DE102016204646A1

DE102016204646A1 - Träger für zweikomponenten-entwicklungssystem

Info

Publication number: DE102016204646A1
Application number: DE102016204646.2A
Authority: DE
Inventors: Michael F. Zona; Brian S. Giannetto; Bernard A. Kelly; Brian E. Moore; Juan A. Morales-Tirado; Samir Kumar; Elizabeth K. Priebe
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CN106054549B; JP2016197233A; CN106054549A; US9335667B1

Abstract

Zweikomponenten-Entwicklungssystem, das eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfasst, welche einen Farbstoff enthalten und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die einen magnetischen Trägerkern mit einem D50-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer enthalten und eine Tensid-Polymer-Beschichtung, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Zweikomponentensysteme zur Zuführung von Toner. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Träger, die in Zweikomponentensystemen verwendet werden.
Xerographische Entwicklungssysteme lassen sich normalerweise in zwei Kategorien unterteilen, in solche, die eine Kombination aus Trägerpartikeln und Tonerpartikeln für Zweikomponenten-Entwicklermaterial verwenden, und in solche, die nur Tonerpartikel für das Entwicklermaterial verwenden. In den Zweikomponenten-Entwicklungssystemen sind die Trägerpartikel üblicherweise magnetisch und die Tonerpartikel sind üblicherweise nichtmagnetisch, haften jedoch triboelektrisch an den Trägerpartikeln. Die Tonerpartikel werden von den Trägerpartikeln an das elektrostatische latente Bild angezogen und bilden auf einer Photorezeptoroberfläche ein Tonerpartikelbild. Die meisten Zweikomponenten-Entwicklungssysteme enthalten in der Architektur einen Permeabilitätssensor zur Überwachung der Tonerkonzentration innerhalb eines Entwicklungsgehäuses, um die xerographischen Fixierpunkte zu steuern, damit optimale Bildqualitätsmerkmale des endgültige Substrats ermöglicht werden.
In einigen Aspekten beziehen sich hier enthaltenen Ausführungsformen auf Zweikomponenten-Entwicklungssysteme, die eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfassen, welche einen Farbstoff umfassen und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer umfassen und eine Tensid-Polymer-Beschichtung, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
In einigen Aspekten beziehen sich hier enthaltene Ausführungsformen auf Zweikomponenten-Entwicklungssysteme, die eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfassen, welche einen Farbstoff umfassen und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer umfassen und eine Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat)-Beschichtung (SLS-PMMA), wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
In einigen Aspekten beziehen sich hier enthaltene Ausführungsformen auf Zweikomponenten-Entwicklungssysteme, die eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfassen, welche einen Farbstoff umfassen, wobei ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 30 nm bis ungefähr 50 nm und ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 110 nm bis ungefähr 130 nm als ein externer Tonerzusatzstoff in einem Verhältnis von ungefähr 1:1 verwendet wird, und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, welche einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer umfassen und eine Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat)-Beschichtung (SLS-PMMA), wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
Es folgt die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Figuren, wobei gilt:
1 zeigt ein Diagramm der Entwicklerpermeabilität im Verhältnis zur Tonerkonzentration (TC, in Teilen pro Hundert (pph)) für ein Zweikomponenten-Entwicklungssystem, bei dem Tonerträgerpartikel gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
2A zeigt ein Diagramm der triboelektrischen Ladung und Tonerkonzentration im Verhältnis zur Druckanzahl für ein Kontrollentwicklermaterial.
2B zeigt ein Diagramm der triboelektrischen Ladung und Tonerkonzentration im Verhältnis zur Druckanzahl für eine beispielhafte Ausführungsform.
2C zeigt ein Diagramm der triboelektrischen Ladung und Tonerkonzentration im Verhältnis zur Druckanzahl für ein Vergleichsbeispiel.
Hier beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Tonerträgerpartikel, die in Zweikomponenten-Entwicklungssystemen verwendet werden. Die hier offenbarten Tonerträgerpartikel-Designs weisen hervorragende Fließmerkmale auf und bieten gleichzeitig die wünschenswerten Entwicklerpermeabilitäts- und Tonerladungseigenschaften.
