächeneinheit, dem Papiersubstrat, der Fixierwalze und der Fixierwalzentemperatur).
Sowohl Tonerpartikelgröße, Rundheit als auch Fixierergebnisse bestätigten, dass der vorliegende Toner erfolgreich mit einer einzelnen wässrigen pigmentierten Wachsdispersion anstelle einer separaten Wachsdispersion und Pigmentdispersion wie zuvor erforderlich gefertigt wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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US 4935326 [0113]

Claims

Toner, umfassend: ein Harz und ein Färbungswachs, das eine Vielzahl von Färbungswachspartikeln umfasst, die einen Färbungskern umgeben von einem Wachsmantel umfassen, wobei die Färbungswachspartikel eine Partikelgrößenverteilung von etwa 150 Nanometern bis weniger als etwa 300 Nanometer aufweisen; und wobei das Färbungswachs hergestellt wird durch (a) Schmelzen und Mischen eines Färbungsmittels mit mindestens einem Wachs, um ein Färbungskonzentrat zu bilden, wobei das Färbungskonzentrat mindestens 25 Gew.% Färbungsmittel enthält; (b) Mahlen des Färbungskonzentrats aus Schritt (a), um ein gemahlenes Färbungskonzentrat zu bilden; (c) Kombinieren des gemahlenen Färbungskonzentrats von (b) mit Wasser und Dispergieren, um die Vielzahl von Färbungswachspartikeln zu bilden. wobei das Schmelzen und Mischen von Schritt (a) und das Mahlen von Schritt (b) in einer Tauchmedienmühle erfolgen, und und wobei das Kombinieren von Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator erfolgt.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Harz Polyester ist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Harz ein amorpher Polyester, ein kristalliner Polyester oder eine Mischung davon ist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Harz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Styrolen, Acrylaten, Methacrylaten, Butadienen, Isoprenen, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylnitrilen und Kombinationen davon.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Harz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Poly(styrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylat-butadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(styrol-butylmethacrylat), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-isopren-acrylsäure), Poly(styrol-butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(butylmethacrylat-butylacrylat), Poly(butylmethacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butylacrylat-acrylsäure) und Mischungen und Kombinationen davon.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Harz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus amorphem Polyester, kristallinem Polyester oder einer Mischung davon, einem kristallinen Polyester, der gebildet ist durch Umsetzung von einem oder mehreren Polyolverzweigungsmonomeren mit einer Disäure oder einem Diester in Gegenwart eines optionalen Katalysators und eines weiteren organischen Diols, das zur Bildung des kristallinen Harzes geeignet ist, wobei das weitere organische Diol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 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 Mischungen und Kombinationen davon, einschließlich ihrer Strukturisomere, wobei die Disäure oder der Diester ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure, Mesaconsäure, einem Diester oder Anhydrid davon, sowie Mischungen und Kombinationen davon, und einem amorphen Polyester, der gebildet wird durch Umsetzung von einem oder mehreren Polyolverzweigungsmonomeren mit einer Disäure oder einem Diester in Gegenwart eines optionalen Katalysators und eines weiteren organischen Diols, das zur Bildung des amorphen Harzes geeignet ist, wobei die Disäure oder der Diester ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Trimellitsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat und Mischungen und Kombinationen davon, wobei das weitere organische Diol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 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, Xyloldimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglykol, Bis(2-hydroxyethyl)oxid, Dipropylenglykol, Dibutylen[sic, glykol] und Mischungen und Kombinationen davon.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Färbungsmittel ein Pigment ist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Färbungsmittel ein Farbstoff ist.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Wachs ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs, Jojobaöl, Bienenwachs, Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallinem Wachs, Fischer-Tropsch-Wachs, Stearylstearat, Behenylbehenat, Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythritoltetrabehenat, Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat, Triglyceryltetrastearat, Sorbitanmonostearat, Polyethylenwachs, Esterwachs, Amidwachs, Fettsäuren, Fettalkoholen, Fettamiden und Kombinationen davon.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Färbungswachs pigmentierte Wachspartikel mit einer Z-gemittelten Partikelgröße von etwa 200 Nanometern umfasst.