DE102016204638A1

DE102016204638A1 - Tonerpartikel, die sowohl polyester- als auch styrol-acrylat-polymere aufweisen und einen polyestermantel haben

Info

Publication number: DE102016204638A1
Application number: DE102016204638.1A
Authority: DE
Inventors: David J.W. Lawton; Richard P.N. Veregin; Guerino G. Sacripante; Melanie Lynn Davis; Edward G. Zwartz
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CN106054548B; RU2016109233A3; RU2707759C2; KR20160118132A; JP2016194679A; KR102357649B1; CA2923261C; RU2016109233A; US9383666B1; CA2923261A1; BR102016005764A2; CN106054548A

Abstract

Toner und Prozesse, die zur Bereitstellung von Tonern anwendbar sind, die für elektrofotografische Apparate, einschließlich für Apparate geeignet sind, wie beispielsweise Digital-, Bild-auf-Bild- und ähnliche Apparate. Speziell Emulsionsaggregation-Toner, die Tonerpartikel aufweisen, welche einen Kern haben, der sich entweder aus Polyesterharz oder sowohl aus Styrol-Acrylat- als auch Polyesterharzen zusammensetzt. Diese Ausführungsformen umfassen ebenfalls einen Mantel, der über dem Kern angeordnet ist, wobei der Mantel Styrol-Acrylat-Harz aufweist.