Der Nachrüstmarkt für die Druckindustrie stützt sich auf Materialien und Hardware-Designs, die in vorhandenen Druckwerken eingesetzt werden können, um geringere Kosten und eine vergleichbare Qualität gegenüber den Materialien und Komponenten von OEMs (Original Equipment Manufacturer, Originalhersteller) zu bieten, die in den vorhandenen Maschinen eingesetzt werden. Die Einbindung neuer Entwicklermaterialien in eine vorhandene xerographische Architektur setzt voraus, dass diese unter den betrieblichen Rahmenbedingungen der Materialzuführungs-Hardware der Maschine und den vorhandenen Prozesssteuerungsalgorithmen funktionieren, sodass die Druck-/Kopierleistung mit der Leistung bei Verwendung der OEM-Materialien vergleichbar ist. Da die OEM-Hardware und -Prozesssteuerungsalgorithmen nicht angepasst werden können, um Variationen bei den Nachrüstmarkt-Entwicklermaterialien zu berücksichtigen, muss beim Designen von Nachrüstmarkt-Materialien darauf geachtet werden, dass diese innerhalb der Hardware- und Prozesssteuerungsparameter des OEM-Designs effektiv arbeiten. Ein Design-Schwerpunktbereich ist die Entwicklermaterialpermeabilität. Die meisten Maschinen enthalten einen Permeabilitätssensor zur Überwachung des Verhältnisses von Tonerpartikeln zu Trägerkügelchen innerhalb eines Entwicklungsgehäuses in einem Zweikomponenten-Entwicklungssystem. Dieses Verhältnis, das branchenintern als „Tonerkonzentration“ oder „TC“ (Toner Concentration) bezeichnet wird, wird verwendet, um Anpassungen an der Steuerung des xerographischen Prozesses in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, Entwickleralter und dergleichen vorzunehmen. Das TC ist ein signifikanter Treiber bei der Erreichung der erwünschten Tonerladungsmerkmale für das Entwicklungssystem. Wenn im Entwicklergehäuse das TC absinkt (weniger Tonerteile pro Trägerkügelchenteile), erhöht sich üblicherweise die Ladung der Tonerpartikel, und die Menge der Tonerpartikel, die zur Entwicklung des latenten Bildes verfügbar sind, sinkt. Wenn im Gegensatz dazu im Entwicklergehäuse das TC ansteigt (mehr Toner pro Trägerkügelchen), sinkt die Ladung der Tonerpartikel, und die Menge der Tonerpartikel, die zur Entwicklung des latenten Bildes verfügbar sind, erhöht sich. Wenn das TC zu hoch ist, wird die Tonerladung so niedrig und wird die Tonermenge so hoch, dass die Tonerpartikel nicht mehr elektrostatisch an den Trägerkügelchen haften und aus dem Entwicklergehäuse emittieren, wodurch es im Maschinenhohlraum zu „Schmutz“ kommt, der die Qualität unterminiert. Ausgehend von der Unmöglichkeit, die Maschinen-Hardware und/oder die Prozesssteuerungsalgorithmen der Maschine zu ändern, ist es wichtig, dass das Entwicklermaterial-Design hinsichtlich der Ladungseigenschaften vergleichbar ist, sowie hinsichtlich der Permeabilitäts- und Fließfähigkeitseigenschaften, sodass die Prozesssteuerung der Maschine nicht versucht, Anpassungen außerhalb ihrer Fähigkeitsgrenzen vorzunehmen, was zu schlechter Druck-/Kopierqualität und oder zur Entstehung eines verschmutzten/kontaminierten Maschinenhohlraums führt. Hier beschriebene Ausführungsformen bieten Verfahren zum Anpassen der Permeabilität des Entwicklermaterials, welche das Modifizieren der magnetischen Eigenschaften des Trägers umfassen, ohne dass das eine substantielle Auswirkung auf die Tonerladungseigenschaften hat, sodass das Entwicklermaterial in einer vorhandenen Maschinenarchitektur installiert werden kann und eine mit OEM-Materialien vergleichbare Druck-/Kopierleistung erzeugt, ohne dass irgendwelche Anpassungen an Hardware oder Prozesssteuerungsalgorithmen erforderlich sind.
In Ausführungsformen werden Tonerträgerpartikel bereitgestellt, welche einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer, einer Schüttdichte von ungefähr 2,0 bis ungefähr 2,5 Gramm pro Kubikzentimeter, einem Massenfluss von 5,0 bis 9,0 Gramm pro Sekunde unter Verwendung eines Carney-Bechers mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,2 Zoll/5,0 mm umfassen, wobei der magnetische Kern eine Magnetisierung in einem Bereich von ungefähr 40 emu pro Gramm bis ungefähr 50 emu pro Gramm hat, und eine Beschichtung um den magnetischen Trägerkern herum angeordnet ist, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist und die Beschichtung im Wesentlichen aus einer einzigen Tensid-Polymer-Zusammensetzung besteht. Tonerträgerpartikel
In Ausführungsformen hat der magnetische Kern der Tonerträgerpartikel einen D₁₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 20 Mikrometer bis ungefähr 30 Mikrometer oder von ungefähr 23 Mikrometer bis ungefähr 27 Mikrometer. In Ausführungsformen hat der magnetische Kern einen D₉₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 45 Mikrometer bis ungefähr 50 Mikrometer oder von ungefähr 46 Mikrometer bis ungefähr 49 Mikrometer. In Ausführungsformen hat der magnetische Trägerkern einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 35 Mikrometer.
In Ausführungsformen ist der magnetische Trägerkern eine Magnesium-Mangan-Legierung. In Ausführungsformen kann der magnetische Trägerkern Ferrit umfassen.
Beispiele der Trägerpartikel, die zum Mischen mit den Tonerpartikeln verwendet werden können, umfassen solche, die in der Lage sind, triboelektrisch eine Ladung anzunehmen, die entgegengesetzt zu der der Tonerpartikel ist. Andere veranschaulichende Beispiele geeigneter Trägerpartikelkernmaterialien können magnetisch sein oder nicht und, ohne Einschränkung, granularen Zirkon, granulares Silizium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliziumdioxid und der gleichen enthalten. Andere Trägerkernmaterialien umfassen jene, die in den US-Patenten Nr. 4.937.166 und 4.935.326 offenbart sind.
Die hier offenbarten Trägerpartikel haben eine Magnetisierung von ungefähr 35 bis ungefähr 55 emu pro Gramm Trägermaterial. In Ausführungsformen beträgt die Magnetisierung von ungefähr 40 bis ungefähr 50 emu pro Gramm. In Ausführungsformen beträgt die Schüttdichte der Trägerpartikel 2,0 bis 2,5 Gramm pro Kubikzentimeter. In Ausführungsformen beträgt der Massenfluss der Trägerpartikel 5,0 bis 9,0 Gramm pro Sekunde, gemessen unter Verwendung eines Carney-Bechers mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,2 Zoll/5,0 mm.
Die Messung der Trägerpartikelgröße erfolgt üblicherweise wie folgt. Eine abgeteilte Stichprobe des Trägerpulvers, ungefähr 25 g bis ungefähr 50 g, von der angenommen wird, dass sie repräsentativ für das Schüttmaterial ist, wird bereitgestellt. Die Messung der Partikelgrößenverteilung erfolgt durch Laserdiffraktion unter Verwendung, zum Beispiel, eines Malvern Masersizer X und der zugehörigen Software. Der Volumenmedian und die spezifizierten Volumenparameter sind einfach zugänglich.
Der Massenfluss bzw. die Schüttdichte kann wie folgt ermittelt werden. Eine abgeteilte Stichprobe von ungefähr 120 g wird mithilfe des Hall-Flussmessers mit Carney-Becher (Alcan Ingot and Powders; Elizabeth, New Jersey) gemessen. Der Carney-Becher hat einen Öffnungsdurchmesser von 0,2 Zoll/5,0 mm. Ungefähr 50 g unbekannten Materials dürfen durch die Öffnung des Trichters fließen, dabei wird die Zeit gemessen, die vom Start des Fließens bis zum Ende des Fließens vergeht. Ungefähr 100 g unbekannten Materials werden durch die Öffnung des Trichters und in einen 25-cm³-Becher gelassen, und der Inhalt wird zur Dichteberechnung abgewogen. Fluss und Dichte können gleichzeitig gemessen werden, indem eine größere Stichprobengröße von 100 g verwendet wird. Die Flussmessung ist äquivalent und kann durch die größere Stichprobengröße an Präzision gewinnen, obwohl dies nicht das ASTM-Verfahren ist.
Die Schüttdichte kann wie folgt ermittelt werden: (a) Einrichten des Hall-Flussmessers mit Metallbecher (Carney-Becher) auf der Plattform mit kalibriertem Zylinder im Inneren. Justieren der Höhe des Carney-Bechers auf die Oberseite des kalibrierten Zylinders (ein Zoll). Der Metallbecher wird zum Auffangen etwaigen Überlaufs aus dem kalibrierten Zylinder verwendet; (b) Abteilen der Stichprobe auf ungefähr 120 g und vorsichtiges Einschütten der Stichprobe in den Flussmesser-Trichter bei gleichzeitiger Blockierung der Öffnung mit dem Finger; (c) Öffnen der Öffnung und Fließenlassen des Pulvers in den kalibrierten Zylinder; (d) Drehen des Trichterabschnitts des Hall-Flussmessers, um Zugang zum kalibrierten Zylinder zu erhalten, der die Pulverstichprobe enthält. Mithilfe der geraden Kante vorsichtig die Oberseite des Zylinders abkratzen, um überschüssiges Material zu entfernen. Abwiegen von Zylinder und Inhalt, Ermitteln der Masse des Inhalts aus der Differenz und Aufzeichnen der Masse des Inhalts als W1; (e) Wiederholen, um eine Duplikatanalyse als W2 zu erhalten. Die Schüttdichte in Gramm/Kubikzentimeter wird berechnet als ((W1 + W2)/2) geteilt durch das Volumen des Zylinders in Kubikzentimeter.