Description

Mit Hilfe von Verfahren der Emulsionsaggregation hergestellt Toner sind bei der Erzeugung von Druck- und xerografischen Bildern verwendbar. Verfahren der Emulsionsaggregation umfassen im typischen Fall die Erzeugung einer Latexemulsion von Polymerpartikeln durch Erhitzen eines Polymers in Wasser, wahlweise nach Erfordernis mit einem Lösemittel, oder durch Latexemulsion von Polymerpartikeln und Einsatz einer Phaseninversionsemulsion (PIE). In die Emulsion können Additive einbezogen werden, wie beispielsweise Emulgiermittel oder Tenside, Farbmittel, Wachse, Aggregationsmittel und andere. Die resultierenden Latexpartikel lassen sich dann unter Bildung von aggregierten Tonerpartikeln aggregieren. Zu den aggregierten Tonerpartikeln kann wahlweise eine zweite Latexemulsion von Polymerpartikeln zugesetzt werden, die bei weiterer Aggregation auf den aggregierten Tonerpartikeln einen Mantel bildet. Die resultierenden Tonerpartikel können in einem Chargen- oder kontinuierlichen Prozess erhitzt werden, um das Auftreten von Koaleszenz/Verschmelzen zu ermöglichen und dadurch geschmolzene Tonerpartikel mit verbesserter Kreisförmigkeit bereitzustellen.
Es sind verschiedene Hybrid-Toner hergestellt worden. Jedoch bleibt ein Bedarf nach Hybrid-Tonern und Verfahren zu ihrer Herstellung für die Anwendung in Tonern beim Hochgeschwindigkeitsdrucken, speziell beim Monochrom-Hochgeschwindigkeitsdrucken, das exzellenten Durchlauf, Laden, geringeren Tonerverbrauch und verringerte Trommelverschmutzung bietet.
Emulsionsaggregation-Toner können zur Verwendung bei der Erzeugung des Latex verschiedene Harze aufweisen. Ein Typ der Emulsionsaggregation-Toner gewährt hohen Glanz und verwendet Styrol-Acrylat, das ein weniger kostspieliges Harz ist. Ein anderer Typ von Emulsionsaggregation-Toner gewährt besseres Schmelzverhalten (z.B. niedrigere Mindestfixiertemperatur (MFT) von etwa 20°C) und verwendet Polyester als Basisharz. Allerdings sind die verwendeten Polyesterharze kostspielig. Somit wird mit den vorliegenden Ausführungsformen versucht, Hybrid-Emulsionsaggregation-Toner zu finden, welche die Vorteile beider Toner-Typen vereinen. Es wurde jedoch herausgefunden, dass Toner mit Styrol-Acrylat-Latizes während des Toner-Prozesses nicht bei der gleichen Temperatur schmelzen wie die Polyester-Toner, was in einem Hybrid der zwei Toner-Typen zu Variation in der Oberflächenmorphologie führt, da variierende Mengen an Polystyrol/Acrylat auf der Oberfläche inhomogen verbleiben, wenn der Mantel anfangs überwiegend Polyester ist. Dieses Problem ist wird durch die Tatsache kompliziert, dass etwas Styrol-Acrylat zu der Oberfläche des Kerns wandert. Damit wird in den vorliegenden Ausführungsformen versucht diese Probleme zu vermeiden, indem ein Kern geschaffen wird, der im Wesentlichen Polyester aufweist oder alternativ Polyester und Styrol-Acrylat, und ein Styrol-Acrylat aufweisender Mantel ohne Polyester über dem Kern erzeugt wird. Diese Hybrid-Tonerzusammensetzung gewährt damit weniger kostspielige Toner, die gutes Schmelzverhalten und geringen dielektrischen Verlust bewahren. Darüber hinaus verbessert der Mantel die Oberflächenmorphologie, indem die Variation des Schmelzens zwischen dem Polyester und dem Styrol-Acrylat auf der Oberfläche eliminiert wird.
Die vorliegenden Ausführungsformen gewähren ein Verfahren zur Herstellung von Tonern, wobei das Verfahren zuerst ein Aggregieren von mindestens einem Polyester-Latex und mindestens einem Styrol-Acrylat-Latex und wahlweise einer Wachsdispersion und wahlweise einer Pigmentdispersion umfasst, um einen Kern zu erzeugen, wobei die Styrol-Acrylat-Latexpartikel auf dem Kern zur Erzeugung eines Mantels aggregiert werden, und wobei ferner das resultierende aggregierte Partikel einem kontinuierlichen Koaleszenz-Prozess unterworfen wird, umfassend: Erhitzen der aggregierten Partikel bis zu einer ersten Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur in einem ersten Wärmetauscher, um koaleszierte Partikel zu erzeugen; rasches Abkühlen der koaleszierten Partikel bis zu einer zweiten Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur nach einer Verweilzeit; und Gewinnen der abgeschreckten koaleszierten Partikel an einem Auslass; wobei die Kreisförmigkeit der aggregierten Partikel etwa 0,900 bis etwa 0,940 beträgt und die Kreisförmigkeit in der koaleszierten Partikelaufschlämmung auf einen Wert von etwa 0,940 bis etwa 0,999 zugenommen hat; und wobei ferner der resultierende Toner eine Hybrid-Zusammensetzung sowohl mit Styrol/Acrylat als auch Polyester aufweist.
In speziellen Ausführungsformen wird eine Tonerzusammensetzung gewährt, welche aufweist: Tonerpartikel, die einen Kern haben; und einen Mantel, der über den Kern liegt, wobei der Kern mindestens ein erstes Polyesterpolymer und mindestens ein erstes Styrol/Acrylat-Polymer aufweist; und wahlweise eine Wachsdispersion und wahlweise eine Pigmentdispersion, und wobei ferner der Mantel im Wesentlichen ein zweites Styrol-Acrylat-Polymer aufweist.
In noch anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerzusammensetzung gewährt, umfassend: Erzeugen von Tonerpartikeln, die einen Kern und einen Mantel haben, wobei das Erzeugen ferner das Koaleszieren der Tonerpartikel mit Hilfe eines kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses umfasst, wobei der Kern mindestens ein Polyesterpolymer und ein Styrol-Acrylat-Polymer einschließt sowie wahlweise eine Wachsdispersion und wahlweise eine Pigmentdispersion; und ferner Aggregieren von Styrol-Acrylat-Latexpartikeln auf dem Kern, um einen Mantel zu erzeugen, wobei die Tonerpartikel einen Schmelzspielraum von etwa 100°C bis etwa 240°C haben.
Zum besseren Verständnis der vorlegenden Ausführungsform wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen:
1 veranschaulicht einen kontinuierlichen Koaleszenz-Prozess gemäß einer Ausführung hierin;
2A gewährt Rasterelektronenmikroskop(SEM)-Aufnahmen von Hybrid-Tonerpartikeln, die mit Hilfe eines kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsformen (Beispiel 3) erzeugt wurde;
2B gewährt vergrößerte SEM-Aufnahmen von Hybrid-Tonerpartikeln, die mit Hilfe eines kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugt wurde;
3A gewährt SEM-Aufnahmen von Vergleich-Hybrid-Tonerpartikeln, die mit Hilfe eines Chargenprozesses erzeugt wurden (Vergleichsbeispiel 5);
3B gewährt vergrößerte SEM-Aufnahmen von Vergleich-Hybrid-Tonerpartikeln, die mit Hilfe eines Chargenprozesses erzeugt wurden;
4 ist eine grafische Darstellung, die die Glanzkurven der Beispiele 3, 4 und 5 veranschaulicht; und
5 ist eine grafische Darstellung, die die Kurven der Knitterfläche der Beispiele 3, 4 und 5 veranschaulicht.
Die vorliegende Offenbarung betrifft Toner und Verfahren, die zur Gewährung von Tonern anwendbar sind, die sich für elektrofotografische Apparate eignen, einschließlich Apparate, wie beispielsweise digitale, Bild-auf-Bild- und andere Apparate. Speziell betrifft die Offenbarung einen Emulsionaggregation-Toner, der Tonerpartikel aufweist, die einen Kern haben, der entweder aus Polyesterharz oder aus sowohl Styrol-Acrylat- als auch Polyesterharzen zusammengesetzt ist. Diese Ausführungsformen umfassen ebenfalls einen über dem Kern angeordneten Mantel, wobei der Mantel Styrol-Acrylat-Harz aufweist. Die auf diese Weise hergestellten Toner zeigen eine gute Oberflächenmorphologie und ein gutes Schmelzverhalten. Darüber hinaus sind derartige Zusammensetzungen für Hybrid-Emulsionaggregation-Toner weniger kostspielig, während sie noch die gewünschten Entwicklereigenschaften wie gute Leistung von Ladung – relativer Feuchtigkeit(RH) bewahren.
Hybrid-Tonerpartikel
In den Ausführungsformen werden hierin Tonerpartikel als "hybrid" bezeichnet, da sie eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Polymeren sind. Die Hybrid-Tonerpartikel verfügen über eine Kern/Mantel-Struktur. Gemäß bestimmter Ausführungsformen kann der Kern eine Mischung von einem oder mehreren Polyesterpolymeren und einem oder mehreren Styrol-Acrylat-Polymeren sein.
In den Ausführungsformen weist der Mantel Styrol-Acrylat-Polymere ohne jede Polyesterpolymere auf. Demgemäß kann der Mantel in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen (mehr als 50%) ein oder mehrere Styrol-Acrylat-Polymere aufweisen. In anderen weist der Mantel etwa 95 bis etwa 100 Gewichtsprozent ein oder mehrere Styrol-Acrylat-Polymere auf. In weiteren Ausführungsformen enthält der Mantel ausschließlich Styrol-Acrylat-Polymere.
In weiteren Ausführungsformen können das Polyesterpolymer/die Polyesterpolymere des Kerns gleich oder verschieden sein. Ähnlich können das Styrol-Acrylat-Polymer/die Styrol-Acrylat-Polymere des Kerns und Mantels gleich oder verschieden sein.
Die Hybrid-Tonerpartikel können hierin auch andere Additive einschließen, wie beispielsweise ein oder mehrere Farbmittel oder Pigmente, ein oder mehrere Emulgiermittel oder Tenside, ein oder mehrere Wachse, ein oder mehrere Aggregationsmittel, ein oder mehrere Koagulationsmittel und/oder ein oder mehrere andere optionale Additive. Es kann jeder beliebige Emulsionaggregation-Prozess angewendet und/oder modifiziert werden, um Hybrid-Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung herzustellen.
In den Ausführungsformen können die Hybrid-Tonerpartikel eine Cold-offset-Temperatur von etwa 100°C bis etwa 125°C oder von etwa 105°C bis etwa 120°C oder von etwa 110°C bis etwa 115°C haben.
In den Ausführungsformen können die Hybrid-Tonerpartikel eine Hot-offset-Temperatur von etwa 200°C bis etwa 240°C oder von etwa 205°C bis etwa 2230°C oder von etwa 210°C bis etwa 220°C haben.
In den Ausführungsformen können die Hybrid-Tonerpartikel einen Schmelzspielraum von etwa 100°C bis etwa 240°C oder von etwa 110°C bis etwa 220°C oder von etwa 120°C bis etwa 210°C haben.
In den Ausführungsformen können die Hybrid-Tonerpartikel ausschließlich der Oberflächenadditive die folgenden Merkmale haben: (1) volumengemittelter mittlerer Durchmesser (auch bezeichnet als "volumengemittelter mittlerer Partikeldurchmesser") von etwa 2,5 bis etwa 20 μm oder von etwa 2,75 bis etwa 10 μm oder von etwa 3 bis etwa 7,5 μm; (2) zahlengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDn) von etwa 1,10 bis etwa 130 oder von etwa 1,15 bis etwa 125 oder von etwa 1,20 bis etwa 1,23; (3) volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) von etwa 1,10 bis etwa 1,30 oder von etwa 1,15 bis etwa 1,25 oder von etwa 1,20 bis etwa 1,23; und (4) Kreisförmigkeit (beispielsweise gemessen mit einem Sysmex FPIA 2100 Analyzer) von etwa 0,9 bis etwa 1,0 oder von etwa 0,950 bis etwa 0,985 oder von etwa 0,960 bis etwa 0,980; oder etwa 0,975.
In den Ausführungsformen können die Hybrid-Tonerpartikel eine Mindestfixiertemperatur (MFT) von etwa 100°C bis etwa 130°C oder von etwa 105°C bis etwa 125°C oder von etwa 110°C bis etwa 120°C haben.
In den Ausführungsformen kann die MFT für kontinuierlich koaleszierte (nachfolgend beschrieben) Hybrid-Tonerpartikel, die eine Kernmischung aus Polyesterpolymer(en) und Styrol-Acrylat-Polymer(en) haben und einen Mantel im Wesentlichen aus Styrol-Acrylat-Polymer(en) haben, etwa 125°C betragen.
Entsprechend den Ausführungsformen hierin zeigt ein Vergleich des kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses mit dem Chargen-Koaleszenz-Prozess (nachfolgend beschrieben) an Material, das aus der gleichen Charge aggregierter Aufschlämmung von Hybrid-Latex genommen wurde, für die resultierenden Hybrid-Tonerpartikel unterschiedliche MFT-Werte. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die MFT für kontinuierlich koaleszierte Hybrid-Tonerpartikel, die eine Kernmischung aus Polyesterpolymer(en) und Styrol-Acrylat-Polymer(en) und einen Mantel im Wesentlichen aus Styrol-Acrylat-Polymer(en) haben, etwa 126°C betragen, während die MFT für chargen-koaleszierte Hybrid-Tonerpartikel mit der gleichen Kern/Mantel-Zusammensetzung etwa 134°C betragen kann. Für die Herstellung der Hybrid-Tonerpartikel kann die Temperaturdifferenz der MFT von acht Grad ein Vorteil bei der Anwendung eines kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses gegenüber einem Chargen-Koaleszenz-Prozess für die sein.
Polyesterpolymere
In den Ausführungsformen können alle beliebigen, auf dem Gebiet bekannten Polyesterpolymer(e) in den offenbarten Ausführungsformen genutzt werden, um die Hybrid-Latexpartikel zu erzeugen. Das/die Polymer(e) können beispielsweise ein amorphes Polyesterpolymer sein und/oder verschiedene Kombinationen davon.
In den Ausführungsformen kann das Polyesterpolymer in den Tonerpartikeln hierin beispielsweise in einer Menge von etwa 5% von etwa 95 Gew.-% des Harzes oder von etwa 15% bis etwa 85% Gew.-% oder von etwa 25% bis etwa 75% Gew.-% vorliegen.
In den Ausführungsformen können das/die Polyesterpolymer(e) in dem Kern der Hybrid-Tonerpartikel in einer Menge von etwa 5 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% oder von etwa 15 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% oder von etwa 25 Gew.-% bis etwa 75 Gew.-% oder von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% oder von etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-%; oder von etwa 50 Gew.-% der Kernpolymere vorliegen.
Geeignete amorphe Polyesterpolymere schließen ethoxylierte und propoxylierte von Bis-Phenol-A deriviertes Polyesterpolymer ein, ohne auf diese beschränkt zu sein. Andere geeignete Polymere schließen gesättigte oder ungesättigte amorphe Polyesterpolymere ein; amorphe Polyesterpolymere mit hoher Molmasse oder niedriger Molmasse; und von Bis-Phenol-A derivierte amorphe Polyesterpolymere. Andere verwendbare Polyesterpolymere schließen solche in den US-P-8,192,913 ; 6,830,860 ; 6,756,176 ; 6,593,049 und 6,063,827 ; sowie den US-Patentanmeldungen 2013/0164668 und 2006/0222991 beschriebenen ein. Darüber hinaus schließen amorphe Polyesterpolymere solche ein, die aus der Reaktion von Bis-Phenol-A und Propylenoxid oder Propylencarbonat erhalten wurden, gefolgt von der Reaktion des resultierenden Produkts mit Fumarsäure entsprechend er Offenbarung in der US-P-5,227,460 , deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
In den Ausführungsformen kann ein geeignetes amorphes Polyesterpolymer auf jeder beliebigen Kombination von propoxylierten und/oder ethoxylierten Bis-Phenol-A, Terephthalsäure, Fumarsäure und Dodecenylsuccinsäureanhydrid basieren. Das Polyesterpolymer kann beispielsweise die Formel I haben:
worin m etwa 5 bis etwa 1.000 betragen kann.
In den Ausführungsformen können propoxylierte von Bis-Phenol-A derivierte Polyesterpolymere genutzt werden, die bei der Kao Corporation, Japan, verfügbar sind. Diese Polymere schließen Säuregruppen ein und können von geringer Molmasse oder hoher Molmasse sein.
In den Ausführungsformen kann ein amorphes Polyesterpolymer mit hoher Molmasse eine massegemittelte relative Molekülmasse von etwa 40.000 g/mol bis etwa 150.000 g/mol oder von etwa 50.000 bis etwa 140.000 g/mol oder von etwa 60.000 bis etwa 125.000 g/mol des Polymers haben. Ein amorphes Polyesterpolymer mit niedriger Molmasse kann eine massegemittelte relative Molekülmasse von etwa 10.000 g/mol bis etwa 40.000 g/mol oder von etwa 15.000 bis etwa 30.000 g/mol oder von etwa 20.000 bis etwa 25.000 g/mol des Polymers haben.
In den Ausführungsformen kann das amorphe oder kristalline Polyesterpolymer mit Hilfe des Polykondensationsprozesses des Umsetzens eines Diols mit einer zweibasischen Säure in Gegenwart eines optionalen Katalysators erzeugt werden.
Beispiele für zweibasische Säuren oder Diester, die für die Herstellung amorpher Polyester ausgewählt werden, schließen ein: Dicarbonsäuren oder Diester, wie beispielsweise Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Succinsäure, Succinsäureanhydrid, Dodecylsuccinsäure, Dodecylsuccinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat sowie Kombinationen davon. Die zweibasische Säure oder der Diester können beispielsweise ausgewählt werden von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Polymers.
Beispiele für Diole, die in der Erzeugung der amorphen Polyester genutzt werden können, schließen ein: 1,2-Propanediol; 1,3-Propanediol; 1,2-Butanediol; 1,3-Butanediol; 1,4-Butanediol; Pentandiol; Hexandiol; 2,2-Dimethylpropandiol; 2,2,3-Trimethylhexandiol; Heptandiol; Dodecandiol; Bis(hydroxyethyl)-bis-phenol-A; Bis(2-hydroxypropyl)-bis-phenol-A; 1,4-Cyclohexandimethanol; 1,3-Cyclohexandimethanol; Xyloldimethanol; Cyclohexandiol; Diethylenglykol; Bis(2-hydroxyethyl)oxid; Dipropylenglykol; Dibutylen; sowie Kombinationen davon. Die Menge an ausgewähltem organischen Diol kann variieren und kann beispielsweise von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Polymers betragen.
Beispiele anderer amorpher Polymere, die eingesetzt werden können, schließen ein: alkalisulfonierte Polyesterpolymere und verzweigte alkalisulfonierte Polyesterpolymere. Alkalisulfonierte Polyesterpolymere können in den Ausführungsformen verwendbar sein, wie beispielsweise Metall- oder Alkalimetallsalze von Copoly(ethylenterephthalat)-copoly(ethylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly-(propylene-terephthalat)-copoly(propylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly-(diethylen-terephthalat)-copoly(diethylen-5-sulfo-isophthalat), Copoly-(propylen-diethylen-terephthalat)- Copoly(propylen-diethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly-(propylen-butylen-terephthalat)-copoly(propylen-butylen-5-sulf-o-isophthalate), Copoly-(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(propoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfo-isophthalat), Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly-(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfo-isophthalate), und Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-maleat)-copoly-(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfo-isophthalat), und wobei das Alkalimetall beispielsweise ein Natrium-, Lithium- oder Kaliumion ist.
Zum Erzeugen eines kristallinen Polyesters schließen geeignete organische Diole ein: aliphatische Diole mit von etwa 2 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise 1,2-Ethandiol; 1,3-Propandiol; 1,4-Butandiol; 1,5-Pentandiol; 1,6-Hexandiol; 1,7-Heptandiol; 1,8-octanediol; 1,9-Nonandiol; 1,10-Decandiol; 1,12-Dodecandiol und dergleichen; alkalisulfoaliphatische Diole, wie beispielsweise Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol; Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol; Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol; Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol; Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol; Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol; Mischungen davon und dergleichen. Die aliphatischen Diole können beispielsweise ausgewählt werden in einer Menge von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Polymers und das alkalisulfoaliphatische Diol kann beispielsweise in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Polymers ausgewählt werden.
Beispiele für organische zweibasische Säuren oder Diester, die für die Herstellung der kristallinen Polymere gewählt werden können, schließen ein: Oxalsäure, Succinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalen-2,6-dicarbonsäure, Naphthalen-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, ein Diester oder Anhydrid davon; Die organische zweibasische Säure kann ausgewählt werden in einer Menge beispielsweise von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent, von etwa 42 bis etwa 52 Molprozent oder von etwa 45 bis etwa 50 Molprozent; und eine alkalisulfoorganische, zweibasische Säure, wie beispielsweise das Natrium-, Lithium-, Kaliumsalz von Dimethyl-5-sulfoisophthalat; Dialkyl-5-sulfoisophthalat-4-sulfo-1,8-naphthalsäureanhydrid; 4-Sulfophthalsäure; Dimethyl-4-sulfophthalat; Dialkyl-4-sulfophthalat; 4-Sulfophenyl-3,5-dicarbomethoxybenzol; 6-Sulfo-2-naphthyl-3,5-dicarbomethoxybenzol; Sulfoterephthalsäure; Dimethylsulfoterephthalat; 5-Sulfoisophthalsäure; Dialkylsulfoterephthalat; Sulfoethandiol; 2-Sulfopropandiol; 2-Sulfobutandiol; 3-Sulfopentandiol; 2-Sulfohexandiol; 3-Sulfo-2-methyl-pentandiol; 2-Sulfo-3,3-dimethylpentandiol; Sulfo-p-hydroxybenzoesäure; N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethansulfonat; oder Mischungen davon. Die organische zweibasische Säure kann in einer Menge ausgewählt werden mit beispielsweise von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Polymers, und die alkalisulfoaliphatische, zweibasische Säure kann ausgewählt werden in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Polymers.
Einige spezielle kristalline Polyesterpolymer können einschließen: Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuccinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebacat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali- Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-Copoly-(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(pentylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-coppoly-(octylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfo-isophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(pentylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(octylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(propylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(pentylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfo-isophthaloyl)-copoly(octylensuccinat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensebacat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensebacat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensebacat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensebacat), Alkali-Copoly-(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensebacat), Alkali-Copoly-(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensebacat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly-(pentylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat) und Poly(octylenadipat), wobei Alkali ein Metall wie Natrium, Lithium oder Kalium ist.
Das kristalline Polymer kann einen Schmelzpunkt haben beispielsweise von etwa 30°C bis etwa 120°C oder von etwa 50°C bis etwa 90°C. Das kristalline Polymer kann eine zahlengemittelte relative Molekülmasse (Mn) haben, gemessen mit Hilfe der Gelpermeationschromatografie (GPC), beispielsweise von etwa 1.000 bis etwa 50.00 oder von etwa 2.000 bis etwa 25.000; und massegemittelte relative Molekülmasse (MW) beispielsweise von etwa 2.000 bis etwa 100.000 oder von etwa 3.000 bis etwa 80.000 haben, ermittelt mit Hilfe der Gelpermeationschromatografie (GPC) unter Verwendung von Polystyrol-Standards. Die Molmassenverteilung (MW/Mn) des kristallinen Polymers kann beispielsweise von etwa 2 bis etwa 6 oder von etwa 2 bis etwa 4 betragen.
Styrol-Acrylat-Polymere
In den Ausführungsformen kann jedes beliebige, auf dem Fachgebiet bekannte Polymer(e) in den offenbarten Ausführungsformen eingesetzt werden, um die Hybrid-Latexpartikel zu erzeugen. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird der Ausdruck "Acryl" unter dem Verständnis verwendet, dass dieser Ausdruck sowohl Acryl- als auch Methacryl-Formen umfasst. Beispielhafte Emulsionsaggregation-Latex-Copolymere von Styrol und Acrylat sind in der US-P-6,120,967 veranschaulicht.
In den Ausführungsformen können hierin das/die Styrol-Acrylat-Polymer(e) in den Tonerpartikeln beispielsweise in einer Menge von etwa 5% bis etwa 95 Gew.-% des Harzes oder von etwa 15% bis etwa 85 Gew.-% oder von etwa 25% bis etwa 75 Gew.-% vorliegen.
In den Ausführungsformen können hierin das/die Styrol-Acrylat-Polymer(e) in dem Kern der Hybrid-Tonerpartikel in einer Menge von etwa 5 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% oder von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% oder von etwa 20 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% oder von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% oder von etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-%, oder etwa 50 Gew.-% der Kern-Polymere vorliegen.
In den Ausführungsformen können hierin das/die Styrol-Acrylat-Polymer(e) in dem Mantel der Hybrid-Tonerpartikel in einer Menge von etwa 95 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-%, oder etwa 100 Gew.-% vorliegen.
In den Ausführungsformen schließen beispielhafte Polymere Styrol-Acrylate ein, und spezieller Polymere von Styrolalkyl-substituierten Acrylaten. In den Ausführungsformen kann die Acrylat-Komponente ein wasserunlöslicher, ethylenisch ungesättigter Ester von Acrylsäure mit einem C₁- bis C₁₈-Alkohol sein. Beispiele für derartige Acrylate schließen Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Pentylacrylat, Hexyacrylat und dergleichen ein, ohne auf diese beschränkt zu sein.