Der Massenfluss kann wie folgt ermittelt werden: (a) Einrichten des Hall-Flussmessers mit Metallbecher (Carney-Becher) auf der Plattform; (b) Abteilen der Stichprobe auf 50 g ± 2 g Masse. Aufzeichnen der Masse auf 0,1 g genau als Wnull. (Hinweis: Mit der größeren Stichprobengröße von 80 g oder 100 g kann der Test in Verbindung mit der Schüttdichtemessung durchgeführt werden.); (c) Vorsichtiges Einschütten der Stichprobe in den Flussmesser-Trichter bei gleichzeitiger Blockierung der Öffnung mit dem Finger, (d) Öffnen der Öffnung und gleichzeitiges Starten der Zeitmessvorrichtung. Wenn das letzte Ende des Pulvers die Öffnung erreicht hat, die Vorrichtung stoppen und die Zeit auf dem Arbeitsblatt als A aufzeichnen; (e) Wiederholen von Schritt 4.2 – A bis D zum Erhalten eines Duplikatmesswert und Aufzeichnen der Flusszeit als B; (f) Optionale Duplikatanalyse.
Die Beschichtungsmasse der beschichteten Tonerpartikel, die nicht routinemäßig gemessen wird, kann wie folgt ermittelt werden: Die thermogravimetrische Analyse wird zum Ermitteln der Beschichtungsmasse verwendet. Ungefähr 100 g bis 130 mg des Trägers werden in einen Al₂O₃ TGA-Tiegel gegeben und mithilfe des Netzsch TGA analysiert. Der Test wird unter Stickstoff durchgeführt. Nach Äquilibrierung für 10 Minuten bei 30,00 °C wird die Stichprobe mit einem Anstieg von 50,00 °C/Min. auf 800,00 °C erhitzt. Die prozentuale Beschichtungsmasse, zum Beispiel der PMMA-Beschichtung, wird als der Masseverlust zwischen 152 °C und 450 °C berechnet.
Die magnetischen Eigenschaften der Tonerpartikel können wie folgt ermittelt werden. Die magnetischen Eigenschaften (Sättigung, Magnetisierung, Koerzitivkraft, Remanenz) werden mithilfe eines Vibrationsmagnetometers (Vibrating Sample Magnetometer, VSM) gemessen. Nach Kalibrierung und Messung eines Nickelstandard und einer bekannten Referenz eines mit der Stichprobe vergleichbaren Materials werden 0,02 bis 0,05 g der Stichprobe fest in eine kompakte Stichprobenhalterung eingepackt. Das Magnetfeld kann von –6.000 Gauß bis 6.000 Gauß variiert werden. Koerzitivkraft, Remanenz und Magnetisierung werden durch die verfügbare Software berechnet.
Die hier offenbarten Trägerpartikel verwenden eine Beschichtung. In Ausführungsformen ist die als Beschichtung dienende Tensid-Polymer-Zusammensetzung Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat) (SLS-PMMA). In Ausführungsformen ist die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 1 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden, was gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt wird. In Ausführungsformen ist die Beschichtung mindestens 90 % SLS-PMMA oder mindestens 95 % oder mindestens 99 % oder 100 % SLS-PMMA. Das heißt, wenn die Beschichtung 100 % SLS-PMMA ist, wird kein anderes Beschichtungsmaterial verwendet. In Ausführungsformen besteht die Beschichtung im Wesentlichen aus SLS-PMMA. In Ausführungsformen besteht die Beschichtung aus SLS-PMMA.
Fachübliche Beschichtungen, die als Alternativen zu SLS-PMMA dienen können, können umfassen: Fluorpolymere, wie zum Beispiel Polyvinylidenfluoridharze, Terpolymere des Styrols, Methylmethacrylat und/oder Silane wie zum Beispiel Triethoxysilan, Tetrafluorethylene, andere bekannte Beschichtungen und dergleichen. Beispielsweise können Beschichtungen, die Polyvinylidenfluorid enthalten, zum Beispiel erhältlich als KYNAR 301F^TM, und/oder Polymethylmethacrylat enthalten, zum Beispiel mit einer massedurchschnittlichen Molekularmasse von ungefähr 300.000 bis ungefähr 350.000, wie sie beispielsweise von Soken handelsüblich erhältlich sind, verwendet werden. In Ausführungsformen können Polyvinylidenfluorid und Polymethylmethacrylat (PMMA) in Anteilen von ungefähr 30 bis ungefähr 70 Masseprozent bis von ungefähr 70 bis ungefähr 30 Masseprozent, in Ausführungsformen von ungefähr 40 bis ungefähr 60 Masseprozent bis von ungefähr 60 bis ungefähr 40 Masseprozent der Beschichtungszusammensetzung gemischt sein. Die Beschichtung kann eine Beschichtungsmasse, beispielsweise, von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 Masseprozent des Trägers haben, in Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 Masseprozent des Trägers.
In Ausführungsformen kann PMMA optional mit einem beliebigen Comonomer copolymerisiert sein, so lange das resultierende Copolymer eine geeignete Partikelgröße behält. Geeignete Comonomere können umfassen: Monoalkyl- oder Dialkylamine, wie zum Beispiel ein Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diisopropylaminoethylmethacrylat oder t-Butylaminoethylmethacrylat und dergleichen. Die Trägerpartikel können hergestellt werden, indem der Trägerkern mit Polymer in einer Menge von ungefähr 0,05 bis ungefähr 10 Masseprozent gemischt wird, in Ausführungsformen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 3 Masseprozent, basierend auf der Masse der beschichteten Trägerpartikel, bis zu deren Adhäsion am Trägerkern durch mechanisches Aufprallen und/oder elektrostatische Anziehung.
Verschiedene wirkungsvolle geeignete Mittel können verwendet werden, um das Polymer auf die Oberfläche der Trägerkernpartikel aufzubringen, zum Beispiel Mischen durch Kaskadenwalzen, Trommeln, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Pulverwolkensprühen, Fließbett, elektrostatische Plattenbehandlung, elektrostatischer Vorhang, lösungsmittelbasiertes Beschichten und Kombinationen von diesen. Die Mischung aus Trägerkernpartikeln und Polymer kann dann erhitzt werden, um es dem Polymer zu ermöglichen, zu schmelzen und mit den Trägerkernpartikeln zu verschmelzen. Die Trägerkernpartikel können dann abgekühlt und auf eine gewünschte Partikelgröße klassifiziert werden.
Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln gemischt werden. Die Konzentrationen können von ungefähr 1 bis ungefähr 20 Masseprozent der Tonerzusammensetzung betragen. Allerdings können auch andere prozentuale Toner- und Trägeranteile verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit den gewünschten Merkmalen zu erreichen.
In Ausführungsformen werden Zweikomponenten-Entwicklungssysteme bereitgestellt, die eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfassen, welche einen Farbstoff umfassen und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer umfassen und eine Tensid-Polymer-Beschichtung, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
In einigen solcher Ausführungsformen hat der magnetische Kern einen D₁₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 20 Mikrometer bis ungefähr 30 Mikrometer, hat der magnetische Kern einen D₉₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 45 Mikrometer bis ungefähr 50 Mikrometer oder hat der magnetische Kern einen Durchmesser von ungefähr 35 Mikrometer, umfasst der magnetische Trägerkern eine Magnesium-Mangan-Legierung, ist die Tensid-Polymer-Beschichtung Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat), ist die Tensid-Polymer-Beschichtung in einer Menge von ungefähr 1 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden. In einigen solcher Ausführungsformen ist das System dazu konzipiert, mit einer Tonerkonzentration in einem Bereich von ungefähr 4 Teilen pro Hundert (pph) bis ungefähr 9 Teilen pro Hundert zu arbeiten.
In Ausführungsformen werden Zweikomponenten-Entwicklungssysteme bereitgestellt, die eine Vielzahl von Tonerpartikeln umfassen, welche einen Farbstoff umfassen und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer umfassen und eine Tensid-Polymer-Beschichtung, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
In Ausführungsformen ist das System dazu konzipiert, mit einer Tonerkonzentration in einem Bereich von ungefähr 4 Teilen pro Hundert (pph) bis ungefähr 9 pph zu arbeiten.
Tonerpartikelharze
In Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Tonerpartikeln ein Polyester oder ein Styrol-/Acrylatpolymer oder eine Kombination von jedem. Beliebiges Latexharz kann in den Tonerpartikeln der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Solche Harze können wiederum aus beliebigem geeignetem Monomer bestehen. Das beliebige verwendete Monomer kann in Abhängigkeit vom konkreten Polymer ausgewählt werden, das verwendet werden soll.
In Ausführungsformen können die Harze ein amorphes Harz, ein kristallines Harz und/oder eine Kombination von diesen sein. In weiteren Ausführungsformen kann das zur Bildung des Harzkerns verwendete Polymer ein Polyesterharz sein, einschließlich des Harzes, das in den US-Patenten Nr. 6.593.049 und 6.756.176 beschrieben ist. Geeignete Harze können auch eine Mischung aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz umfassen, wie das im US-Patent Nr. 6.830.860 beschrieben ist.
In Ausführungsformen hat die Vielzahl von Styrol-/Acrylat-Tonerpartikeln einen D₅₀-Durchmesser von 5,2 bis 6,0 Mikrometer mit einem Rundheitsindex größer als 0,970.
Zusatzstoffe
Der Toner kann auch Ladungszusatzstoffe in wirksamen Mengen, beispielsweise, von ungefähr 3 Masseprozent bis ungefähr 10 Masseprozent des Tonerpartikels enthalten, in Ausführungsformen von ungefähr 4 Masseprozent bis ungefähr 6 Masseprozent des Toners. Geeignete Ladungszusatzstoffe können umfassen: Alkylpyridininiumhalogenide, Bisulfate, die Ladungskontrollzusatzstoffe gemäß den US-Patenten Nr. 3.944.493 , 4.007.293 , 4.079.014 , 4.394.430 und 4.560.635 , negative ladungsverbessernde Zusatzstoffe wie Aluminiumkomplexe, beliebige andere Ladungszusatzstoffe und dergleichen.