In den Ausführungsformen können Non-Polyester-Latexharze verwendet werden, die mit Hilfe der Emulsionspolymerisation erzeugt werden. Im Allgemeinen kann das Latexharz aus einer ersten und einer zweiten Monomer-Zusammensetzung zusammengesetzt sein. Für die Herstellung der ersten Monomer-Zusammensetzung und der zweiten Monomer-Zusammensetzung kann jedes beliebige geeignete Monomer oder Mischung von Monomeren ausgewählt werden. Die Auswahl von Monomer oder der Mischung von Monomeren für die erste Monomer-Zusammensetzung ist unabhängig von der für die zweite Monomer-Zusammensetzung und umgekehrt. In dem Fall der Verwendung einer Mischung von Monomeren wird das Latexpolymer im typischen Fall ein Copolymer sein. Wie vorstehend diskutiert, setzt sich das Latexharz mindestens aus einem Styrol-Acrylat, einem Polyesterharz und einem kristallinen Harz zusammen.
Beispielhafte Monomere für die ersten und/oder zweiten Monomer-Zusammensetzungen schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Polyester, Styrol, Alkylacrylat, wie beispielsweise Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Chlorethylacrylat; β-Carboxyethylacrylat (β-CEA), Phenylacrylat, Methyl-alpha-chloracrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Butadien; Isopren; Methacrylnitril; Acrylnitril; Vinylether, wie beispielsweise Vinylmethylether, Vinylisobutylether, Vinylethylether und dergleichen; Vinylester, wie beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat; Vinylketone, wie beispielsweise Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon; Vinylidenhalogenide, wie beispielsweise Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorfluorid; N-Vinylindol; N-Vinylpyrrolidon; Methacrylat; Acrylsäure; Methacrylsäure; Acrylamid; Methacrylamid; Vinylpyridin; Vinylpyrrolidon; Vinyl-N-methylpyridiniumchlorid; Vinylnaphthalen; p-Chlorstyrol; Vinylchlorid; Vinylbromid; Vinylfluorid; Ethylen; Propylen; Butylen; Isobutylen; und dergleichen, sowie Mischungen davon.
In einigen Ausführungsformen können die erste Monomer-Zusammensetzung und die zweite Monomer-Zusammensetzung unabhängig voneinander zwei oder drei oder mehrere verschiedene Monomere aufweisen. (Nebenbemerkung; klingt sehr ähnlich wie meine vorstehende Eingangsbemerkung). Das Latexpolymer kann daher ein Copolymer aufweisen. Veranschaulichende Beispiele für ein solches Latex-Copolymer schließen ein: Poly(styrol-n-butylacrylat-β-CEA), Poly(styrol-alkylacrylat), Poly(styrol-1,3-dien), Poly(styrol-alkylmethacrylat), Poly(alkylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat-arylacrylat), Poly(arylmethacrylat-alkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat), Poly(styrol-alkylacrylat-acrylnitril), Poly(styrol-1,3-dien-acrylnitril), Poly(alkylacrylat-acrylnitril), Poly(styrol-butadien), Poly(methylstyrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylat-butadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylate-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-acrylnitril), Poly(styrol-butylacrylat-acrylnnitril), und dergleichen.
In den Ausführungsformen können die erste Monomer-Zusammensetzung und die zweite Monomer-Zusammensetzung weitgehend wasserunlöslich sein, wie beispielsweise hydrophob, und können unter angemessenem Rühren in einer wässrigen Phase dispergiert werden, wenn sie dem Reaktionsgefäß zugegeben werden.
Das Gewichtsverhältnis zwischen der ersten Monomer-Zusammensetzung und der zweiten Monomer-Zusammensetzung kann im Bereich von etwa 0,1:99,9 bis etwa 50:50, einschließlich von etwa 0,5:99,5 bis etwa 25:75, von etwa 1:99 bis etwa 10:90 liegen.
In den Ausführungsformen können die erste Monomer-Zusammensetzung und die zweite Monomer-Zusammensetzung gleich sein. Beispiele für die erste/zweite Monomer-Zusammensetzung kann eine Styrol und Alkylacrylat aufweisende Mischung sein, wie beispielsweise eine Mischung, die Styrol, n-Butylacrylat und β-CEA aufweist. Basierend auf das Gesamtgewicht der Monomere kann Styrol in einer Menge von etwa 1% bis etwa 99%, von etwa 50% bis etwa 95%, von etwa 70% bis etwa 90% vorliegen, obgleich es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann; Alkylacrylat, wie beispielsweise n-Butylacrylat kann in einer Menge von etwa 1% bis etwa 99%, von etwa 5% bis etwa 50%, von etwa 10% bis etwa 30% vorliegen, obgleich es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
Initiatoren
In dem Latex-Prozess und dem Toner-Prozess kann jeder beliebige Initiator oder Mischung von Initiatoren gewählt werden. In den Ausführungsformen wird der Initiator aus bekannten radikalischen Polymerisationsinitiatoren ausgewählt. Der radikalische Initiator kann jeder radikalische Polymerisationsinitiator sein, der zum Initiieren eines Prozesses der radikalischen Polymerisation in der Lage ist, sowie Mischungen davon, wobei ein solcher radikalischer Initiator beim Erhitzen auf oberhalb von etwa 30°C die Spezies eines freien Radikals bereitstellen kann.
Obgleich in den Reaktionen der Emulsionspolymerisation wasserlösliche radikalische Initiatoren verwendet werden, lassen sich auch andere radikalische Initiatoren verwenden. Beispiele für geeignete radikalische Initiatoren schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Peroxide, wie beispielsweise Ammoniumpersulfat, Wasserstoffperoxid, Acetylperoxid, Cumylperoxid, tert-Butylperoxid, Propionylperoxid, Benzoylperoxid, Chlorbenzoylperoxid, Dichlorbenzoylperoxid, Brommethylbenzoylperoxid, Lauroylperoxid, Diisopropylperoxycarbonat, Tetralinhydroperoxid, 1-Phenyl-2-methylpropyl-1-hydroperoxid und tert-Butylhydroperoxid; Pertriphenylacetat, tert-Butylperformiat; tert-Butylperacetat; tert-Butylperbenzoate; tert-Butylperphenylacetat; tert-Butylpermethoxyacetat; tert-Butylper-N-(3-toluyl)carbamat; Natriumpersulfat; Kaliumpersulfat, Azo-Verbindungen, wie beispielsweise 2,2'-Azobispropane, 2,2'-Dichlor-2,2'-azobispropan, 1,1'-Azo(methylethyl)diacetat, 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)hydrochlorid, 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)-nitrat, 2,2'-Azobisisobutan, 2,2'-Azobisisobutylamid, 2,2'-Azobisisobutyronitril, Methyl 2,2'-azobis-2-methylpropionat, 2,2'-Dichlor-2,2'-azobisbutan, 2,2'-Azobis-2-methylbutyronitril, Dimethyl-2,2'-azobisisobutyrat, 1,1'-Azobis(Natrium-1-methylbutyronitril-3-sulfonat), 2-(4-Methylphenylazo)-2-methylmalnodinitril, 4,4'-Azobis-4-cyanovaleriansäure, 3,5-Dihydroxymethylphenylazo-2-methylmalondinitril, 2-(4-Bromphenylazo)-2-allylmalonodinitril, 2,2'-azobis-2-methylvaleronitril, Dimethyl-4,4'-azobis-4-cyanovalerat, 2,2'-Azobis-2,4-dimethylvaleronitril, 1,1'-Azobiscyclohexannitril, 2,2'-Azobis-2-propylbutyronitril, 1,1'-Azobis-1-chlorphenylethan, 1,1'-Azobis-1-cyclohexancarbonitril, 1,1'-Azobis-1-cycloheptanenitril, 1,1'-Azobis-1-phenylethan, 1,1'-Azobiscumen, Ethyl-4-nitrophenylazobenzylcyanoacetat, Phenylazodiphenylmethan, Phenylazotriphenylmethan, 4-Nitrophenylazotriphenylmethan, 1'-Azobis-1,2-diphenylethan, Poly(bisphenol A-4,4'-azobis-4-cyanopentanoat) und Poly(tetraethylenglykol-2,2'-azobisisobutyrat); 1,4-Bis(pentaethylen)-2-tetrazen; 1,4-Dimethoxycarbonyl-1,4-diphenyl-2-tetrazen und dergleichen; und Mischungen davon.
Noch typischer schließen radikalische Initiatoren die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Ammoniumpersulfat, Wasserstoffperoxid, Acetylperoxid, Cumylperoxid, tert-Butylperoxid, Propionylperoxid, Benzoylperoxid, Chlorbenzoylperoxid, Dichlorbenzoylperoxid, Brommethylbenzoylperoxid, Lauroylperoxid, Natriumpersulfat, Kaliumpersulfat, Diisopropylperoxycarbonat und dergleichen.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann der Initiator in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 5%, von etwa 0,4% bis etwa 4%, von etwa 0,5% bis etwa 3%, vorliegen, obgleich er in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
Zur Steuerung des Polymerisationsgrades des Latex kann wahlweise ein Kettenübertragungsmittel verwendet werden und dadurch die relative Molekülmasse und Molmassenverteilung der Produkt-Latizes des Latex-Prozesses und/oder der Toner-Prozess
Gemäß der vorliegenden Offenbarung gesteuert werden. Es gilt als anerkannt, dass ein Kettenübertragungsmittel Bestandteil des Latex-Polymers wird.
Kettenübertragungsmittel
In den Ausführungsformen hat das Kettenübertragungsmittel eine kovalente Kohlenstoff-Schwefel-Bindung. Die kovalente Kohlenstoff-Schwefel-Bindung hat in einem Infrarotspektrum einen Absorptionspeak in einem Wellenzahlbereich im Bereich von 500 bis 800 cm^–1. Wenn das Kettenübertragungsmittel in den Latex eingebaut ist und der Toner aus dem Latex erzeugt worden ist, kann sich der Absorptionspeak ändern, wie beispielsweise zu einem Wellenzahlbereich von 400 bis 4.000 cm^–1.
Beispielhafte Kettenübertragungsmittel schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: n-C_3-15-Alkylmercaptan, wie beispielsweise n-Propylmercaptan, n-Butylmercaptan, n-Amylmercaptan, n-Hexylmercaptan, n-Heptylmercaptan, n-Octylmercaptan, n-Nonylmercaptan, n-Decylmercaptan und n-Dodecylmercaptan; verzweigte Alkylmercaptane, wie beispielsweise Isopropylmercaptan, Isobutylmercaptan, sec-Butylmercaptan, tert-Butylmercaptan, Cyclohexylmercaptan, tert-Hexadecylmercaptan, tert-Laurylmercaptan, tert-Nonylmercaptan, tert-Octylmercaptan und tert-Tetradecylmercaptan; einen aromatischen Ring enthaltende Mercaptane, wie beispielsweise Allylmercaptan, 3-Phenylpropylmercaptan, Phenylmercaptan und Mercaptotriphenylmethan, usw. Die Begriffe Mercaptan und Thiol können austauschbar verwendet werden, um eine C-SH-Gruppe zu bezeichnen.
Beispiele für derartige Kettenübertragungsmittel schließen ebenfalls Dodecanthiol, Butanthiol, Isooctyl-3-mercaptopropionat, 2-Methyl-5-tert-butylthiophenol, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrabromkohlenstoff und dergleichen ein, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Kettenübertragungsmittel in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 7%, von etwa 0,5% bis etwa 6%, von etwa 1,0% bis etwa 5% vorliegen, obgleich es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
In den Ausführungsformen kann in die erste/zweite Monomer-Zusammensetzung wahlweise ein Mittel zur Kettenverzweigung einbezogen sein, um die Verzweigungsstruktur des Ziel-Latex zu steuern. Beispielhafte Verzweigungsmittel schließen Decandioldiacrylat (ADOD), Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Trimellithsäure, Pyromellithsäure und Mischungen davon ein, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Mittel zum Verzweigen in einer Menge von etwa 0% bis etwa 2%, von etwa 0,05% bis etwa 1,0%, von etwa 0,1% bis etwa 0,8% vorliegen, obgleich es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
In dem Latex-Prozess und Toner-Prozess der Offenbarung kann die Emulgierung mit Hilfe jedes beliebigen geeigneten Prozesses ausgeführt werden, wie beispielsweise Mischen bei erhöhter Temperatur. Beispielsweise kann die Emulsionsmischung in einem bei etwa 200 bis etwa 400 U/min und bei einer Temperatur von etwa 40°C bis etwa 80°C eingestellten Homogenisator über eine Dauer von etwa 1 min bis etwa 20 min ausgeführt werden.
Es kann jeder beliebige Typ von Reaktor ohne Einschränkung angewendet werden. Der Reaktor kann Mittel zum Rühren der Zusammensetzungen darin einschließen, wie beispielsweise ein Kreiselrührer. Ein Reaktor kann mindestens einen Kreiselrührer einschließen. Ein Reaktor kann mindestens einen Kreiselrührer einschließen. Zum Erzeugen von Latex und/oder Toner kann der Reaktor während des ganzen Prozesses betrieben werden, so dass der Kreiselrührer bei einer effektiven Mischgeschwindigkeit von etwa 10 bis etwa 1.000 U/min betrieben werden kann.
Nach Beendigung der Monomer-Zugabe kann man den Latex sich stabilisieren lassen, indem man von dem Kühlen die Bedingungen für eine Zeitdauer von beispielsweise etwa 10 bis etwa 300 min halt.
Der Latex der vorliegenden Offenbarung kann für die Prozesse der Emulsionaggregations-Koaleszenz zum Erzeugen der Toner, Tinten und Entwickler mit bekannten Verfahren ausgewählt werden. Der Latex der vorliegenden Offenbarung kann durch Schmelzcompoundieren oder auf andere Weise mit verschiedenen Toner-Bestandteilen gemischt werden, wie beispielsweise einer Wachsdispersion, einem Koagulationsmittel, einem optionalen Silica, einem optionalen Additiv zur Ladungsverstärkung oder Additiv zur Ladungskontrolle, einem optionalen Tensid, einem optionalen Emulgiermittel, einem optionalen Verlaufverbesserer und dergleichen. Wahlweise kann der Latex (z.B. etwa 40% Feststoffe) vor der Formulierung zu einer Tonerzusammensetzung auf die gewünschte Feststoffbeladung verdünnt werden (z.B. etwa 12% bis etwa 15 Gew.-% Feststoffe).
Bezogen auf das Toner-Gesamtgewicht kann der Latex in einer Menge von etwa 50% bis etwa 100%, von etwa 60% bis etwa 98%, von etwa 70% bis etwa 95% vorliegen, obgleich er in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann. Verfahren zum Erzeugen derartiger Latexharze können ausgeführt werden, wie sie in der US-P-7,524,602 beschrieben wurden.
Neutralisationsmittel
Die Säuregruppen, die an dem offenbarten Polyester- und/oder Styrol-Acrylat-Polymeren vorhanden sind, können teilweise durch die Einführung eines Neutralisationsmittels, wie einer basischen Lösung, während der Neutralisation (die vor der Aggregation der Hybrid-Latexpartikel erfolgt) neutralisiert werden. Geeignete Basen schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxide, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Lithiumhydroxid, Kaliumcarbonat, Triethylamin, Triethanolamin, Pyridine und dessen Derivate, Diphenylamin und dessen Derivate, Poly(ethylenamin) und dessen Derivate, Kombinationen davon und dergleichen. Im Vergleich zu Polymeren, die einem solchen Neutralisationsprozess nicht unterzogen werden, können die Hydrophilie und die Emulgierfähigkeit nach der Neutralisation verbessert werden.
Farbmittel
Zu der Aufschlämmung von Hybrid-Latexpartikeln können ein oder mehrere Farbmittel zugesetzt werden, einschließlich und jedoch nicht beschränkt auf Pigmente, Farbstoffe, Mischungen von Pigmenten und Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und dergleichen. Die Farbmittel können beispielsweise Carbon-Black, Cyan, Gelb, Magenta, Rot, Orange, Braun, Grün, Blau, Violett oder Mischungen davon sein.
Die Farbmittel können in der Aufschlämmung von Hybrid-Latexpartikeln in einer Menge von etwa 1% bis etwa 25 Gew.-% der Feststoffe (d.h. die Aufschlämmung minus Lösemittel) vorliegen oder von etwa 2% bis etwa 15 Gew.-% oder von etwa 5% bis etwa 10 Gew.-% der Feststoffe.
Geeignete Farbmittel schließen ebenfalls solche Farbmittel ein, welche umfassen: Carbon-Black, wie beispielsweise REGAL 330^® und Nipex 35; Magnetite, wie beispielsweise Mobay-Magnetite, MO8029^TM und MO8060^TM; Columbian-Magnetite, wie beispielsweise MAPICO^® BLACK; oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite, wie beispielsweise CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM und MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, wie beispielsweise BAYFERROX 8600^TM und 8610^TM; Northern Pigments-Magnetite, wie beispielsweise NP604^TM und NP-608^TM; Magnox-Magnetite, wie beispielsweise TMB-100^TM oder TMB104^TM und dergleichen.
Buntpigmente, wie beispielsweise Cyan, Magenta, Orange, Violett, Braun, Blau oder Mischungen davon, können ebenfalls verwendet werden, wobei die Buntpigmente eine spektrale Reflexionsempfindlichkeit von R = 0,20 oder geringer über den gesamten Spektralbereich von etwa 400 bis etwa 700 nm zeigen. Das zusätzliche Pigment oder Pigmente können als wasserbasierende Pigmentdispersionen verwendet werden.
Beispiele für geeignete Pigment schließen ein: SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE, wasserbasierende Pigmentdispersionen von SUN Chemicals; HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM und PIGMENT BLUE I^TM, verfügbar bei Paul Uhlich & Company, Inc.; PIGMENT VIOLET I^TM verfügbar bei Dominion Color Corporation, Ltd.; und dergleichen.
Es können andere bekannte Farbmittel verwendet werden, wie beispielsweise Levanyl Black ASF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals); und Buntfarbstoffe, wie beispielsweise Neopen Blue (BASF), Sudan Blue OS (BASF), PV Fast Blue B2G 01 (American Hoechst), Sunsperse Blue BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite Blue BCA (CibaGeigy), Paliogen Blue 6470 (BASF), Sudan Orange G (Aldrich), Sudan Orange 220 (BASF), Paliogen Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich); Kombinationen der Vorgenannten und dergleichen.
In einigen Ausführungsformen können Anteile der Pigmentbeladung, wie beispielsweise Furnace-Ruß (z.B. Nipex 35), durch zwei oder mehrere zweite Farbmittel oder Pigmente ersetzt werden, die keine schwarzen Farbstoffe sind. In bestimmten Ausführungsformen kann die Pigmentbeladung um mindestens 10% oder um mindestens 20% oder um mindestens 30% oder mehr erhöht werden, indem Anteile des schwarzen Farbstoffes durch eine Reihe von Buntpigmenten ersetzt werden, die eine Spektralempfindlichkeit zeigen, die im Wesentlichen die gleiche ist wie Carbon-Black und wo derartige Buntpigmente auf der Grundlage von Daten der spektralen Empfindlichkeitskurve ausgewählt werden können.
In einigen Ausführungsformen können mehr als zwei Farbmittel in einem Tonerpartikel vorhanden sein. Beispielsweise können in einem Tonerpartikel drei Farbmittel vorhanden sein, beispielsweise kann ein erstes Farbmittel von Pigment in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 2% bis etwa 8 Gew.-% oder von etwa 3% bis etwa 5 Gew.-% des Tonerpartikels auf Basis der Feststoffe vorhanden sein; mit einem zweiten Farbmittel von Pigment, das in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 2% bis etwa 8 Gew.-% oder von etwa 3% bis etwa 5 Gew.-% des Tonerpartikels auf Basis der Feststoffe vorhanden sein kann; mit einem dritten Farbmittel von Pigment, das in einer Menge im Bereich von etwa 1% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 2% bis etwa 8 Gew.-% oder von etwa 3% bis etwa 5 Gew.-% des Tonerpartikels auf Basis der Feststoffe vorhanden sein kann.
Emulgiermittel
In der Aufschlämmung von Hybrid-Latexpartikeln können ein oder mehrere Emulgiermittel vorliegen, in die jedes beliebige, zur Verwendung in der Erzeugung eines Latex geeignete Tensid einbezogen werden können. Tenside, die während der Emulgierungsstufe in der Herstellung eines Latex mit den Prozessen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen anionische, kationische und/oder nichtionische Tenside ein.
Anionische Tenside, die eingesetzt werden können, schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalensulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und -sulfonate, Säuren, wie beispielsweise Abietinsäure, Kombinationen davon und dergleichen. Andere geeignete anionische Tenside schließen ein: DOWFAX^® 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), bei denen es sich um verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate handelt. Es können Kombinationen dieser Tenside und beliebige der vorgenannten anionischen Tenside verwendet werden. Anionische Tenside können in jeder gewünschten oder effektiven Menge eingesetzt werden, wie beispielsweise mindestens etwa 0,01 Gew.-% der gesamten Monomere, die zur Herstellung des Latex-Polymers verwendet werden, mindestens etwa 0,1 Gew.-% der gesamten Monomere, die zur Herstellung des Latex-Polymers verwendet werden und nicht mehr als etwa 10 Gew.-% der gesamten Monomere, die zur Herstellung des Latex-Polymers verwendet werden, nicht mehr als etwa 5 Gew.-% der gesamten Monomere, die zur Herstellung des Latex-Polymers verwendet werden, obgleich die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen können.
Beispiele nichtionischer Tenside schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Alkohole, Säuren und Ether, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxylethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol, Mischungen davon und dergleichen.
Beispiele kationischer Tenside schließen die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Ammoniumverbindungen, wie beispielsweise Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid und C₁₂-, C₁₅-, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Mischungen davon und dergleichen. Andere kationische Tenside schließen ein: Cetylpyridiniumbromid, Halogenidsalze von quaternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid und dergleichen sowie Mischungen davon. Die Wahl spezieller Tenside oder Kombinationen davon sowie die jeweils zu verwendenden Mengen liegen im Erfahrungsbereich des Fachmannes auf dem Gebiet.
Wachse
In der aggregierten Partikelaufschlämmung können ein oder mehrere Wachse vorliegen, die wie hierin beschrieben entweder ein einzelner Wachstyp oder eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Wachstypen sein können (nachfolgend bezeichnet als "ein Wachs"). Ein Wachs kann auch zu einer Tonerformulierung oder einer Entwicklerformulierung zugesetzt werden, um beispielsweise spezielle Tonereigenschaften zu verbessern, wie beispielsweise Aufladen der Tonerpartikel, Schmelzcharakteristiken, Glanz, Stripping, Offset-Eigenschaften und dergleichen. Alternativ kann eine Kombination von Wachsen zugesetzt werden, um einer Tonerzusammensetzung mehrfache Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise kann ein Wachs als ein Fixierwalzen-Trennmittel einbezogen werden. Das Wachs kann auch mit der Polymer erzeugenden Zusammensetzung zur Erzeugung von Tonerpartikeln kombiniert werden. Sofern einbezogen, kann das Wachs in einer Menge von beispielsweise von etwa 1 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% der Tonerpartikel vorliegen oder von etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Tonerpartikel oder von etwa 10 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% der Tonerpartikel.
Wachse, die zur Auswahl in Frage kommen können, schließen Wachse mit beispielsweise einer massegemittelten relativen Molekülmasse von etwa 500 bis etwa 20.000 oder von etwa 1.000 bis etwa 10.000 oder von etwa 2.000 bis etwa 8.000 ein. Wachse, die verwendet werden können schließen beispielsweise Polyolefine ein, wie beispielsweise Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutylen-Wachse, wie beispielsweise solche, die kommerziell verfügbar sind, z.B. POLYWAX^TM Polyethylen-Wachse von Baker Petrolite; bei Michaelman, Inc. verfügbare Wachsemulsionen oder Daniels Products Co.; EPOLENE N15^TM, da kommerziell verfügbar ist bei Eastman Chemical Products, Inc.; VISCOL 550P^TM, ein Polypropylen mit geringer massegemittelter relative Molekülmasse, verfügbar bei Sanyo Kasei K. K.; auf Pflanzen basierende Wachse, wie beispielsweise Carnaubawachs, Reiswachs, Candellilawachs, Sumachwachs und Jojobaöl; tierisch basierende Wachse, wie beispielsweise Bienenwachs; mineralisch basierende Wachse und auf Mineralöl basierende Wachse, wie beispielsweise Montanwachs, Ozokerit, Ceresinwachs, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs und Fischer Tropsch-Wachse; Esterwachse, die aus größeren Fettsäuren und größeren Alkoholen erhalten werden, wie beispielsweise Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die aus größeren Fettsäuren und einbasigen oder mehrbasigen niederen Alkoholen erhalten werden, wie beispielsweise Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat und Pentaerythrittetrabehenat; Esterwachse, die aus größeren Fettsäuren und mehrbasigen Alkohol-Multimeren erhalten werden, wie beispielsweise Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitan-größere Fettsäureesterwachse, wie beispielsweise Sorbitanmonostearat; Cholesterol-größere Fettsäureesterwachse, wie beispielsweise Cholesterylstearat, usw.
Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, schließen beispielsweise Amine und Amide ein, z.B. AQUA SUPERSLIP 6550^TM und SUPERSLIP 6530^TM, verfügbar bei Micro Powder Inc.; fluorierte Wachse, wie beispielsweise POLYFLUO 190^TM, POLYFLUO 200^TM, POLYSILK 19^TM und POLYSILK 14^TM, verfügbar bei Micro Powder Inc.; gemischte fluorierte Amidwachse, wie beispielsweise MICROSPERSION 19^TM, ebenfalls verfügbar bei Micro Powder Inc.; Imide, Ester, quaternäre Amine, Carbonsäuren, acrylische Polymeremulsionen, wie beispielsweise JONCRYL 74^TM, 89^TM, 130^TM, 537^TM und 538^TM, verfügbar bei SC Johnson Wax; und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, verfügbar bei Allied Chemical, Petrolite Corp. und SC Johnson. Mischungen und Kombinationen der vorgenannten Wachse können in einigen Ausführungsformen ebenfalls verwendet werden.
Verfahren zum Herstellen von Tonerpartikeln
Es kann eine bekannte Emulsionsaggregation-Prozedur angewendet und/oder modifiziert werden, um die Hybrid-Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung herzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen können diese Prozeduren die Schritte einschließen:

a) Erzeugen einer Aufschlämmung von Hybrid-Tonerpartikeln, indem eine erste Emulsion hergestellt wird, die ein/mehrere Polyesterpolymer(e) und ein/mehrere Styrol/Acrylat-Polymer(e) enthält und wahlweise ein/mehrere Farbmittel oder Pigment(e), ein/mehrere Emulgiermittel (Tensid(e), ein/mehrere Wachs(e), ein/mehrere Aggregationsmittel, ein/mehrere Koagulationsmittel und/oder andere optionale Additiv(e);
b) Aggregieren der Hybrid-Latexpartikel in der Aufschlämmung, um aggregierte Hybrid-Latexpartikel zu erzeugen;
c) Zugeben einer zweiten Emulsion, die ein oder mehrere Styrol/Acrylat-Polymer(e) enthält (die in Bezug auf die erste Emulsion gleich oder verschieden sein kann/können) zu den aggregierten Hybrid-Latexpartikeln sowie weiteres Aggregieren der Partikel, um einen Mantel darauf zu erzeugen;
d) Koaleszieren der aggregierten Hybrid-Latexpartikel in einem kontinuierlichen Koaleszenz-Prozess, um koaleszierte, aggregierte Hybrid-Tonerpartikel zu erzeugen;
e) Kühlen und Aufnehmen der koaleszierte, aggregierte Hybrid-Tonerpartikel, um Hybrid-Tonerpartikel bereitzustellen, die für die Verwendung in einem Toner geeignet sind.

In den Ausführungsformen haben die koaleszierten, aggregierten Hybrid-Tonerpartikel bei Anwendung eines kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses einen Kern aus einer Mischung von einem oder mehreren Polyesterpolymeren und einem oder mehreren Styrol/Acrylat-Polymeren zusammen mit einem Mantel, der im Wesentlichen oder ausschließlich aus Styrol/Acrylat-Polymeren besteht.
Die kontinuierliche Koaleszenz unterscheidet sich von der Chargen-Koaleszenz hauptsächlich in der Zeitdauer der Koaleszenz, die in der Größenordnung von Minuten (< ~3) bei einem kontinuierlichen Prozess im Vergleich zu Stunden (~3 Stunden) bei einem Chargenprozess auftritt. Dieses ermöglicht die Diffusionszeit während der Koaleszenz zu verringern sowie die Anwendung größerer Temperaturen ohne Erzeugung übermäßig runder Partikel (d.h. zu hohe Kreisförmigkeit).
Wie nachfolgend weiter beschrieben wird, kann des kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses der aggregierten Hybrid-Latexpartikel, die eine gemischte Zusammensetzung aus einem Polyesterpolymer und eine Styrol/Acrylat-Polymere und eine aggregierte Mantelzusammensetzung aus im Wesentlichen allen oder allen Styrol/Acrylat-Polymeren haben, das Styrol/Acrylat-Polymer aus dem Kern kontrolliert zur Oberfläche der Partikel diffundiert und koalesziert sein, um Hybrid-Tonerpartikel mit einem Kern aus Polyesterpolymer/Styrol-Acrylat-Polymere zusammen mit einem Mantel aus Styrol/Acrylat-Polymeren zu erzeugen.
Die kontrollierte Diffusion kann erfolgen durch Erhitzen einer Aufschlämmung der aggregierten Hybrid-Tonerpartikel für eine festgesetzt Zeit (Verweilzeit) oberhalb der Glasübergangstemperatur der Toner-Polymere sowie rasches Abkühlen der Aufschlämmung auf oberhalb der Glasübergangstemperatur. Während Erhitzungsprozesses können die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung und die Verweilzeit der Aufschlämmung oberhalb der Glasübergangstemperatur verwendet werden, um die Menge des Styrol/Acrylat-Polymers zu kontrollieren, die von dem Kern zur Oberfläche der Partikel diffundiert. In den Ausführungsformen kann die Verweilzeit von etwa 0,5 bis etwa 5 Minuten oder von etwa 0,75 Minuten bis etwa 3 Minuten oder von etwa 1 Minute bis etwa 2 Minuten betragen.
Nach der Herstellung der vorgenannten Mischung von Latexpartikeln kann es wünschenswert sein, größere Partikel oder Aggregate, oftmals in der Größe von Mikrometern, von den kleineren Partikeln aus der anfänglichen Polymerisationsreaktion, oftmals in der Größe von Nanometern, zu erzeugen. Zu der Mischung kann ein aggregierender Faktor hinzugefügt werden. Geeignete aggregierender Faktoren schließen beispielsweise wässrige Lösungen eines zweiwertigen Kations ein, eines mehrwertigen Kations oder eine diese aufweisende Verbindung. In den Ausführungsformen kann der aggregierender Faktor ein anorganisches kationisches Koagulationsmittel sein, wie beispielsweise Polyaluminiumchlorid (PAC), Polyaluminiumsulfosilicat (PASS) Aluminiumsulfat, Zinksulfat, Magnesiumsulfat, Chloride von Magnesium, Calcium, Zink, Beryllium, Aluminium, Natrium und andere Metallhalogenide, einschließend einwertige und zweiwertige Halogenide. Der aggregierender Faktor kann in einer Emulsion in einer Menge von etwa 0,01% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 0,05% bis etwa 5 Gew.-% oder von etwa 0,1% bis etwa 3 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfeststoffe in den Tonerpartikeln vorliegen. Der aggregierender Faktor kann auch geringere Mengen anderer Komponenten enthalten, wie beispielsweise Salpetersäure.
Der aggregierender Faktor kann zu der Mischung bei einer Temperatur zugegeben werden, die oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymers liegt. Der aggregierender Faktor kann zu den Mischungskomponenten zur Erzeugung eines Toners beispielsweise in einer Menge von etwa 0,1 pph bis etwa 1pph oder von etwa 0,25 pph bis etwa 0,75 pph oder etwa 0,5 pph der Reaktionsmischung zugegeben werden.
Zur Kontrolle der Aggregation der Latexpartikel kann der aggregierender Faktor im Ablauf der Zeit zu dosiert werden. Beispielsweise kann der Faktor in die Mischung schrittweise über eine Dauer von etwa 5 bis etwa 240 Minuten oder von etwa 30 bis etwa 200 Minuten zugegeben werden. Die Zugabe des aggregierender Faktors kann auch erfolgen, während die Mischung unter Bedingungen des Rührens gehalten wird, beispielsweise von etwa 50 U/min bis etwa 1.000 U/min oder von etwa 100 U/min bis etwa 500 U/min; und bei einer Temperatur, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers liegt, beispielsweise von etwa 30°C bis etwa 90°C oder von etwa 35°C bis etwa 70°C. Das Wachstum und die Formgebung der Latexpartikel nach der Zugabe des aggregierender Faktors können unter jeder geeigneten Bedingung(en) erreicht werden.
Die Latexpartikel kann man aggregieren lassen, bis eine vorbestimmte angestrebte Partikelgröße erhalten wird. Die Partikelgröße kann im Verlaufe des Wachstumsprozesses überwacht werden. Beispielsweise können im Verlaufe des Wachstumsprozesses Proben genommen und analysiert mittlere Partikelgröße werden, z.B. mit einem COULTER COUNTER. Auf diese Weise kann die Aggregation ablaufen, indem man die Mischung beispielsweise bei erhöhter Temperatur hält oder die Temperatur langsam erhöht, z.B. von etwa 40°C bis etwa 100°C oder von etwa 50°C bis etwa 90°C, und die Mischung bei dieser Temperatur beispielsweise von etwa 0,5 Stunden bis etwa 6 Stunden oder von etwa 1 Stunde bis etwa 5 Stunden hält, während das Rühren beibehalten wird, um die angestrebten Latexpartikel zu schaffen. Sobald die vorbestimmte, angestrebte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess angehalten. In speziellen Ausführungsformen beträgt die Größe der Latex-Partikelgröße in der Erzeugung dieser Tonerzusammensetzungen von etwa 100 nm bis etwa 250 nm oder von etwa 150 nm bis etwa 200 nm.
Sobald die angestrebte Endgröße der Latexpartikel oder Aggregate erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von etwa 6 bis etwa 10 oder von etwa 6,2 bis etwa 7 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann angewendet werden, um das Wachstum der Latexpartikel einzufrieren, d.h. anzuhalten. Die zum Anhalten des Wachstums der Latexpartikel verwendete Base kann beispielsweise ein Alkalimetallhydroxid sein, wie beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. In einigen Ausführungsformen kann EDTA zugesetzt werden, um das Einstellen des pH-Werts auf den gewünschten Wert zu erleichtern. Die Base kann in Mengen von etwa 2% bis etwa 25 Gew.-% oder von etwa 4% bis etwa 10 Gew.-% der Mischung zugesetzt werden.
In einigen Ausführungsformen können ein Sequestriermittel oder ein Komplexbildner während der Aggregation oder nachdem die Aggregation beendet ist, um den pH-Wert einzustellen und/oder rein Metall komplexierendes Ion aus dem Aggregationsprozess zu sequestrieren oder zu extrahieren, wie beispielsweise Aluminium. Damit kann das sequestrierende, chelatbildende oder komplexierende Mittel, das verwendet wird, nachdem die Aggregation vollständig ist, eine komplexbildende Komponente umfassen Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Gluconal, Hydroxyl-2,2’-iminodisuccinsäure (HIDS), Dicarboxylmethylglutaminsäure (GLDA), Methylglycidyldiessigsäure (MGDA), Hydroxydiethyliminodiessigsäure (HIDA), Natriumgluconat, Kaliumcitrat, Natriumcitrat, Nitrotriacetat-Salz, Huminsäure, Fulvosäure; Salze der EDTA, wie beispielsweise Alkalilmetallsalze der EDTA, Weinsäure, Gluconsäure, Oxalsäure, Polyacrylate, Zucker-Acrylates, Citronensäure, Poly-Asparaginsäure, Diethylentriaminpentaacetat, 3-Hydroxy-4-pyridinon, Dopamin, Eucalyptus, Iminodisuccinsäure, Ethylendiamindisuccinat, Polysaccharid, Natriumethylendinitrilotetraacetat, Thiaminpyrophosphat, Farnesylpyrophosphat, 2-Aminoethylpyrophosphat, Hydroxylethyliden-1,1-diphosphonsäure, Aminotrimethylenphosphonsäure, Diethylentriaminpentamethylenphosphonsäure, Ethylendiamintetramethylenphosphonsäure, und Mischungen davon.
Bei separaten Aggregations- und Koaleszenzstufen kann der Aggregationsprozess unter scherenden Bedingungen bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt werden, beispielsweise von etwa 40°C bis etwa 90°C oder von etwa 45°C bis etwa 80°C, die oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers liegen können.
In einigen Ausführungsformen können die Latexpartikel eine Größe von kleiner als etwa 3 μm oder von etwa 2 μm bis etwa 6 μm oder von etwa 3 μm bis etwa 5 μm haben.
Kern-Mantel-Struktur
In einigen Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens 5 kann nach der Aggregation, jedoch vor der Koaleszenz auf die aggregierten Partikel eine Harzbeschichtung aufgebracht werden, um darauf einen Mantel zu erzeugen, um Partikel zu erzielen, die eine Kern-Mantel-Struktur mit näherungsweise der vorbestimmten Partikelgröße 10, 15 haben, wie 1 gezeigt ist. In den Ausführungsformen können derartige Partikel, die eine Kern-Mantel-Struktur, kontinuierlichen Ramp- und Koaleszenz-Prozessen der vorliegenden Offenbarung unterworfen, um die fertigen Tonerpartikel zu erzielen.
Das Mantelharz kann auf die aggregierten Partikel mit Hilfe jeder geeigneten Methode aufgetragen werden. In den Ausführungsformen können die zur Erzeugung des Mantels verwendeten Harze in einer Emulsion einschließlich etwaiger bekannter Tenside vorliegen. Die die Harze aufweisenden Emulsionen können mit den vorstehend beschriebenen aggregierten Partikeln vereint werden, so dass der Mantel über den aggregierten Partikeln derart erzeugt wird, dass die aggregierten Partikel eine Partikelgröße haben, die etwa gleich der anfangs vorbestimmten angestrebten Partikelgröße ist. In den Ausführungsformen kann der Mantel über den erzeugten Aggregaten eine Dicke bis zu etwa 5 Mikrometer oder von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer haben und in anderen Ausführungsformen von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,8 Mikrometer haben.
Die Erzeugung des Mantels über den aggregierten Partikel kann während des Erhitzens bis zu einer Temperatur von etwa 30°C bis etwa 80°C oder von etwa 35°C bis etwa 70°C erfolgen. Die Erzeugung des Mantels kann über eine Zeitdauer von etwa 5 Minuten bis etwa 10 Stunden, in den Ausführungsformen von etwa 10 Minuten bis etwa 5 Stunden, erfolgen.
Einfrieren der Aggregation
In einigen Ausführungsformen kann, sobald die angestrebte Größe der Partikel, auf die eingewirkt werden soll, mit Hilfe der kontinuierlichen Ramp- und Koaleszenz-Prozesse erzielt ist, der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von etwa 3 bis etwa 10 oder von etwa 5 bis etwa 9 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann genutzt werden, um das Tonerwachstum 20 einzufrieren, d.h. anzuhalten. Die zum Anhalten des Tonerwachstums verwendete Base kann jede geeignete Base einschließen, wie beispielsweise Alkalimetallhydroxide, z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. In den Ausführungsformen kann Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugesetzt werden, um die Einstellung des pH-Werts auf die angestrebten Werte, wie sie vorstehend beschrieben wurden, zu unterstützen.
In den Ausführungsformen kann die Temperatur der Aufschlämmung, bevor die Aufschlämmung bis zu einer Koaleszenz-Temperatur erhitzt wird, eine vorbestimmte Temperatur der pH-Werteinstellung erreichen, und der pH-Wert der Aufschlämmung kann auf einen vorbestimmten Koaleszenz-pH herabgesetzt werden, indem eine wässrige saure Lösung zugegeben wird, wie beispielsweise HNO₃. Das Einstellen des pH-Werts auf einen vorbestimmten Koaleszenz-pH kann die Sphäroidisierung erhöhen und Partikelgrößenverteilung bewahren, indem die Kreisförmigkeit basierend auf den pH-Wert bei hohen Temperaturen kontrolliert wird. Beispiele für derartige Verfahren schließen solche ein, wie sie beispielsweise in den US-Patentanmeldungen 2011/0318685 von Vanbesien et al. offenbart wurden.
Koaleszenz
Nach den Verfahren 5 der vorliegenden Offenbarung können die Koaleszenz-Schritte 25,30 mit Hilfe kontinuierlichen Durchsetzens einer eingefrorenen und/oder aggregierten Toneraufschlämmung durch mindestens einen Wärmetauscher ausgeführt werden, wobei der mindestens eine Wärmetauscher bis zu einer Temperatur erhitzt worden ist, die für Koaleszenz geeignet ist. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen mindestens eine Wärmetauscher bis zu einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C, wie beispielsweise von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C erhitzt werden. Während dieses Schrittes kann die Aufschlämmung bei Koaleszenz-Temperatur 30 gehalten werden.
Da der mindestens eine Wärmetauscher bis zu einer Temperatur erhitzt werden kann, die größer ist als der Siedepunkt von Wasser bei Atmosphärendruck, kann das System unter Druck gesetzt werden, wie beispielsweise bis zu einem Druck, der ausreichend ist (bei der für den Wärmetauscher gewählten Temperatur), um ein Sieden der Wasserkomponente der Toneraufschlämmung zu vermeiden. Atmosphärendruck bezieht sich beispielsweise auf 760 Torr oder 1 Atmosphäre (atm). Der Begriff "unter Druck gesetzt" bezieht sich beispielsweise auf einen Druck des Wärmetauschersystems, der größer ist als der Atmosphärendruck, wie beispielsweise ein Druck von etwa 1 atm oder größer als etwa 1,5 atm oder größer als etwa 2 atm.
In den Ausführungsformen kann der Druck bei jedem gewünschten Druck gehalten werden, wie beispielsweise bei einem Druck größer als der Dampfdruck des Wassers. Im Gegensatz zu einem Koaleszenz-Schritt eines typischen Chargenprozesses, wo die Temperatur oberhalb des Siedepunkts des Wasser bei Atmosphärendruck gehalten wird (wie beispielsweise weniger als 96°C), um so ein Verdampfen der Wasserkomponente der Toneraufschlämmung und ein Absieden des in dem Chargenreaktor vorhandenen Wassers zu vermeiden, kann das System entsprechend der vorliegenden Offenbarung unter Druck gesetzt werden und damit die Temperatur bis zu Temperaturen oberhalb des Siedepunkts von Wasser bei Atmosphärendruck mit minimalem oder keinem Verlust an Wasser infolge des Siedens der Wasserkomponente der Toneraufschlämmung erhöht werden. Beispielsweise kann das System in den Ausführungsformen unter Druck gesetzt werden, wenn mindestens ein Wärmetauscher bis zu einer Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C oder von etwa 120°C bis etwa 145°C oder von etwa 130°C bis etwa 140°C erhitzt wird. Damit kann in den Verfahren der vorliegenden Offenbarung der Koaleszenz-Prozess, um die Form und Morphologie der fertigen Tonerpartikel erzielen, bei größeren Temperaturen als bei typischen Chargenprozessen ausgeführt werden.
Als ein Ergebnis dieser größeren Temperaturen kann die Geschwindigkeit der Sphäroidisierung (Koaleszenz) so erhöht werden, dass die Koaleszenz innerhalb der Verweilzeit in der Größenordnung von Minuten vollständig sein kann. Beispielsweise kann die Koaleszenz mit einer Verweilzeit bei Temperatur von etwa 1 Sekunden bis etwa 15 Minuten vollständig sein, wie beispielsweise von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten oder 15 Sekunden bis 5 Minuten oder von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten. Wie hierin verwendet, bezieht sich "Verweilzeit bei Temperatur" auf die Zeit, die die Toneraufschlämmung bei einer Zieltemperatur, wie beispielsweise eine für Koaleszenz geeignete Temperatur, verbringt, nachdem die Toneraufschlämmung bis zu der Zieltemperatur in einem Wärmetauscher erhöht worden ist. In den Ausführungsformen kann die Verweilzeit bei Temperatur von der Zeit verschieden sein, die die Toneraufschlämmung in dem Wärmetauscher verbringt. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen die Toneraufschlämmung in einem Wärmetauscher auf Temperatur erhitzt werden und die Koaleszenz vollständig gemacht werden, indem man die Aufschlämmung durch eine isolierte Strecke einer Rohrleitung strömen lässt, so dass der Temperaturabfall minimiert wird, und für eine Verweilzeit von etwa 1 Sekunde bis etwa 15 Minuten, wie beispielsweise von etwa 10 Sekunden bis etwa 5 Minuten oder von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten. In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers erreichen. In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung Temperatur innerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers erreichen.
Da die abgezielte Sphäroidisierung dadurch erreicht werden kann, dass man die eingefrorene und/oder aggregierte Toneraufschlämmung durch den mindestens einen Wärmetauscher mit einer Verweilzeit in der Größenordnung von Minuten strömen lässt, kann der Durchsatz des Systems lediglich von der Größe und der Temperatur der Wärmetauscher in dem System abhängig sein. Im Gegensatz dazu sind Chargenprozesse sehr viel länger und erfordern typischerweise Stunden (gelegentlich mehr als 10 Stunden), bis die Partikel die gezielte Sphäroidisierung erreichen.
In den Ausführungsformen kann die eingefrorene und/oder aggregierte Toneraufschlämmung vorerhitzt werden, wie beispielsweise auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes, bevor die Toneraufschlämmung auf Koaleszenz-Temperatur in mindestens einem Wärmetauscher erhitzt wird. Die Temperatur des Vorerhitzens kann größer sein als die Glasübergangstemperatur des Harzes, jedoch niedriger als die Koaleszenz-Temperatur. Beispielsweise kann die Temperatur des Vorerhitzens eine Temperatur von etwa 5°C bis etwa 30°C größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes sein, wie beispielsweise von etwa 7,5°C bis etwa 25°C größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes oder von etwa 10°C bis etwa 20°C größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes. In einigen Ausführungsformen kann die Temperatur des Vorerhitzens eine Temperatur von etwa (Tg + 5°C) bis etwa (Tg + 30°C), wie beispielsweise von etwa (Tg + 7.5°C) bis etwa (Tg + 25°C) oder von etwa (Tg + 10°C) bis etwa (Tg + 20°C). Beispielsweise kann die Toneraufschlämmung bis zu einer Temperatur größer als etwa 60°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 60°C bis etwa 110°C oder v63°C bis etwa 85°C oder von etwa 65°C bis etwa 75°C. In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung beispielsweise auf etwa 65°C vorerhitzt werden.
In den Ausführungsformen kann die eingefrorene und/oder aggregierte Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als Glasübergangstemperatur des Harzes vorerhitzt werden, bevor die Toneraufschlämmung dem Wärmetauschersystem zugegeben wird. Beispielsweise kann die Toneraufschlämmung bis zu einer Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes als ein Chargenprozess in dem Aggregationsbehälter oder in einem zweiten Behälter vorerhitzt werden, bevor die Toneraufschlämmung in das Wärmetauschersystem zum kontinuierlichen Koaleszieren der Partikel eingeführt wird. Das Vorerhitzen der Aufschlämmung in dem Aggregationsbehälter vor der Zugabe der Aufschlämmung zu dem Wärmetauschersystem eliminiert die Notwendigkeit für ein zusätzliches Teil der Reaktor, um den Schritt des Vorerhitzens auszuführen.
Indem die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes vor der Einführung der Toneraufschlämmung in das Wärmetauschersytem erhitzt wird, hat der kontinuierliche Koaleszenz-Prozess in minimalen Einfluss auf die Erzeugung von Feinanteilen der Partikeln, was eine Änderung in der geometrischen Größenverteilung (GSD) des Toners verhindert. Der Begriff "Feinanteile" bezieht sich beispielsweise auf Tonerpartikel, die einen volumengemittelten mittleren Durchmesser kleiner als etwa 3 µm haben. Ohne auf eine spezielle Theorie beschränkt zu sein, können durch Erhitzen der Aufschlämmung über die Glasübergangstemperatur des Harzes hinaus die schwach aggregierten Tonerpartikel zusammenschmelzen, was sie gegenüber Temperaturschock von der Geschwindigkeit des Erhitzens in dem Wärmetauscher robuster macht. Wenn somit die Aufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes in einem Chargenprozess erhitzt wird, bevor die Aufschlämmung in das Wärmetauschersystem eingeführt ist, um die die Partikel kontinuierlich zu koaleszieren, erzeugt das System weniger Feinanteile.
In den Ausführungsformen kann die eingefrorene und/oder aggregierte Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes vorerhitzt werden, bevor die Toneraufschlämmung dem Wärmetauschersytem zugegeben wird. Beispielsweise kann die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes als ein Chargenprozess in dem Aggregationsbehälter oder in einem zweiten Behälter vorerhitzt werden, bevor die Toneraufschlämmung in das Wärmetauschersystem zum kontinuierlichen Koaleszieren der Partikel eingeführt wird. Ein Vorerhitzen der Aufschlämmung in dem Aggregationsbehälter vor der Zugabe der Aufschlämmung zu dem Wärmetauschersystem eliminiert die Notwendigkeit für ein zusätzliches Teil der Reaktionsanlage, um den Schritt des Vorerhitzens auszuführen.
Durch Erhitzen der Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes vor dem Einführen der Toneraufschlämmung in das Wärmetauschersystem hat der kontinuierliche Koaleszenz-Prozess eine minimale Einwirkung auf die Erzeugung von Feinanteilen der Partikel, was eine Veränderung geometrischen Größenverteilung (GSD) der Toner verhindert. Der Begriff "Feinanteile" bezieht beispielsweise sich auf Tonerpartikel, die einen volumengemittelten mittleren Durchmesser von weniger als 3 µm haben. Ohne durch eine spezielle Theorie beschränkt zu sein, können durch Erhitzen über die Glasübergangstemperatur des Harzes hinaus die schwach aggregierten Tonerpartikel zusammenschmelzen, was sie gegenüber Temperaturschock von der Geschwindigkeit des Erhitzens in dem Wärmetauscher robuster macht. Somit erzeugt das System weniger Feinanteile, wenn die Aufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes in einem Chargenprozess erhitzt wird, bevor die Aufschlämmung in das Wärmetauschersystem eingeführt wird, um die Partikel kontinuierlich zu koaleszieren.
Die vorerhitzte Toneraufschlämmung kann in das Wärmetauschersystem eingeführt werden, unmittelbar nachdem sie auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes erhitzt wurde, oder sie kann gekühlt und/oder gelagert werden, bevor sie in das Wärmetauschersystem eingeführt wird. Sobald die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, vorerhitzt worden ist, kann sie bei einer Temperatur größer oder kleiner als die Glasübergangstemperatur des Harzes dem Wärmetauschersystem zugegeben werden. Mit anderen Worten, wenn die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, erst einmal auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes vorerhitzt worden ist, kann die Toneraufschlämmung in das Wärmetauschersystem bei einer Temperatur kleiner als die Glasübergangstemperatur des Harzes ohne die Erzeugung von Feinanteilen eingeführt werden, d.h. eine Toneraufschlämmung, die gekühlt worden ist, brauch nicht nacherhitzt zu werden, bevor sie in das Wärmetauschersystem eingeführt wird, um die Erzeugung von Feinanteilen zu vermeiden.
In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung vorerhitzt werden, wie beispielsweise auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes, nachdem sie in das Wärmetauschersystem eingeführt wurde. Mit anderen Worten, die eingefrorene und/oder aggregierte Toneraufschlämmung kann vorerhitzt werden, indem man die Toneraufschlämmung durch mindestens einen Wärmetauscher strömen lässt, der auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes, jedoch niedriger als die Temperatur der Koaleszenz erhitzt wurde. Beispielsweise kann man in den Ausführungsformen die Toneraufschlämmung durch ein Wärmetauschersystem strömen lassen, das mindestens zwei Wärmetauscher aufweist, wobei der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt sind.
In den Ausführungsformen kann der erste Wärmetauscher auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes, jedoch niedriger als die Koaleszenz-Temperatur erhitzt werden, um die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Tg des Harzes vorzuerhitzen. In den Ausführungsformen kann der erste Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa (Tg + 5°C) bis etwa (Tg + 30°C) erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa (Tg + 7,5°C) bis etwa (Tg + 25°C) oder von etwa (Tg + 10°C) bis etwa (Tg + 20°C). Beispielsweise kann der Wärmetauscher auf eine Temperatur größer als etwa 60°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 60°C bis etwa 110°C oder von etwa 63°C bis etwa 100°C oder von etwa 65°C bis etwa 75°C. Der zweite Wärmetauscher kann auf eine Temperatur erhitzt werden, die für Koaleszenz geeignet ist. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen der zweite Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C. Im ersten Wärmetauscher wird die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur größer als die Glasübergangstemperatur des Harzes vorerhitzt, was die umfängliche Erzeugung von Feinanteilen verhindert.
In den Ausführungsformen kann der Schritt des Vorerhitzens der Toneraufschlämmung dazu dienen, den Temperaturschock auf die Aufschlämmung zu vermindern, wenn sie durch den zweiten Wärmetauscher (höhere Temperatur) läuft. Das Vorerhitzen in dem ersten Wärmetauscher kann auch eine gewisse teilweise Koaleszenz in dem Wärmetauscher erlauben. In den Ausführungsformen kann diese teilweise Koaleszenz in dem ersten Wärmetauscher 2% bis 20% des Koaleszenz-Prozesses oder 5% bis 15% des Koaleszenz-Prozesses repräsentieren. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen die teilweise Koaleszenz in dem ersten Wärmetauscher in den Partikeln dazu führen, dass sie eine mittlere Kreisförmigkeit von etwa 0,88 bis etwa 0,94 haben, wie beispielsweise von etwa 0,89 bis etwa 0,93 oder von etwa 0,90 bis etwa 0,93. Solche Partikel können sodann in nachfolgenden Wärmetauschern weiterverarbeitet werden, um die Tonerpartikel zu erhalten, die eine mittlere Kreisförmigkeit von etwa 0,930 bis etwa 0,990 haben, wie beispielsweise von etwa 0,940 bis etwa 0,985 oder von etwa 0,945 bis etwa 0,980. Dieses anfängliche Schmelzen kann zu robusteren Tonerpartikeln führen, nachdem die Tonerpartikel den Wärmetauscher mit höherer Temperatur passiert haben, wodurch die umfängliche Erzeugung von Feinanteilen vermieden wird.