Weitere optionale Zusatzstoffe umfassen beliebige Zusatzstoffe zur Verbesserung der Eigenschaften der Tonerzusammensetzungen. Dazu zählen Oberflächenzusatzstoffe, Farbverbesserer und dergleichen. Oberflächenzusatzstoffe, die den Tonerzusammensetzungen nach dem Waschen oder Trocknen hinzugefügt werden können, umfassen, zum Beispiel, Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Siliziumdioxide, Strontiumtitanate, Kombinationen von diesen und dergleichen, wobei diese Zusatzstoffe jeweils üblicherweise in einer Menge von ungefähr 3 bis ungefähr 10 Masseprozent, in Ausführungsformen von ungefähr 4 bis ungefähr 6 Masseprozent des Toners vorhanden sind. Beispiele solcher Zusatzstoffe umfassen, zu Beispiel jene, die in den US-Patenten Nr. 3.590.000 , 3.720.617 , 3.655.374 und 3.983.045 offenbart sind. Andere Zusatzstoffe umfassen ein behandeltes Siliziumdioxid sowohl mit kleiner Größe als auch mit großer Größe. Die Verwendung des Begriffs „behandelt“ bedeutet hier mit einer Silanzusammensetzung beschichtet, um die Hydrophobizität zu verbessern. In Ausführungsformen hat das Siliziumdioxid kleiner Größe eine durchschnittliche Primärpartikelgröße in einem Bereich von ungefähr 30 nm bis ungefähr 50 nm oder von ungefähr 35 nm bis ungefähr 45 nm oder von ungefähr 40 nm, während das Siliziumdioxid großer Größe eine durchschnittliche Primärpartikelgröße in einem Bereich von ungefähr 110 nm bis ungefähr 130 nm oder von ungefähr 115 nm bis ungefähr 125 nm oder von ungefähr 120 nm hat. In Ausführungsformen kann die Gesamtmenge der Siliziumdioxidpartikel auch in Mengen, zum Beispiel, in einem Bereich von ungefähr 1 Masseprozent bis ungefähr 5 Masseprozent des Tonerpartikels, in Ausführungsformen von ungefähr 2 bis ungefähr 4 Masseprozent des Tonerpartikels ausgewählt werden, wobei diese Zusatzstoffe während der Aggregation hinzugefügt oder in das gebildete Tonerprodukt eingemischt werden kann. In Ausführungsformen beträgt die Menge der kleinen Größe zur großen Größe 45 Masseprozent zu 55 Masseprozent.
Andere Farben
In Ausführungsformen können die Tonerpartikel gemäß der vorliegenden Offenbarung mit anderen Tonern kombiniert werden, um ein Bild zu erzeugen. Beliebige anderen Toner, die in der Lage sind, Bilder zu erzeugen, können mit den Tonern gemäß der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden, einschließlich solcher, die durch fachübliche Schmelzmischverfahren, Emulsionsaggregationsverfahren, Phasenumkehrverfahren, Kombinationen von diesen oder dergleichen hergestellt werden. Beispielhafte Verfahren zur Bildung von Emulsionsaggregations-Tonern umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 7.507.517 , 7.507.515 , 7.507.513 sowie in der US-Offenlegungsschrift Nr. 2008/0193869 offenbart sind.
In Ausführungsformen können zum Farbdruck mehrere farbige Toner verwendet werden, um Bilder zu herauszubilden. In Ausführungsformen können diese Toner reine Primärfarbstoffe von Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz umfassen. Zusätzlich zu den subtraktiven Farben Cyan, Magenta und Gelb können in anderen Ausführungsformen zusätzliche Farben verwendet werden, einschließlich Rot, Blau und Grün. Andere Farben, einschließlich Weiß, sowie durchsichtige Toner, d. h. Toner, die keinen Farbstoff besitzen, können zur Herstellung eines Bildes verwendet werden.
Entwickler
Die so erhaltenen Tonerpartikel können in eine Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können mit den hier offenbarten Trägerpartikeln gemischt werden, um eine Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu erzielen. Der Trägergehalt im Entwickler kann von ungefähr 10 bis ungefähr 30 Masseprozent der Gesamtmasse des Entwicklers betragen, in Ausführungsformen von ungefähr 10 bis ungefähr 25 Masseprozent der Gesamtmasse des Entwicklers.
Bilderzeugung
Die Tonerpartikel in Kombination mit den Tonerträgerpartikeln gemäß der vorliegenden Offenbarung können für elektrostatographische oder xerographische Prozesse verwendet werden, einschließlich derer, die im US-Patent Nr. 4.295.990 offenbart sind. In Ausführungsformen kann jeder bekannte Typ von Bildentwicklungssystem in einer Bildentwicklungsvorrichtung verwendet werden, einschließlich, zum Beispiel, Magnetbürstenentwicklung, springende Einzelkomponentenentwicklung, hybride berührungslose Entwicklung (Hybrid Scavengeless Development, HSD) und dergleichen. Diese und ähnliche Entwicklungssysteme fallen in den Zuständigkeitsbereich des Fachmanns.