Während des Ramp- und Koaleszenz-Prozesses 25, 30 kann die Toneraufschlämmung durch mehr als einen Wärmetauscher geschickt werden. Die Toneraufschlämmung kann Beispiele durch mindestens zwei Wärmetauscher geschickt werden. In den Ausführungsformen können die zwei Wärmetauscher auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden. In den Ausführungsformen kann der erste Wärmetauscher eine niedrigere Temperatur haben als der zweite Wärmetauscher, wie vorstehend beispielsweise in dem Schritt zum Vorerhitzen beschrieben wurde. In den Ausführungsformen kann der Toner durch mindestens zwei Wärmetauscher laufen, von denen der erste Wärmetauscher eine höhere Temperatur haben kann als der zweite Wärmetauscher. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen der erst Wärmetauscher auf eine Temperatur von mindestens etwa 100°C bis etwa 150°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C. Der zweite Wärmetauscher kann eine niedrigere Temperatur als der erste Wärmetauscher haben, so dass der zweite Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung rasch abkühlt, nachdem sie Wärmetauscher mit höherer Temperatur verlässt. In den Ausführungsformen kann der zweite Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung auf eine Temperatur herabsetzen, die für die pH-Einstellung geeignet ist. Der zweite Wärmetauscher kann die Temperatur der Toneraufschlämmung beispielsweise in einem Bereich von etwa 40°C bis etwa 90°C oberhalb der Koaleszenz-Temperatur herabsetzen, wie beispielsweise von etwa 45° bis etwa 80°C niedriger als die Koaleszenz-Temperatur oder von etwa 50°C bis etwa 70°C niedriger als die Koaleszenz-Temperatur. In den Ausführungsformen kann die Temperatur rasch abgekühlt werden auf eine Temperatur, die zum Austragen geeignet ist, die in den Ausführungsformen eine Temperatur sein kann, die niedriger als die Glasübergangstemperatur (Tg) des Toners ist. In den Ausführungsformen kann kaltes Hauswasser verwendet werden, um die Wärmetauscher bei einer niedrigeren Temperatur zu halten, wie beispielsweise von etwa 5° bis etwa 20° oder von etwa 7° bis etwa 15°C oder speziell etwa 10°C.
In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung durch mehr als einen bei der gleichen Temperatur gehaltenen Wärmetauscher geschickt werden. Beispielsweise können zwei oder mehrere Wärmetauscher in Reihe geschaltet und auf die gleiche Temperatur an der Mantelseite der Wärmetauscher erhitzt werden, wie beispielsweise mit der gleichen Beheizungsanlage, so dass die zwei oder mehreren Wärmetauscher als ein einziger längerer Wärmetauscher dienen können.
In einem Wärmetauschersystem, das mindestens einen Wärmetauscher aufweist, kann die Verweilzeit in einem beliebigen Wärmetauscher von etwa 0,1 Minuten bis etwa 30 Minuten betragen, wie beispielsweise von etwa 1 Minute bis etwa 15 Minuten oder von etwa 3 Minuten bis etwa 10 Minuten. Die gesamte Verweilzeit des Toners in einem Wärmetauschersystem, das mindestens einen Wärmetauscher aufweist, ist die Summe der Verweilzeiten der einzelnen Wärmetauscher in dem System. Damit hängt die gesamte Verweilzeit des Toners in dem Wärmetauschersystem von der Zahl der Wärmetauscher in dem System und der Temperatur jedes Wärmetauscher ab. In den vorliegenden Verfahren wird der gesamte Koaleszenz-Prozess kontinuierlich von etwa 0,5 Minuten bis etwa 5 Minuten oder von etwa 0,75 Minuten bis etwa 3 Minuten ausgeführt oder von etwa 1 Minute bis etwa 2 Minuten.
Darüber hinaus kann in den Ausführungsformen ein System von Wärmetauschern derart verbunden werden, dass von dem Ramp- und Koaleszenz-Schritt Energie rückgewonnen werden kann, wodurch in dem Prozess eine größere Energieeffizienz erreicht wird. Beispielsweise kann das System in den Ausführungsformen mindestens drei Wärmetauscher aufweisen, wobei der erste und dritte Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreis verbunden sind und der zweite Wärmetauscher auf eine Temperatur erhitzt werden kann, die für Koaleszenz geeignet ist. Der erste Wärmetauscher kann die eintretende Toneraufschlämmung vorerhitzen, bevor die Aufschlämmung den zweiten Wärmetauscher (höherer Temperatur) passiert, wobei der dritte Wärmetauscher die Toneraufschlämmung kühlen kann, nachdem sie den zweiten Wärmetauscher (höherer Temperatur) passiert hat. In den Ausführungsformen kann beispielsweise der erst Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung von ihrer Anfangstemperatur auf eine Temperatur von etwa 51°C bis etwa 95°C erhöhen, wie beispielsweise von etwa 51°C bis etwa 85°C oder von etwa 60°C bis etwa 79°C. Der zweite Wärmetauscher kann auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C, wie beispielsweise von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C erhitzt werden. Der dritte Wärmetauscher, mit dem ersten Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreis verbunden sein kann, kann die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur von etwa 60°C bis etwa 100°C kühlen, wie beispielsweise von etwa 70°C bis etwa 90°C oder von etwa 75°C bis etwa 85°C, nachdem die Toneraufschlämmung aus dem zweiten Wärmetauscher austritt. In den Ausführungsformen kann, wo der erste und der dritte Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreis verbunden sind, Energie, die in das System zum Erhitzen der Toneraufschlämmung eingeführt wurde, rückgewonnen werden. Im Gegensatz dazu ist im Chargenprozess es sehr schwierig, von dem Hochfahren des Toners auf Koaleszenz-Temperatur Energie rückzugewinnen, was auf der Beschränkung beruht, wie Energie hoch effizient über die Zeitverläufe gespeichert werden kann, die mit den Chargen-Chargen-Zyklen verbunden sind.
In den Ausführungsformen können die Prozessschritte des kontinuierlichen Prozesses zum Koaleszieren von Partikeln das Erhitzen von mindestens einem Wärmetauscher auf eine Temperatur einschließen, die für Koaleszenz geeignet ist, und die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, durch mindestens einen Wärmetauscher zum Koaleszieren der Partikel schicken. In den Ausführungsformen wird das System unter Druck gesetzt, so dass ein mittlerer Druck beispielsweise bei einem Druck gehalten werden kann, der größer als der Dampfdruck des Wassers ist. Bei einem solchen unter Druck gesetzt System kann die Temperatur bis zu einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes des Wassers bei Atmosphärendruck erhöht werden, ohne die Wasserkomponente der Toneraufschlämmung zum Sieden zu bringen.
In den Ausführungsformen kann beispielsweise der mindestens eine Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C erhitzt werden, z.B. von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C. In den Ausführungsformen können die Verfahren der vorliegenden Offenbarung ein Wärmetauschersystem einschließen, bei dem ein oder mehrere Teile des Systems oder das gesamte System unter Druck gesetzt sind.
Beispielsweise kann der Druck von einem oder mehreren Wärmetauschern des Systems und/oder das Gesamte System bei einem Druck größer als der Dampfdruck des Wassers gehalten werden. In den Ausführungsformen kann der Druck von einem oder mehreren Wärmetauschern des Systems und/oder das Gesamte System bei einer vorbestimmten Temperatur und Druck gehalten werden, wo der Druck von etwa 1% bis etwa 800% größer sein kann als der Dampfdruck des Wassers (bei der vorbestimmten Temperatur), wie beispielsweise 1% bis 20% größer oder von etwa 5% bis etwa 10% größer oder von etwa 10% bis etwa 30% größer als der Dampfdruck des Wassers (bei der vorbestimmten Temperatur) oder von etwa 15% bis etwa 25% größer als der Dampfdruck des Wassers (bei der vorbestimmten Temperatur). In den Ausführungsformen kann bei einer vorgegebenen Temperatur der Druck von einem oder mehreren Wärmetauschern des Systems und/oder des gesamten Systems etwa 10% größer sein als der Dampfdruck des Wassers.
In den Ausführungsformen werden die Temperatur und Druck des einen oder der mehreren Wärmetauscher des Systems und/oder das gesamte System eingestellt, um das Sieden der Wasserkomponente der Toneraufschlämmung zu vermeiden. Bei erhöhten Drücken oberhalb von einer Atmosphäre können ein oder mehre Wärmetauscher des Systems und/oder das gesamte System auf Temperaturen oberhalb des Siedepunkts des Wassers bei Atmosphärendruck erhitzt werden (beispielsweise oberhalb von etwa 100°C oder in einem Bereich von etwa 100°C bis etwa 200°C). Da ein oder mehrere Wärmetauscher des Systems und/oder das gesamte System unter Druck gesetzt sind, kann die Toneraufschlämmung bis zu einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts des Wassers bei Atmosphärendruck erhitzt werden, ohne die Wasserkomponente der Toneraufschlämmung zum Sieden zu bringen. In den Ausführungsformen kann der Druck des Systems bei einem vorbestimmten Druck mit Hilfe eines Rückdruckreglers, einer peristaltischen Pumpe, einer Zahnradpumpe oder einer Exzenterschneckenpumpe gehalten werden. In den Ausführungsformen kann das System einen vorbestimmten Druck halten durch Auslassen über ein rückdruckregelndes Membranventil, das einen Auslass an die Atmosphäre erlaubt.
In den Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann die Toneraufschlämmung auf eine vorbestimmte Koaleszenz-Temperatur 25 hochgefahren werden und die Temperatur der Toneraufschlämmung bei weitgehend dieser Temperatur gehalten werden, die den Partikeln ein Koaleszieren 30 erlaubt. In den Ausführungsformen können höhere Temperaturen, wie beispielsweise von etwa 100°C bis etwa 150°C oder von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C in einem oder mehreren der unter Druck gesetzten Wärmetauscher des Systems verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Sphäroidisierung derart zu erhöhen, dass Koaleszenz innerhalb einer Verweilzeit in der Größenordnung von Minuten vollständig ist. Beispielsweise kann eine Verweilzeit der Aufschlämmung von etwa 1 Sekunden bis etwa 15 Minuten, wie beispielsweise von etwa 15 Sekunden bis etwa 5 Minuten oder von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten in einem oder mehreren der druckbeaufschlagten Hochtemperatur-Wärmetauscher des Systems der vorliegenden Offenbarung ausreichend sein, um die angestrebte Koaleszenz und Ziel-Sphäroidisierung zu erreichen. In den Ausführungsformen kann die Verweilzeit der Aufschlämmung in einem oder mehreren der druckbeaufschlagten Hochtemperatur-Wärmetauscher des Systems der vorliegenden Offenbarung von weniger als 2 Minuten ausreichend sein, um die angestrebte Koaleszenz und Ziel-Sphäroidisierung zu erreichen.
Da die Ziel-Sphäroidisierung eingehalten werden kann, indem man die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, durch mindestens einen Wärmetauscher mit einer Verweilzeit in der Größenordnung von Minuten durch das System laufen lässt, ist der Durchsatz des System lediglich abhängig von der Größe und der Temperatur des Wärmetauschers. In den Ausführungsformen kann Koaleszenz komplett innerhalb eines oder mehrerer Wärmetauscher stattfinden, d.h. die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, wird kontinuierlich dem einen oder den mehreren Wärmetauschern zugegeben, und es können vollständig koaleszierte Partikel mit dem abgezielten Maß an Sphäroidisierung kontinuierlich von dem einen oder den mehreren Wärmetauschern gewonnen werden.
Die koaleszierten Partikel können regelmäßig auf Kreisförmigkeit gemessen werden, wie beispielsweise mit einem Sysmex FPIA 3000 Analyzer, bei dem die Kreisförmigkeit des Partikels mit Hilfe der folgenden Formel beschrieben werden kann: Kreisförmigkeit = Kreisförmigkeit eines Kreises mit der gleichen Fläche wie das Partikel / Umfang des Partikels
Eine Kreisförmigkeit von 1.000 zeigt eine vollständig kreisrunde Kugel. In den Ausführungsformen können die mit Hilfe des Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellten Tonerpartikel eine mittlere Kreisförmigkeit von etwa 0,930 bis etwa 0,990 haben, wie beispielsweise von etwa 0,940 bis etwa 0,985 oder von etwa 0,945 bis etwa 0,980. In den Ausführungsformen kann die mittlere Ziel-Kreisförmigkeit mit einer Verweilzeit bei einer Temperatur von etwa 1 Sekunde bis etwa 15 Minuten erreicht werden, wie beispielsweise von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten oder von etwa 15 Sekunden bis etwa 5 Minuten oder von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten.
In den Ausführungsformen ist der mindestens eine Wärmetauscher ein standardmäßiger Mantel-Röhrenwärmetauscher. In den Ausführungsformen kann die Mantelseite des Wärmetauschers einem Bad exponiert werden, das die gewünschte Temperatur hat, um den Wärmetauscher auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen oder zu kühlen. In den Ausführungsformen kann das Bad wie beispielsweise ein beheiztes Bad sein, um die Temperatur von mindestens einem Wärmetauscher zu erhöhen. In den Ausführungsformen ist das Bad ein Ölbad, wie beispielsweise ein Glykol-Bad oder ein Glykol/Wasser-Mischbad.
In den Ausführungsformen kann ein einzelner Wärmetauscher verwendet werden, um den Koaleszenz-Schritt auszuführen. In weiteren Ausführungsformen kann man die Toneraufschlämmung während des Ramp- und Koaleszenz-Prozesses durch mehr als ein Wärmetauscher schicken. In den Ausführungsformen kann die Toneraufschlämmung beispielsweise durch mindestens zwei Wärmetauscher geschickt werden.
In den Ausführungsformen kann man die Aufschlämmung beispielsweise durch mindestens einen Wärmetauscher schicken, um die bei einer gewünschten Koaleszenz-Temperatur hochzufahren, wie vorstehend beschrieben wurde, und die Aufschlämmung dann durch mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher schicken, um die Temperatur der Aufschlämmung nach Koaleszenz 35 rasch abzukühlen. Nach Koaleszenz kann die Mischung auf Raumtemperatur gekühlt werden, wie beispielsweise von etwa 20°C bis etwa 25°C. Das Kühlen kann nach Wunsch rasch oder langsam erfolgen. Eine geeignete Methode des Kühlens kann eine Einführung von kaltem Wasser in den Mantel um mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher zu einem raschen Abkühlen einschließen. Nach dem Kühlen können die Partikel wahlweise mit Wasser gewaschen und dann getrocknet werden. Das Trocknen kann mit Hilfe einer beliebigen geeigneten Methode zum Trocknen vorgenommen werden, wie beispielsweise ein Gefriertrocknen.
Der Prozess des Kühlens kann eine zusätzliche pH-Einstellung bei einer vorbestimmten Kühl-pH-Temperatur einschließen. In den Ausführungsformen kann beispielsweise mindestens ein zusätzlicher Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung von der Koaleszenz-Temperatur zu einer Temperatur der pH-Werteinstellung 40 rasch kühlen. Die vorbestimmte Kühl-pH-Einstelltemperatur kann im Bereich von etwa 40°C bis etwa 90°C oberhalb der vorbestimmten Koaleszenz-Temperatur liegen, wie beispielsweise von etwa 45°C bis etwa 80°C oder von etwa 50°C bis etwa 70°C oberhalb der vorbestimmten Koaleszenz-Temperatur. Der pH-Wert der Aufschlämmung kann auf einen vorbestimmten Kühl-pH-Wert von etwa 7,0 bis etwa 10 eingestellt werden, wie beispielsweise von etwa 7,5 bis etwa 9,5 oder von etwa 8,0 bis etwa 9,0. Dieses kann erfolgen durch Zugeben einer wässrigen Lösung einer Base, wie beispielsweise NaOH 45. Die Temperatur der Aufschlämmung kann bei der vorbestimmten Kühl-pH-Einstelltemperatur für jede beliebige Zeitdauer gehalten werden, wie beispielsweise eine Zeitdauer von etwa Null Minuten bis etwa 60 Minuten oder von etwa 5 Minuten bis etwa 30 Minuten, gefolgt von einem Kühlen bis Raumtemperatur. In den Ausführungsformen kann das System ms3 einen zusätzlichen Wärmetauscher enthalten, um die Temperatur der Toneraufschlämmung von der pH-Einstelltemperatur weiter auf eine Temperatur rasch abzukühlen, die für den Austrag 50 geeignet ist, wie beispielsweise Raumtemperatur.
Der Ramp- und Koaleszenz-Prozess kann auch in mehr als einem Wärmetauscher ausgeführt werden. Die Toneraufschlämmung kann beispielsweise durch mindestens zwei Wärmetauscher geschickt werden. Der erste der mindestens zwei Wärmetauscher kann bei einer niedrigeren Temperatur als die des zweiten der mindestens zwei Wärmetauscher gehalten werden. Beispielsweise kann der erste Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 115°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 103°C bis etwa 110°C oder von etwa 105°C bis etwa 108°C. Dementsprechend kann der erste Wärmetauscher, wenn die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, durch den ersten Wärmetauscher geschickt wird, die Temperatur der Toneraufschlämmung von ihrer Anfangstemperatur (in den Ausführungsformen etwa 50°C) auf eine Temperatur von etwa 85°C bis etwa 110°C, wie beispielsweise von etwa 90°C bis etwa 100°C oder von etwa 92°C bis etwa 97°C erhöhen. Der zweite der mindestens zwei Wärmetauscher kann auf eine Temperatur größer als die des ersten Wärmetauschers erhitzt werden. Beispielsweise kann der zweite Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 115°C bis etwa 150°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 120°C bis 145°C oder von etwa 130°C bis etwa 140°C.
In den Ausführungsformen kann der Wärmetauscher mit der niedrigeren Temperatur die Toneraufschlämmung vorerhitzen, bevor sie den zweiten Wärmetauscher erreicht, was den Temperaturschock an der eintretenden Aufschlämmung vermindert, wenn sie durch den zweiten Wärmetauscher mit höherer Temperatur läuft. Darüber hinaus kann durch Erhitzen der Aufschlämmung von einer Anfangstemperatur (wie beispielsweise etwa 51°C) auf die vorbestimmte Koaleszenz-Temperatur (wie beispielsweise etwa 130°C) in zwei Wärmetauschern die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung (°C/min) nach Wunsch verringert werden, wie beispielsweise die Verringerung der Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung (°C/min) um die Hälfe. Durchleiten der Toneraufschlämmung durch den Wärmetauscher mit niedrigerer Temperatur vor dem Durchleiten durch den Wärmetauscher mit höherer Temperatur erlaubt außerdem eine gewisse teilweise Koaleszenz (teilweises Aggregatschmelzen) in dem ersten Wärmetauscher. Das anfängliche Schmelzen liefert robustere fertige Tonerpartikel nachdem die Toneraufschlämmung durch den zweiten Wärmetauscher gelaufen ist, wodurch die umfängliche Erzeugung von Feinanteilen vermieden wird.
In den Ausführungsformen kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen mindestens zwei Wärmetauschern das System mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher enthalten, um die Temperatur der Toneraufschlämmung rasch abzukühlen, nachdem sie aus dem zweiten Wärmetauscher (höhere Temperatur) austritt. In den Ausführungsformen kann mindestens ein Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung von der Koaleszenz-Temperatur zu der pH-Einstelltemperatur rasch kühlen. Der mindestens eine Wärmetauscher kann die Temperatur im Bereich von etwa 40°C bis etwa 90°C oberhalb der Koaleszenz-Temperatur herabsetzen, wie beispielsweise von etwa 45°C bis etwa 80°C oder von etwa 50°C bis etwa 70°C oberhalb der Koaleszenz-Temperatur. Der pH-Wert kann sodann durch Zugabe einer wässrigen Lösung einer Base, wie beispielsweise NaOH, eingestellt werden. In den Ausführungsformen kann der pH-Wert in Reihe eingestellt werden. In den Ausführungsformenkann das System ferner mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher enthalten, um die Temperatur der Toneraufschlämmung weiter von der pH-Einstelltemperatur auf eine Temperatur rasch abzukühlen, die zum Austrag geeignet ist. In den Ausführungsformen ist die Temperatur, die für den Austrag geeignet ist, eine Temperatur niedriger als die Glasübergangstemperatur (Tg) des Toners.
In den Ausführungsformen beträgt die gesamte Verweilzeit der Toneraufschlämmung in jedem Wärmetauscher von etwa 1 Sekunden bis etwa 15 Minuten, wie beispielsweise von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten oder von etwa 15 Sekunden bis etwa 5 Minuten oder von etwa 30 Sekunden bis etwa 2 Minuten. Danach können die koaleszierten Partikel von dem Systemausgang gewonnen werden.
In den Ausführungsformen kann das Verfahren einschließen, dass man die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, durch mindestens drei Wärmetauscher schickt, wobei mindestens zwei Wärmetauscher verbunden sind, um Energie aus dem Ramp- und Koaleszenz-Prozess zurückzugewinnen. Die Toneraufschlämmung, wie beispielsweise eine eingefrorene und aggregierte Toneraufschlämmung, kann In den Ausführungsformen beispielsweise durch mindestens drei Wärmetauscher geschickt werden, wobei mindestens zwei Wärmetauscher zu einem geschlossenen Kreis verbunden sind und der zweite Wärmetauscher auf eine Temperatur erhitzt wird, die für Koaleszenz geeignet ist. Der zweite Wärmetauscher kann In den Ausführungsformen auf eine Temperatur von etwa 115°C bis etwa 150°C erhitzt werden, wie beispielsweise von etwa 120°C bis etwa 145°C oder von etwa 130°C bis etwa 140°C. Der dritte Wärmetauscher kann die Toneraufschlämmung nach Koaleszenz kühlen und Energie rückgewinnen, die der Toneraufschlämmung in dem zweiten Wärmetauscher zugeführt wurde. Der der erste und der dritte Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreis verbunden sind, kann diese rückgewonnene Wärmeenergie in dem ersten Wärmetauscher zum Vorerhitzen der Tonermischung genutzt werden, bevor sie durch den zweiten Wärmetauscher läuft. In den Ausführungsformen kann daher der erste Wärmetauscher die Temperatur der Toneraufschlämmung von ihrer Anfangstemperatur (in den Ausführungsformen etwa 50°C) auf eine Temperatur von etwa 51°C bis 99°C erhöhen, wie beispielsweise von etwa 51°C bis etwa 85°C oder von etwa 60°C bis etwa 79°C. Der zweite Wärmetauscher kann dann die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur von etwa 100°C bis etwa 150°C erhöhen, wie beispielsweise von etwa 110°C bis etwa 145°C oder von etwa 120°C bis etwa 140°C. Der dritte Wärmetauscher kann sodann die Toneraufschlämmung auf eine Temperatur von etwa 60°C bis etwa 100°C kühlen, wie beispielsweise von etwa 70°C bis 90°C oder von etwa 75°C bis etwa 85°C. In den Ausführungsformen kann das System unter Druck gesetzt werden.
Bei der Herstellung von Tonerpartikeln ist es wünschenswert, die Toner-Partikelgröße zu kontrollieren und die Menge sowohl an Feinanteil als auch der groben Tonerpartikel in dem Toner zu begrenzen. In den Ausführungsformen haben die Tonerpartikel eine sehr schmale Partikelgrößenverteilung mit einer unteren zahlengemittelten geometrischen Standardabweichung (GSDn) von näherungsweise 1,15 bis näherungsweise 1,30, wie beispielsweise näherungsweise weniger als etwa 1,25. Die Tonerpartikel können auch eine Partikelgröße derart haben, dass die obere volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) im Bereich von etwa 1,15 bis etwa 1,30, wie beispielsweise von etwa 1,18 bis etwa 1,22 liegt oder weniger als etwa 1,25 beträgt.
Die Charakteristiken der Tonerpartikel können mit jeder beliebigen geeigneten Methode und Apparat bestimmt werden. Die volumengemittelten mittleren Durchmesser D50v, GSDv und GSDn können mit Hilfe eines Messinstruments gemessen werden wie beispielsweise einem Beckman Coulter Multisizer 3, das entsprechend den Herstellerangaben gehandhabt wird.
Die GSDv bezeichnet die obere volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) (Grobanteil) für (D84/D50). Die GSDn bezeichnet die zahlengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDn) (Feinanteil) bei (D50/D16). Die Partikeldurchmesser, bei denen ein prozentualer Summenanteil von 50% der Gesamt-Tonerpartikel erhalten wird, ist als D50-Volumen definiert, und die Partikeldurchmesser, bei denen ein prozentualer Summenanteil von 84% der Gesamt-Tonerpartikel erhalten wird, ist als D84-Volumen definiert. Die vorgenannten Indizes der mittleren Partikelgrößenverteilung GSDv können unter Verwendung von D50 und D84 in der Summenverteilung ausgedrückt werden, wobei der Index der volumengemittelten Partikelgrößenverteilung GSDv ausgedruckt wird als (Volumen-D84/Volumen-D50). Diese vorgenannten Indizes der zahlengemittelten Partikelgrößenverteilung GSDn können unter Verwendung von D50 und D16 in der Summenverteilung ausgedrückt werden, wobei der Index der zahlengemittelten Partikelgrößenverteilung GSDn ausgedruckt wird als (Zahl-D5 /Zahl-D16). Je näher der GSD-Wert an 1,0 liegt, eine umso geringere Größenverteilung besteht unter den Partikeln. Der vorgenannte GSD-Wert für die Tonerpartikel zeigt, dass die Tonerpartikel so hergestellt sind, dass sie eine schmale Partikelgrößenverteilung haben.
Geeignete Emulsionsaggregation/Koaleszenz-Prozesse für die Herstellung der Tonerpartikel, die zur Einbeziehung der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Ramp- und Koaleszenz-Prozess modifiziert werden können wurden veranschaulicht in den US-P-5,290,654 , 5,278,020 , 5,308,734 , 5,370,963 , 5,344,738 , 5,403,693 , 5,418,108 , 5,364,729 und 5,346,797 . Weitere Prozesse, Komponenten und Zusammensetzungen, die in den Prozessen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können, können solche einschließen, die in den US-P-5,348,832 ; 5,405,728 ; 5,366,841 ; 5,496,676 ; 5,527,658 ; 5,585,215 ; 5,650,255 ; 5,650,256 ; 5,501,935 ; 5,723,253 ; 5,744,520 ; 5,763,133 ; 5,766,818 ; 5,747,215 ; 5,827,633 ; 5,853,944 ; 5,804,349 ; 5,840,462 ; 5,869,215 ; 5,863,698 ; 5,902,710 ; 5,910,387 ; 5,916,725 ; 5,919,595 ; 5,925,488 ; 5,977,210 , 6,627,373 ; 6,656,657 ; 6,617,092 ; 6,638,677 ; 6,576,389 ; 6,664,017 ; 6,656,658 und 6,673,505 beschrieben wurden.
Oberflächenadditive
In einigen Ausführungsformen können die koaleszierten Hybrid-Tonerpartikel mit einem oder mehreren Oberflächenadditiven gemischt werden, wie beispielsweise Siliciumdioxid oder Silica (SiO2), Titanerde oder Titandioxid (TiO2), und/oder Ceroxid. Diese Additive können die Toner-Rieselfähigkeit verbessern, Tribo-Kontrolle, Zumisch-Kontrolle, verbesserte Entwicklungs- und Transferstabilität sowie höhere Toner-Blocktemperatur. Das/die Oberflächenadditiv(e) können mit oder ohne eine Beschichtung oder Mantel verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann Silica ein erstes Silica und ein zweites Silica einschließen. Das erste Silica kann eine mittlere Primärpartikelgröße, gemessen im Durchmesser, im Bereich beispielsweise von etwa 5 nm bis etwa 50 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 25 nm oder von etwa 20 nm bis etwa 40 nm haben. Das zweite Silica kann eine mittlere Primärpartikelgröße, gemessen im Durchmesser, im Bereich beispielsweise von etwa 100 nm bis etwa 200 nm oder von etwa 100 nm bis etwa 150 nm oder von etwa 125 nm bis etwa 145 nm haben. Das zweite Silica kann eine größere mittlere Größe (Durchmesser) als das erste Silica haben.
Titanerde kann eine mittlere Primärpartikelgröße im Bereich von beispielsweise etwa 5 nm bis etwa 50 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 20 nm oder von etwa 10 nm bis etwa 50 nm haben.
Ceroxid kann eine mittlere Primärpartikelgröße im Bereich von beispielsweise etwa 5 nm bis etwa 50 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 20 nm oder von etwa 10 nm bis etwa 50 nm haben.
Zinkstearat kann ebenfalls als Additiv verwendet werden. Calciumstearat und Magnesiumstearat können ähnliche Funktionen vermitteln. Zink-, Calcium- oder Magnesiumstearat können auch Entwicklerleitfähigkeit, Tribo-Verbesserung, höhere Tonerladung und Ladungsstabilität vermitteln. Zinkstearat kann eine mittlere Primärpartikelgröße im Bereich beispielsweise von etwa 500 nm bis etwa 700 nm oder von etwa 500 nm bis etwa 600 nm oder von etwa 550 nm bis etwa 650 nm haben.
Oberflächenadditive können in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 0,5% bis etwa 7 Gew.-% oder von etwa 1% bis etwa 5 Gew.-% der Hybrid-Tonerpartikel verwendet werden.
Andere Beispiele für Oberflächenadditive schließen solche ein, wie sie in den US-P-3,590,000 ; 3,720,617 ; 3,655,374 und 3,983,045 offenbart wurden.
Der Glanz eines Toners kann durch die Menge an im Partikel zurückgehaltenem Metall-Ion beeinflusst werden, wie beispielsweise Al3+. Die Menge an zurückgehaltenem Metall-Ion kann ferner durch Zugabe eines Chelatbildners, wie beispielsweise EDTA, eingestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Menge an zurückgehaltenem Katalysator, wie beispielsweise Al3+, in den Hybrid-Tonerpartikeln der vorliegenden Offenbarung von etwa 0,1 pph bis etwa 1 pph oder von etwa 0,25 pph bis etwa 0,8 pph betragen. Der Glanzwert eines Toners der vorliegenden Offenbarung kann einen in Glanz-Einheiten (gu) nach Gardner gemessenen Glanz von etwa 20 gu bis etwa 100 gu oder von etwa 50 gu bis etwa 95 gu oder von etwa 60 gu bis etwa 90 gu haben.
Andere Oberflächenadditive schließen Gleitmittel ein, wie beispielsweise ein Metallsalz einer Fettsäure (z.B. Calciumstearat) oder langkettige Alkohole, wie beispielsweise UNILIN 700, verfügbar von Baker Petrolite, und AEROSIL R972^® verfügbar von Degussa. Die beschichteten Silicas aus den US-P-6,190,815 und 6,004,714 können ebenfalls verwendbar sein.
Tonerzusammensetzungen – Entwickler
Die auf diese Weise erzeugten Hybrid-Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Hybrid-Tonerpartikel können beispielsweise mit Trägerpartikeln gemischt werden, um eine zweikomponentige Entwicklerzusammensetzung zu erzielen. Die Konzentration der Hybrid-Tonerpartikel in dem Entwickler kann von etwa 1% bis etwa 25 Gew.-% oder von etwa 2% bis etwa 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen, wobei der Rest der Entwicklerzusammensetzung der Träger ist. Um jedoch eine Entwicklerzusammensetzung mit den angestrebten Merkmalen zu erzielen, können andere Prozentanteile der Hybrid-Tonerpartikel und des Trägers verwendet werden.
Tonerzusammensetzung – Träger
Eine Tonerzusammensetzung kann wahlweise inerte Partikel aufweisen, die als Träger der Hybrid-Tonerpartikel dienen können. Die inerten Partikel können modifiziert sein, um beispielsweise eine besondere Funktion zu übernehmen. Deren Oberfläche kann somit derivatisiert sein, oder die Hybrid-Tonerpartikel können für einen gewünschten Zweck hergestellt sein, um beispielsweise eine Ladung zu tragen oder ein Magnetfeld zu besitzen. Beispiele für Trägerpartikel zum Mischen mit den Hybrid-Tonerpartikeln schließen solche Trägerpartikel ein, die in der Lage sind, eine triboelektrische Ladung einer Polarität zu erhalten, die entgegengesetzt zu derjenigen der Tonerpartikel ist. Veranschaulichende Beispiele geeigneter Trägerpartikel schließen granulares Zircon ein, granulares Silicium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliciumdioxid, ein oder mehrere Polymere und dergleichen. Andere Träger schließen solche ein, wie in den US-P-3,847,604 ; 4,937,166 ; und 4,935,326 offenbart wurden.
In einigen Ausführungsformen können die Trägerpartikel einen Kern mit einer Beschichtung darauf einschließen, die aus einem Polymer oder einer Mischung von Polymeren erzeugt sein kann, die nicht in enger Nähe dazu in den triboelektrischen Reihen stehen, wie sie beispielsweise hierin gelehrt wurden oder auf dem Fachgebiert bekannt sind. Die Beschichtung kann einschließen: Fluorpolymere, wie beispielsweise Polyvinylidenfluoride, Terpolymere von Styrol, Methacrylate, Methylmethacrylate, Cyclohexylmethacrylate, Copolymere von Cylohexylmethacrylate mit Alkylaminmeth(acrylate), wie beispielsweise Dimethylaminoethylmethacrylat, Silane, wie beispielsweise Triethoxysilane, Tetrafluorethylene, andere bekannte Beschichtungen und dergleichen. Beispiele sind Beschichtungen, die Polyvinylidenfluorid enthalten, verfügbar beispielsweise als KYNAR 301F^TMund/oder Polymethylmethacrylat (PMMA), z.B. mit einer massegemittelten relative Molekülmasse von etwa 300.000 bis etwa 350.000, wie beispielsweise kommerziell verfügbar bei Soken, die verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen können PMMA und Polyvinylidenfluorid in Anteilen von etwa 30% bis etwa 70 Gew.-% zu etwa 70% bis etwa 30 Gew.-% oder von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% zu etwa 60% bis etwa 40 Gew.-% gemischt werden. Die Beschichtung kann ein Auftragsgewicht beispielsweise von etwa 10% bis etwa 5 Gew.-% oder von etwa 0,5% bis etwa 2 Gew.-% des Trägers haben. Die Trägerpartikel können hergestellt werden, indem der Trägerkern mit einem Polymer in einer Menge von etwa 0,5% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 0,01% bis etwa 3 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des beschichteten Partikels gemischt wird, bis dessen Haftung an dem Trägerkern erhalten wird wie beispielsweise durch mechanischen Aufprall und/oder elektrostatische Anziehung.
Tonerzusammensetzungen – Ladungsadditive
Tonerzusammensetzungen können beliebige Ladungsadditive in Mengen von etwa 0,1% bis etwa 10 Gew.-% oder von etwa 0,5% bis etwa 7 Gew.-% der Tonerzusammensetzungen einschließen. Beispiele derartiger Ladungsadditive schließen Alkylpyridiniumhalogenide, -hydrogensulfate ein, die Additive zur Ladungskontrolle der US-P-3,944,493 ; 4,007,293 ; 4,079,014 ; 4,394,430 und 4,560,635 , negative Ladung verstärkende Additive, wie beispielsweise Aluminiumkomplexe und dergleichen. Um einem Tonerpartikel eine negative oder positive Ladung zu vermitteln, können ladungsverstärkende Moleküle verwendet werden. Beispiele schließen quaternäre Ammoniumverbindungen ein, wie beispielsweise in der US-P-4,298,672 , organische Sulfat- und Sulfonatverbindungen, wie beispielsweise in der US-P-4,338,390 , Cetylpyridiniumtetrafluoroborate, Distearyldimethylammoniummethylsulfat, Aluminiumsalze, usw.
Tonerzusammensetzungen – Tensid(e)
Die Tonerzusammensetzungen können in Dispersionen vorliegen, die Tenside einschließen. Die Tenside können aus ionischen Tensiden, nichtionischen Tensiden oder Kombinationen davon ausgewählt werden, wie hierin beschrieben wurden. Der Ausdruck "ionische Tenside" umfasst anionische und kationische Tenside. Das Tensid oder die Gesamtmenge an Tensiden in einer Tonerzusammensetzung können in einer Menge von etwa 0,01% bis etwa 5% oder von etwa 0,05% bis etwa 3% oder von etwa 0,1% bis etwa 2 Gew.-% verwendet werden.
Beispiele geeigneter Prozesse zur Erzeugung von Tonerpartikel aus Latexpartikeln finden sich in der US-P-8,192,913 .
In den Ausführungsformen kann der Toner der vorliegenden Offenbarung für eine Schutzzusammensetzung eines xerographischen Druckes verwendet werden, die Eigenschaften zum Überdrucken zum Überdrucken vermittelt, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, thermische Stabilität und Lichtschutz sowie Wischfestigkeit, speziell bei kommerziellen Druckanwendungen. Speziell hat ein solches Überdruckbeschichten, wie es in Betracht kommt, die Fähigkeit ein Überschreiben zu erlauben, thermisches Reißen zu vermindern oder zu verhindern, Schmelzen zu verbessern, Dokumentenverschiebung zu vermindern oder zu verhindern, Druckverhalten zu verbessern und ein Bild vor Sonne, Hitze und dergleichen zu schützen. In den Ausführungsformen können die Überdruck-Zusammensetzungen verwendet werden, um das Gesamtaussehen xerographischer Ausdrucke auf Grund der Fähigkeit der Zusammensetzungen zu verbessern, die Rauigkeit der xerographischen Substrate und Toner auszufüllen, wodurch ein ebener Film und verbesserter Glanz erzeugt werden.
Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Ausführungsformen der Offenbarung gegeben. Die Beispiele sind ausschließlich veranschaulichend und nicht vorgesehen, den Geltungsbereich der Offenbarung zu beschränken. Außerdem sind, sofern nicht anders angegeben, Teil- und Prozentangaben auf Gewicht bezogen. Wie hierin verwendet, bezieht sich "Raumtemperatur" auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 30°C.
Beispiele
Die nachfolgend ausgeführten Beispiele werden zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung gegeben. Diese Beispiele sind ausschließlich veranschaulichend und nicht vorgesehen, den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken. Außerdem sind, sofern nicht anders angegeben, Teil- und Prozentangaben auf Gewicht bezogen. Ebenfalls werden Vergleichsbeispiele und -daten gegeben.
Es wurden mehrere Koaleszenzversuche ausgeführt, um die vorliegenden Offenbarung auf die Praxis zurückzuführen. Die ersten Experimente wurden alle unter Einsatz der gleichen 20gal-Charge der aggregierten Aufschlämmung ausgeführt. Diese Aufschlämmung wurde sowohl für die kontinuierlichen Koaleszenzversuche als auch für die Chargen-Koaleszenzversuche verwendet, um den Einfluss einer Charge-zu-Charge-Variation in der Aggregation zu entkoppeln.
Beispiel 1: Herstellung von aggregierter Toneraufschlämmung
In einen 20gal-Reaktor wurden gegeben: 3,4 kg eines amorphen Polyester-Latex (Polyesteremulsion A, ein amorphes Polyesterharz in einer Emulsion mit einer mittleren Molekülmasse (Mw) von etwa 86.000, einer zahlengemittelten relativen Molekülmasse (Mn) von etwa 5.600, Anfangs-Glasübergangstemperatur (Tg onset) von etwa 56°C und etwa 35% Feststoffen); 3,4 kg eines zweiten amorphen Polyester-Latex (Polyesteremulsion B, ein amorphes Polyesterharz in einer Emulsion mit einer (Mw) von etwa 19.400, einer Mn von etwa 5.000, einer Tg onset von etwa 60°C und etwa 35% Feststoffen); 6,0 kg eines Styrol-n-Butyl-Acrylat-Latex (Emulsion polymerisiertem Latex von etwa 200 nm Partikelgröße mit 76,5% Styrol und 23,5% nBA, einer Mw von 35.000 und einer Tg onset von etwa 51°C und etwa 40 Feststoffen); 2,1 kg eines kristallinen Polyesters (CPE, ein kristallines Polyesterharz in einer Emulsion mit einer Mw von etwa 23.300, einer Mn von etwa 10.500, einer Schmelztemperatur (Tm) von etwa 71°C und etwa 35,4% Feststoffen); 4,3 kg einer Carbon-Black-Pigmentdispersion (NIPEX 35 von Orion Engineered Carbons (Luxembourg)); 0,7 kg einer Cyan-Pigmentdispersion (PB15:3); 3,4 kg Wachsdispersion (von IGI Wax (Toronto, Canada)); und 30 kg deionisiertes (DI) Wasser. Das Material wurde unter Verwendung eines Homogenisators im geschlossenen Kreis homogenisiert, der an dem Reaktionsapparat angebracht war, während über eine Dauer von 5 Minuten eine Mischung von 0,2 kg Polyaluminiumchlorid-Lösung und 2,4 kg 0,002M Salpetersäure zugegeben wurde. Der Homogenisator wurde für eine Dauer von näherungsweise 40 Minuten betrieben, bevor DI-Wasser zugesetzt wurde, um den Homogenisatorkreis zu spülen. Sodann wurde der Reaktor bei näherungsweise 250 bis 300 U/min gemischt, während die Temperatur auf 45!C über näherungsweise 75 Minuten hochgefahren wurde, um eine Kern-Partikelgröße von 4,44µm oder 4,94µm zu liefern, die den Hybridkern der gemischten Zusammensetzung aufwies. Es wurde eine Mantel-Formulierung, aufweisend 9,5 kg eines 76,5 Gew.-%/23,5 Gew.-% Styrol-Butylacrylat 3 pph 2-Carboxyethxylacrylat-Latex mit einer 35.000 massegemittelten relativen Molekülmasse, einer Tg von 51°C und einer Partikelgröße von etwa 195 nm und 3,0 kg von DI-Wasser in den Reaktor geladen. Die Manteltemperatur wurde sodann bis 53°C mit einer Impellergeschwindigkeit von näherungsweise 275 U/min erhöht und die Mantelzusammensetzung auf den Kernpartikeln für eine Dauer von näherungsweise 70 Minuten aggregieren gelassen. Sodann wurden die Partikel durch Zusatz einer 1M Lösung von Natriumhydroxid "eingefroren" (die Aggregation angehalten), um einen pH-Wert von 4,2 zu ergeben, wonach die Rührgeschwindigkeit auf 170 U/min herabgesetzt wurde und danach Zugabe eines Chelatbildners (VERSENE 100, ein EDTA-basierender Chelatbildner von Dow Chemical (Midland, Michigan)), um den pH-Wert auf 5,6 zu erhöhen. Sodann wurde die Temperatur bis 65°C hochgefahren und bei dieser Temperatur für 20 Minuten gehalten, bevor der Reaktor auf volles Kühlen gestellt und entladen wurde. Dieses Material hatte eine fertige Partikelgröße von 5,42 µm, eine GSDv84/50 von 1,22 und eine GSDn50/16 von 1,25. Dieses Material wurde als Ausgangsmaterial in den nachfolgenden Beispielen für kontinuierliche Koaleszenz sowie einem Vergleichsbeispiel für Chargen-Koaleszenz verwendet, die nachfolgend beschrieben werden.
Beispiel 2: Herstellung von kontinuierlich koaleszierter Toneraufpartikelschlämmung
Kurz zusammengefasst, wurden näherungsweise 4 Liter aggregierte Aufschlämmung von Beispiel 1 auf pH-Wert 5,6 eingestellt und als Reaktorbeschickung geladen. Sodann wurde der Reaktor auf 40 psi unter Verwendung eines Druckreglers unter Druck gesetzt. Am Ausgang des Prozesses wurde eine peristaltische Pumpe eingestellt, um den Durchfluss von Aufschlämmung durch das System bei 240 ml/min von dem Beschickungsbehälter, durch die Wärmetauscher und Verweilzeitsektion zur Pumpe und aus dem System heraus zuzumessen und aufzunehmen. Die Aufschlämmung läuft zuerst durch zwei Mantel-Röhrenwärmetauscher und wird auf eine Auslasstemperatur von 130°C erhitzt (Mantelaustritt auf 132°C eingestellt). Die Aufschlämmung tritt sodann in die Verweilzeitsektion, die ein Volumen von 240 ml hat und eine Verweilzeit von 1 Minute in der Verweilzeitsektion gewährt. Die Aufschlämmung läuft sodann durch die letzten zwei rasch kühlenden Wärmetauscher, die mit Hilfe von Hauswasser (etwa 10°C) gekühlt werden, um eine Auslasstemperatur von näherungsweise 32°C zu ergeben. Die Aufschlämmung wird sodann durch die Pumpe zugestellt und aufgefangen. Der aufgefangene Toner wurde mit Hilfe eines Sysmex FPIA-3000 gemessen und die resultierende Kreisförmigkeit mit 0,973 ermittelt. Die Partikelgröße wurde mit einem Beckman Coulter Multisizer 3 (50µm Öffnungsweite) gemessen und betrug 5,15µm (D50v) mit einer GSDv84/50 von 1,23 und einer GSDn50/16 von 1,24.
Beispiel 3: Herstellung von kontinuierlich koaleszierter Tonerpartikelaufschlämmung
Kurz zusammengefasst, wurden näherungsweise 4 Liter aggregierte Aufschlämmung von Beispiel 1 auf pH-Wert 6,0 eingestellt und als Reaktorbeschickung geladen. Sodann wurde der Reaktor auf 40 psi unter Verwendung eines Druckreglers unter Druck gesetzt. Am Ausgang des Prozesses wurde eine peristaltische Pumpe eingestellt, um den Durchfluss von Aufschlämmung durch das System bei 240 ml/min von dem Beschickungsbehälter, durch die Wärmetauscher und Verweilzeitsektion zur Pumpe und aus dem System heraus zuzumessen und aufzunehmen. Die Aufschlämmung läuft zuerst durch zwei Mantel-Röhrenwärmetauscher und wird auf eine Austritttemperatur von 130°C erhitzt (Mantelaustritt auf 132°C eingestellt). Die Aufschlämmung tritt sodann in die Verweilzeitsektion, die ein Volumen von 240 ml hat und eine Verweilzeit von 1 Minute in der Verweilzeitsektion gewährt. Die Aufschlämmung läuft sodann durch einen kühlenden Wärmetauscher, der mit gekühltem Hauswasser (etwa 10°C) auf eine Austrittstemperatur von etwa 65°C gekühlt wird. Danach läuft die Aufschlämmung durch einen statischen Mischer mit einer Inline-Zugabe von 1M NaOH. Danach läuft die Aufschlämmung durch einen abschließenden rasch kühlenden Wärmetauscher, der mit gekühltem Hauswasser (etwa 10°C) gekühlt wird, um eine Austrittstemperatur von näherungsweise 36°C zu ergeben. Die Aufschlämmung wird sodann durch die Pumpe zugemessen und aufgefangen. Die Einspritzrate von 1M NaOH in das System lieferte einen abschließenden pH-Wert (gemessen bei Auslasstemperatur) von näherungsweise 10. Der aufgenommene Toner wurde mit Hilfe eines Sysmex FPIA-3000 gemessen und die resultierende Kreisförmigkeit mit 0,969 ermittelt. Die Partikelgröße wurde mit einem Beckman Coulter Multisizer 3 (50µm Öffnungsweite) gemessen und betrug 5,21 µm (D50v) mit einer GSDv84/50 von 1,21 und einer GSDn50/16 von 1,23.
Beispiel 4: Herstellung von kontinuierlich koaleszierter Tonerpartikelaufschlämmung
Kurz zusammengefasst, wurden näherungsweise 4 Liter aggregierte Aufschlämmung von Beispiel 1 auf pH-Wert 6,4 eingestellt und als Reaktorbeschickung geladen. Sodann wurde der Reaktor auf 50 psi unter Verwendung eines Druckreglers unter Druck gesetzt. Am Ausgang des Prozesses wurde eine peristaltische Pumpe eingestellt, um den Durchfluss von Aufschlämmung durch das System bei 240 ml/min von dem Beschickungsbehälter, durch die Wärmetauscher und Verweilzeitsektion zur Pumpe und aus dem System heraus zuzumessen und aufzunehmen. Die Aufschlämmung läuft zuerst durch zwei Mantel-Röhrenwärmetauscher und wird auf eine Austritttemperatur von 140°C erhitzt (Mantelaustritt auf 142°C eingestellt). Die Aufschlämmung tritt sodann in die Verweilzeitsektion, die ein Volumen von 240 ml hat und eine Verweilzeit von 1 Minute in der Verweilzeitsektion gewährt. Die Aufschlämmung läuft sodann durch einen kühlenden Wärmetauscher, der mit gekühltem Hauswasser (etwa 10°C) auf eine Austrittstemperatur von etwa 67°C gekühlt wird. Danach läuft die Aufschlämmung durch einen statischen Mischer mit einer Inline-Zugabe von 1M NaOH. Danach läuft die Aufschlämmung durch einen abschließenden rasch kühlenden Wärmetauscher (60), der mit gekühltem Hauswasser (etwa 10°C) gekühlt wird, um eine Austrittstemperatur von näherungsweise 38°C zu ergeben. Die Aufschlämmung wird sodann durch die Pumpe zugemessen und aufgefangen. Die Einspritzrate von 1M NaOH in das System lieferte einen abschließenden pH-Wert (gemessen bei Auslasstemperatur) von näherungsweise 10. Der aufgenommene Toner wurde mit Hilfe eines Sysmex FPIA-2100 gemessen und die resultierende Kreisförmigkeit mit 0,976 ermittelt. Die Partikelgröße wurde mit einem Beckman Coulter Multisizer 3 (50µm Öffnungsweite) gemessen und betrug 5,21 µm (D50v) mit einer GSDv84/50 von 1,21 und einer GSDn50/16 von 1,24.
Vergleichsbeispiel 5: Herstellung von in Chargen koaleszierter Tonerpartikelaufschlämmung
In einem 2-Liter-Kesselreaktor wurden näherungsweise 1,5 Liter der aggregierten Aufschlämmung von Beispiel 1 geladen. Der Reaktor wurde sodann bis 96°C über eine Dauer von einer Stunde hochgefahren. Sobald während des Hochfahrens die Inhaltstoffe 85°C erreicht hatten, wurde der pH-Wert auf 5,2 unter Verwendung von 0,3M Salpetersäure gesenkt. Sobald eine Temperatur von 96°C erreicht wurde, wurde der Reaktor dabei unter Rühren gehalten. Über die ersten 85 Minuten der Koaleszenz wanderte der pH-Wert von 5,2 auf 4,8. Sodann wurde die Sphäroidisierung angehalten, indem unter Verwendung einer 1M NaOH-Lösung der pH-Wert unter Verwendung einer 1M NaOH-Lösung auf 7,0 eingestellt wurde. Die Inhaltsstoffe des Reaktors wurden sodann auf Temperatur gehalten, bis eine Gesamtdauer von 3 Stunden-bei-96°C erreicht wurde. Der Reaktor wurde sodann bis 68°C gekühlt und der pH-Wert auf 8,8 eingestellt. Nach der Einstellung des pH-Werts bei 68°C wurde die Reaktorheizung abgestellt und eine Kühlung vorgenommen, bis die Temperatur etwa 25°C erreicht hatte. Die fertige Partikelgröße bei diesem Vergleichsbeispiel betrug näherungsweise 5,9 µm (D50v) und hatte eine GSDv84/50 von 1,22 und eine GSDn50/16 von 1,26.
Ergebnisse: In den 3A bis 4B sind SEM-Bilder von Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 5 gezeigt. Wie ersichtlich ist die Morphologie sowohl der Chargen- als auch der kontinuierlich koaleszierten Beispiele gut und auch ähnlich. Die glatte Oberfläche der kontinuierlich koaleszierten Hybrid-Tonerpartikel erlaubt eine gleichmäßige homogene Verteilung jeglicher Oberflächenadditive, was die Additive für die Adhäsion für guten Tonerfluss, für verringerte Adhäsion der Oberflächen, wie beispielsweise der Fotorezeptor oder ein zwischengeschaltetes Transferband, effizienter macht, womit sich der Wirkungsgrad des Tonertransfers verbessert, indem gewährleistet ist, dass mehr von dem Toner auf dem Substrat ankommt. Die Schmelzcharakteristiken der erzeugten Toner wurden anhand von Knitterfläche, Mindestfixiertemperatur, Glanz, Dokumentenverschiebung und Vinyl-Verschiebung getestet.
Alle nichtgeschmolzenen Bilder wurden unter Verwendung eines modifizierten Xerox-Kopierers erzeugt. Für die auf CXS-Papier (Color Xpressions Select, 90 g/m2, unbeschichtet, P/N 3R11540) aufgebrachte Menge an Toner wurde eine TMA (Tonermasse pro Flächeneinheit) von 1,00 mg/cm2 verwendet und für Glanz-, Knitter- und Hot-offset-Messungen benutzt. Glanz/Knitter-Targets waren ein in die Mitte der Seite gesetztes quadratisches Bild.
Sodann wurden Proben mit einer öl-freien Schmelzvorrichtung geschmolzen, bestehend aus einer Xerox 700 Produktions-Fixiereinheit-CRU, die mit einem externen Motor und einer Temperaturregelung zusammen mit Papiertransportern ausgestattet war. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Schmelzeinheit wurde auf 220 mm/s (Spaltverweilzeit etwa 34 ms) eingestellt und die Fixierwalzentemperatur von Cold-offset nach Hot-offset oder bis zu 210°C für Glanz- und Knittermessungen auf den Proben variiert. Nachdem die Solltemperatur der Fixierwalze geändert worden ist, wartet man zehn Minuten, damit sich die Temperatur der Band- und Andruckvorrichtung stabilisieren kann.
Die Cold-offset-Temperatur ist die Temperatur, bei der Toner an dem Fixiervorrichtung klebt, jedoch noch nicht an dem Papier schmilzt. Oberhalb der Cold-offset-Temperatur gibt es solange kein Offset zur Fixiervorrichtung bis er die Hot-offset-Temperatur erreicht.
Das Schmelzverhalten der Partikel, die in den Beispielen 2 und 3 und Vergleichsbeispiel 5 erzeugt wurden, war hervorragend und hatte einen breiteren Schmelzspielraum als serienmäßiger EA Hochglanztoner (Polyester-Typ). Die Schmelzergebnisse sind nachfolgend in den Tabellen 1, 2 und 3 zusammengefasst. Im Vergleich zum serienmäßigen Toner der Kontrolle war die Cold-offset-Temperatur, die die niedrigste Temperatur ist, bei der sich der Toner zur Fixierwalze absetzt, bei allen Hybrid-Tonern gleich oder um 4°C niedriger, und zwar sowohl kontinuierlich als auch chargenweise. Die MFT für Knitterfläche = 80 war etwa 2° bis 4°C höher als die des Kontrolltoners (Xerox 700 Toner) bei dem kontinuierlichen Hybrid, jedoch 10°C höher bei dem Chargen-Hybrid. Die Hybrid-Toner zeigen außerdem keinen Hot-offset bei 210°C, was ebenfalls größer als die Kontrolle (Xerox 700) ist.
In den 5 und 6 sind ebenfalls Glanz- und Knitterkurven gezeigt. Der Druckglanz (Gardner-Einheiten oder "gu") wurde unter Verwendung eines 75 Grad-BYK Gardner-Glanzmessgeräts für Tonerbilder gemessen, das bei einer Fixierwalzentemperatur im Bereich von etwa 120°C bis etwa 210°C geschmolzen war (der Probenglanz war abhängig von dem Toner, den Tonerpartikeln, der Tonermasse pro Flächeneinheit, dem Papiersubstrat, der Fixierwalze und der Fixierwalzentemperatur).
Das Tonerbild zeigt mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise Knitter, was durch Knittern eines Abschnittes des Substrats bestimmt wird, wie beispielsweise Papier mit einem Tonerbild darauf, sowie quantitatives Bestimmen des Grads, in dem der Toner sich in den Knitterfaltungen von dem Papier trennt. Als eine gute Knitterfestigkeit kann ein Wert von weniger als 1 mm angesehen werden, wo die mittlere Breite des geknitterten Bilds gemessen wird, indem ein Bild auf Papier gedruckt wird, gefolgt von (a) einem Falten der bedruckten Fläche des Bilds nach innen, (b) über das gefaltete Bild eine standardmäßige TEFLON-beschichtete Kupferwalze mit einem Gewicht von 860 Gramm bewegen, (c) Auffalten des Papiers und die lose Tinte von der geknitterten, mit Bild versehenen Oberfläche mit einem Wattestäbchen abwischen, und (d) Messen der mittleren Breite der tintenfreien geknitterten Fläche mit einem Bild-Analyzer. Der Knitterwert lässt sich auch mit Angabe der Fläche angeben, speziell wenn das Bild ausreichend hart ist, um beim Knittern ungleichmäßig zu brechen; gemessen mit Angabe der Fläche entsprechen Knitterwerte von 100 Millimeter etwa einer Breite von 1 mm. Beispielsweise zeigen die Bilder ferner Bruchkoeffizienten größer als Eins. Aus der Bildanalyse der geknitterten Fläche ist es möglich zu bestimmen, ob das Bild eine kleine einzelne Bruchlinie zeigt oder brüchiger ist und leicht bricht. Eine einzelne Bruchlinie in dem geknitterten Bereich liefert einen Bruchkoeffizienten von Eins, während eine stark gebrochene Knitterung einen Bruchkoeffizienten größer als Eins zeigt. Je größer die Knitterung ist, umso größer ist der Bruchkoeffizienten. Toner, die akzeptable mechanische Eigenschaften, zeigen, die für Geschäftsdokumente geeignet sind, können erhalten werden, indem die vorgenannten thermoplastischen Harze verwendet werden. Es besteht jedoch auch ein Bedarf für xerografische Anwendungen für flexible Verpackung auf verschiedenen Substraten. Bei flexiblen Verpackungsanwendungen müssen die Tonermaterialien sehr anspruchsvollen Bedingungen genügen, wie beispielsweise in der Lage sein, Bedingungen hoher Temperatur zu widerstehen, denen sie in den Verpackungsprozessen ausgesetzt sind, und Heiß-Druckfestigkeit der Bilder ermöglichen. Andere Anwendungen wie beispielsweise Bücher und Handbücher erfordern, dass das Bild sich nicht auf das benachbarte Bild verschiebt. Diese zusätzlichen Anforderungen machen andere Harzsysteme erforderlich, wie beispielsweise solche, die warmaushärtbare Eigenschaften vermitteln, wie beispielsweise dass ein vernetztes Harz nach dem Schmelzen oder Nachfixieren auf dem Tonerbild resultiert.
In Bezug auf den in 5 gezeigten Glanz ist der Glanz der kontinuierlichen Chargen gering. Dieses ist auf den hohen restlichen Al-Gehalt in diesen Tonern zurückzuführen (625 ppm in Beispiel 2, 587 ppm in Beispiel 3, 621 ppm in Vergleichsbeispiel 5, und 581 ppm in Beispiel 4, im Vergleich zu dem serienmäßigen EA Toner, der < 120 ppm hat). Das Al verursacht Vernetzungen in dem Harz, die den Glanz vermindern. Die kontinuierlichen Hybrid-Toner haben einen höheren Glanz als der Chargen-Hybride. Dieser Effekt beruht auf dem kontinuierlichen Prozess, da der Al-Gehalt für alle Hybrid-Toner ähnlich ist.
Die Messung der Mindestfixiertemperatur (MFT) umfasst ein Falten eines Bilds auf Papier, das bei einer spezifischen Temperatur fixiert ist, und über die Faltung ein Standardgewicht rollen. Der Druck kann auch unter Anwendung einer kommerziell verfügbaren Faltvorrichtung gefaltet werden, wie beispielsweise den Duplo D-590-Papierfalter. Das gefaltete Bild wird sodann aufgefaltet und unter dem Mikroskop analysiert auf Basis der in der Faltung gezeigten Menge der Brüche mit einem numerischen Wert eingeschätzt. Die Prozedur wird bei verschiedenen Temperaturen solange wiederholt, bis die Mindestfixiertemperatur (bei der sich sehr wenig Knitterung zeigt) erhalten wird.
Insgesamt ist bei dem hybrid-kontinuierlichen Prozess die niedrigste Temperatur zum Schmelzen, die der MFT ohne Cold-offset entspricht, die Temperatur ähnlich serienmäßigen EA-Toner (etwa 126°C bis 127°C), während die HOT-Breite gegenüber dem serienmäßigen EA-Toner verbessert ist. Während der Chargen-Hybrid eine ähnlich verbesserte HOT hat, ist die MFT um 10°C erheblich schlechter. In diesen Beispielen war der Glanz der kontinuierlichen Toner geringer als serienmäßiger EA-Toner, wobei dieses jedoch durch Verminderung von Al verbessert werden kann.