Bilderzeugungsprozesse umfassen, zum Beispiel, die Herstellung eines Bildes mit einer xerographischen Vorrichtung, die eine Ladungskomponente, eine Bilderzeugungskomponente, eine fotoleitende Komponente, eine Entwicklungskomponente, eine Transferkomponente und eine Schmelzfixierkomponente enthält. In Ausführungsformen kann die Entwicklungskomponente einen Entwickler enthalten, der hergestellt wird, indem ein Träger mit einer hier beschriebenen Tonerzusammensetzung gemischt wird. Die xerographische Vorrichtung kann einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Schwarzweiß-Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Farbdrucker und dergleichen umfassen.
Sobald das Bild mit Tonern/Entwicklern über ein geeignetes Bildentwicklungsverfahren wie jedes der zuvor erwähnten Verfahren herausgebildet wurde, kann das Bild dann zu einem Bildempfangsmedium transferiert werden, zum Beispiel zu einem Papier und dergleichen. In Ausführungsformen können die Toner in der Entwicklung eines Bildes in einer Bildentwicklungsvorrichtung unter Verwendung eines Schmelzfixierwalzenelements verwendet werden. Schmelzfixierwalzenelemente sind Kontaktschmelzfixiervorrichtungen, die in den Zuständigkeitsbereich des Fachmanns fallen, bei denen Hitze und Druck von der Walze zur Wärmefixierung des Toners auf dem Bildempfangsmedium verwendet werden können. In Ausführungsformen kann das Schmelzfixierelement auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Toners erhitzt werden, zum Beispiel auf Temperaturen von ungefähr 120 °C bis ungefähr 200 °C, in Ausführungsformen von ungefähr 130 °C bis ungefähr 190 °C, in andere Ausführungsformen von ungefähr 140 °C bis ungefähr 185 °C, nach dem oder während des Aufschmelzens auf das Bildempfangsempfangssubstrat.
Damit könnte, in Ausführungsformen, eine elektrostatographische Maschine umfassen: mindestens ein Gehäuse, das eine Kammer zur Aufbewahrung eines Vorrats an Toner definiert, die Tonerpartikel entsprechend der obigen Beschreibung; ein Fortbewegungselement zum Fortbewegen des Toners auf einer seiner Oberflächen aus der Kammer des Gehäuses in einer ersten Richtung hin zu einem latenten Bild; eine Transferstation zum Transferieren des Toners zu einem Substrat, die Transferstation umfassend ein Transferunterstützungselement zur Bereitstellung eines ausreichend gleichmäßigen Kontakts zwischen dem Substrat und dem Transferunterstützungselement; eine Entwicklereinheit zum Entwickeln des latenten Bildes; und ein Schmelzfixierelement zur Schmelzfixierung des Toners auf das Substrat.
In einigen Ausführungsformen kann ein Bilderzeugungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung fünf oder sechs Farben umfassen. In einigen Ausführungsformen können die anderen Farben Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz, Weiß und/oder Durchsichtig umfassen. Damit kann in einem solchen Fall ein Bilderzeugungssystem eine Entwicklereinheit umfassen, die fünf oder sechs verschiedene Gehäuse besitzt, mit einem verschiedenen Farbtoner in jedem Gehäuse.
Die folgenden Beispiele werden eingereicht, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen. Diese Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht dazu vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Außerdem beziehen sich alle Teile- und Prozentangaben auf die Masse, sofern nicht anders angegeben. Die Verwendung des Begriffs „Raumtemperatur“ bedeutet hier eine Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 25 °C.
Beispiel 1

Zwei Entwicklermaterialien wurden gemäß den in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften hergestellt. Tabelle 1.