Nachfolgend gibt Tabelle 1 eine Zusammenfassung der Schmelzergebnisse von Beispiel 2. Tabelle 1

	EAHG	Xerox 700 Toner
	Serienmäßige Kontrolle	Serienmäßige Kontrolle	Beispiel 2
Cold-offset (oC)	140	127	123
MFT (oC)	139	124	127
Glanzschwankung (oC)	210	200	> 210
Hot-offset (oC)	> 210	210	> 210

Nachfolgend gibt Tabelle 2 eine Zusammenfassung der Schmelzergebnisse von Beispiel 3 und 5. Tabelle 2

	EAHG	Xerox 700 Toner
	Serienmäßige Kontrolle	Serienmäßige Kontrolle	Beispiel 3	Vergleichsbeispiel 5
Cold-offset (oC)	140	127	123	123
MFT (oC)	140	124	126	134
Glanzschwankung (oC)	210	200	> 210	> 210
Hot-offset (oC)	> 210	> 210	> 210	> 210

Nachfolgend gibt Tabelle 3 eine Zusammenfassung der Schmelzergebnisse von Beispiel 4. Tabelle 3

	EAHG	Xerox 700 Toner
	Serienmäßige Kontrolle	Serienmäßige Kontrolle	Beispiel 4
Cold-offset (oC)	140	123	123
MFT (oC)	137	123	126
Glanzschwankung (oC)	205	200	> 210
Hot-offset (oC)	> 210	210	> 210

Wie vorstehend beschrieben, wurde ein Hybridpartikel mit einem Sty/Ac-Mantel sowohl eine chargenweisen als auch einer kontinuierlichen Koaleszenz unterworfen. Ein Vorteil einer verringerten Fixiertemperatur wurde in den Proben beobachtet, die im Vergleich zur Chargen-Koaleszenz kontinuierlich koalesziert worden waren, wobei das Hybrid-Ansatz generell eine erhöhte Schmelzbreite zu HOT bietet. Was am wichtigsten ist, reduziert der Zusatz von Emulsion/polymerisiertem St/Ac-Latex zu Polyester-basiertem Toner erheblich die Kosten im Vergleich zu gegenwärtigen, serienmäßigem EA-Toner, da Polyesterharz und Latexherstellung aufwändiger sind als emulsionspolymerisiertes St/Ac. Darüber hinaus gibt es außerdem potenzielle Kosteneinsparungen aus der Implementierung eines kontinuierlichen Prozesses, was weitere Herstellungskosten senken kann. Ebenfalls lassen sich Verbesserungen der Qualität aus der kontinuierlichen Prozessimplementierung realisieren, was weiterhin zu den Nutzen der hierin offenbarten Ausführungsformen hinzukommt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8192913 [0030, 0157]
US 6830860 [0030]
US 6756176 [0030]
US 6593049 [0030]
US 6063827 [0030]
US 5227460 [0030]
US 6120967 [0042]
US 7524602 [0069]
US 5290654 [0142]
US 5278020 [0142]
US 5308734 [0142]
US 5370963 [0142]
US 5344738 [0142]
US 5403693 [0142]
US 5418108 [0142]
US 5364729 [0142]
US 5346797 [0142]
US 5348832 [0142]
US 5405728 [0142]
US 5366841 [0142]
US 5496676 [0142]
US 5527658 [0142]
US 5585215 [0142]
US 5650255 [0142]
US 5650256 [0142]
US 5501935 [0142]
US 5723253 [0142]
US 5744520 [0142]
US 5763133 [0142]
US 5766818 [0142]
US 5747215 [0142]
US 582,633 [0142]
US 5853944 [0142]
US 5804349 [0142]
US 5840462 [0142]
US 5869215 [0142]
US 5863698 [0142]
US 5902710 [0142]
US 5910387 [0142]
US 5916725 [0142]
US 5919595 [0142]
US 5925488 [0142]
US 5977210 [0142]
US 6627373 [0142]
US 6656657 [0142]
US 6617092 [0142]
US 6638677 [0142]
US 6576389 [0142]
US 6664017 [0142]
US 6656658 [0142]
US 6673505 [0142]
US 3590000 [0149]
US 3720617 [0149]
US 3655374 [0149]
US 3983045 [0149]
US 6190815 [0151]
US 6004714 [0151]
US 3847604 [0153]
US 4937166 [0153]
US 4935326 [0153]
US 3944493 [0155]
US 4007293 [0155]
US 4079014 [0155]
US 4394430 [0155]
US 4560635 [0155]
US 4298672 [0155]
US 4338390 [0155]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Toners, umfassend zuerst Aggregieren von mindestens einem Polyester-Latex und mindestens einem Styrol-Acrylat-Latex und wahlweise einer Wachsdispersion und wahlweise einer Pigmentdispersion, um einen Kern zu erzeugen; wobei Styrol-Acrylat-Latexpartikel auf dem Kern zur Erzeugung eines Mantels aggregiert werden, und wobei ferner das resultierende aggregierte Partikel einem kontinuierlichen Koaleszenz-Prozess unterworfen wird, umfassend: Erhitzen der aggregierten Partikel bis zu einer ersten Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur in einem ersten Wärmetauscher, um ein koalesziertes Partikel zu erzeugen; rasches Abkühlen der koaleszierten Partikel bis zu einer zweiten Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur nach einer Verweilzeit; und Gewinnen der rasch abgekühlten koaleszierten Partikel an einem Auslass; wobei die Kreisförmigkeit der aggregierten Partikel etwa 0,900 bis etwa 0,940 beträgt und die Kreisförmigkeit in der koaleszierten Partikelaufschlämmung auf einen Wert von etwa 0,940 bis etwa 0,999 zugenommen hat; und wobei ferner der resultierende Toner eine Hybrid-Zusammensetzung sowohl mit Styrol/Acrylat als auch Polyester aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Temperatur von kontinuierlicher Koaleszenz von etwa 100°C bis etwa 150°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kontinuierliche Koaleszenz-Verweilzeit von etwa 0,5 Minuten bis etwa 5 Minuten beträgt.
Tonerzusammensetzung, aufweisend: Tonerpartikel, die einen Kern haben; und eine über dem Kern angeordneten Mantel, wobei der Kern mindestens ein erstes Polyesterpolymer und mindestens ein erstes Styrol-Acrylat-Polymer aufweist; und wahlweise eine Wachsdispersion und wahlweise eine Pigmentdispersion, und wobei ferner der Mantel im Wesentlichen ein zweites Styrol-Acrylat-Polymer aufweist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Styrol-Acrylat-Polymere die gleichen sind.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Styrol-Acrylat-Polymere verschieden sind.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das erste Styrol-Acrylat-Polymer in dem Kern der Tonerpartikel in einer Menge bis etwa 95 Gew.-% der Mantelpolymere vorliegt.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das erste Polyesterpolymer in dem Kern der Tonerpartikel in einer Menge von etwa 5% bis etwa 95 Gew.-% der Kernpolymere vorliegt.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das erste Styrol-Acrylat-Polymer in dem Kern der Tonerpartikel in einer Menge von etwa 5% bis etwa 95 Gew.-% der Kernpolymere vorliegt.
Verfahren zum Herstellen einer Tonerzusammensetzung, umfassend: Erzeugen von Tonerpartikel, die einen Kern und einen Mantel haben, wobei das Erzeugen fern umfasst: Koaleszieren der Tonerpartikel mit Hilfe eine kontinuierlichen Koaleszenz-Prozesses, wobei der Kern mindestens ein Polyesterpolymer und mindestens ein Styrol-Acrylat-Polymere einschließt sowie wahlweise eine Wachsdispersion und wahlweise eine Pigmentdispersion; und ferner Aggregieren der Styrol-Acrylat-Latexpartikel auf den Kern, um einen Mantel zu erzeugen; wobei die Tonerpartikel eine Schmelzbreite von etwa 100°C bis etwa 240°C haben.