Eigenschaft	Arbeitsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 1
Tonerträger-Durchschnittspartikelgröße (Mikrometer)	35	35
Tonerträger-Sättigungsmagnetisierung (emu/g)	44	67
Tonerpartikel-Durchschnittsgröße (Mikrometer)	5,5	5,5
Tonerpartikel-Durchschnittsrundheit	,980	,962
Gesamtmasse kleines Siliziumdioxid Masse%/Masse	1,75	1,4
Gesamtmasse großes Siliziumdioxid Masse%/Masse	1,75	0

Jedes Material wurde in einem Bizhub C224-Entwicklergehäuse (Konica Minolta, Japan) installiert. Beide Materialien wurden mit einem Kontrollentwicklermaterial verglichen, das mit dem Testdrucker geliefert wurde. In diesem Test wurden 160 Gramm Trägermaterial in ein Entwicklungsgehäuse geladen, während die Materialförderer und die Entwicklungswalze in der Betriebsgeschwindigkeit der Maschine rotiert wurden. Dann wurde Toner in Inkrementen von zwei Gramm zum Gehäuse hinzugefügt. Bei jeder Hinzufügung wurden die Permeabilität und die Tonerkonzentration aufgezeichnet und in 1 dargestellt. Das Material mit der höheren Magnetisierung des Trägers und weniger rundem Tonerpartikel zeigte bei steigender Tonerkonzentration in dem Gehäuse einen viel flacheren Response in der Permeabilität. Die beispielhafte Entwicklerformulierung zeigt einen viel näher zum Kontrollmaterial liegenden Response in der Permeabilität. Jedes dieser Materialien wurde dann in dem Drucker installiert, und die Tonerladung und die Tonerkonzentration wurde beim Erzeugen von Ausdrucken überwacht, um zu gewährleisten, dass der Prozesssteuerungsalgorithmus der Maschine eine akzeptable Maschinenleistung ermöglicht. 2A zeigt den Ladungs- und TC-Response des Kontrollentwicklermaterials von Konica Minolta. 2B zeigt die gleichen Daten für das Material, das entsprechend dem Arbeitsbeispiel 1 in obiger Tabelle 1 hergestellt wurde. In diesem Fall blieb die Tonerkonzentration über die 60.000 Seiten hinweg stabil, die erzeugt wurden. Die Tonerkonzentration war auch in der Magnitude dem Kontrollmaterial sehr ähnlich. Obwohl die Tonerladung des Arbeitsbeispiels um zehn bis fünfzehn Mikrocoulomb pro Gramm höher war als beim Kontrollmaterial des Vergleichsbeispiels, war die Prozesssteuerung der Maschine in der Lage, den Prozess entsprechend anzupassen, um Bilder zu erzeugen, die mit den Kontrollbildern vergleichbar waren. 2C zeigt die Daten für das Material des Vergleichsbeispiels, das entsprechend den in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften hergestellt wurde. Bei diesem Vergleichsbeispiel war die Tonerkonzentration instabil und stieg an, je mehr Seiten erzeugt wurden. Dieser Anstieg der Tonerkonzentration bewirkte einen dramatischen Abfall der Tonerladung, je mehr Seiten erzeugt wurden, und erzeugte exzessive Mengen an Tonerkontaminierung im Inneren des Maschinenhohlraums. Diese Toneremission aus dem Entwicklergehäuse führte zur Kontaminierung entscheidender xerographischer Komponenten, was letztendlich eine sehr schlechte Bildqualität verursachte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4937166 [0016]
US 4935326 [0016]
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US 4394430 [0036]
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US 7507513 [0038]
US 2008/0193869 [0038]
US 4295990 [0041]

Claims

Zweikomponenten-Entwicklungssystem, umfassend: eine Vielzahl von Tonerpartikeln, welche einen Farbstoff umfassen; und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die umfassen: einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer und eine Tensid-Polymer-Beschichtung, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Trägerkern eine Magnesium-Mangan-Legierung umfasst.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Trägerkern einen Durchmesser von ungefähr 35 Mikrometer hat.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei die Sättigungsmagnetisierung des Trägerkerns in einem Bereich von ungefähr 40 bis ungefähr 50 emu pro Gramm liegt.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Trägerkern eine Schüttdichte von ungefähr 2,0 bis ungefähr 2,5 Gramm pro Kubikzentimeter hat.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei der magnetische Trägerkern einen Massenfluss von ungefähr 5,0 bis ungefähr 9,0 Gramm pro Sekunde unter Verwendung eines Carney-Bechers mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,2 Zoll/5,0 mm hat.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 1,0 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem, umfassend: eine Vielzahl von Tonerpartikeln, welche einen Farbstoff umfassen; und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, die umfassen: einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer und eine Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat)-Beschichtung (SLS-PMMA), wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem gemäß Anspruch 8, wobei ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 30 nm bis ungefähr 50 nm und ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 110 nm bis ungefähr 130 nm als ein externer Tonerzusatzstoff in einem Verhältnis von ungefähr 1:1 verwendet werden.
Zweikomponenten-Entwicklungssystem, umfassend: eine Vielzahl von Tonerpartikeln, welche einen Farbstoff umfassen; wobei ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 30 nm bis ungefähr 50 nm und ein Siliziumdioxid mit einer durchschnittlichen Primärpartikelgröße von ungefähr 110 nm bis ungefähr 130 nm als ein externer Tonerzusatzstoff in einem Verhältnis von ungefähr 1:1 verwendet werden; und eine Vielzahl von Tonerträgerpartikeln, welche umfassen: einen magnetischen Trägerkern mit einem D₅₀-Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 30 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer und eine Natriumlaurylsulfat-Poly(Methylmethacrylat)-Beschichtung (SLS-PMMA), wobei die Beschichtung in einer Menge in einem Bereich von ungefähr 0,5 Masseprozent bis ungefähr 1,5 Masseprozent des Tonerträgerpartikels vorhanden ist.