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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Blockcopolymere und kaltdruckfixierbare Tonerzusammensetzungen, diese enthaltend, zum Versenden in der Xerographie.
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Kaltdruckfixierbare (CPF) Toner arbeiten normalerweise in einem System, das ein Paar von Hochdruck-Rollen anwendet, um Toner auf Papier zu fixieren ohne Erwärmung. Zu den Vorteilen solcher Systeme gehören das Verwenden von geringer Leistung und geringe Papiererwärmung. Ein Beispiel für einen kaltdruckfixierbaren Toner umfasst überwiegend Wachs, ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Erweichungspunkt von 99°C und ein Polyamid thermoplastisches Polymer mit einem Erweichungspunkt von 120°C. Ein Beispiel für diese Herangehensweise ist in der
US 4 935 324 A gezeigt. Ein weiteres Beispiel für einen kaltdruckfixierbaren Toner besteht aus einem Copolymer aus Styrol mit 1-tertiärem-Butyl-2-Ethenylbenzol und einem Polyolefinwachs, exemplarisch beispielsweise als Xerox 4060 kaltdruckfixierbarer Toner. Andere kaltdruckfixierbare Toner basieren auf einem langkettigen Acrylatkern, der durch Suspensionspolymerisation, wie beispielsweise Laurylacrylat, hergestellt wird. Beispiele solcher Zusammensetzungen sind in der
US 5,013,630 A und der
US 5,023,159 A offenbart. Solche Systeme sind so ausgelegt, dass sie einen Kern mit einer T
g von weniger als Raumtemperatur aufweisen. Eine harte Schale, wie Polyurethan, hergestellt durch eine Grenzflächenpolymerisation, ist um den Kern angeordnet, um den Flüssigkeitsgehalt in dem Kern in dem Tonerteilchen zu halten.
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Leistungsprobleme bei Ausführungen mit hohem Wachsgehalt schließen ein, dass sie nur bei hohem Druck arbeiten, wie etwa 2.000 psi oder sogar 4.000 psi, was 140 kgf/cm2 bzw. 280 kgf/cm2 entspricht, und selbst dann kann die Bildrobustheit schlecht sein. Im Fall von langkettigen Acrylatkernausführungen muss die Schale sehr dünn sein, um unter Druck zu brechen, aber es kann sehr schwierig sein, zu verhindern, dass die Kapseln lecken, da der Kern typischerweise bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist.
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Andere Materialansätze für CPF-Toneranwendungen verwenden Baroplastika, die nanophasenpolymere Materialien sind, die aus zwei Komponenten bestehen, die unter Druck mischbar werden können, wodurch der Fluss erleichtert wird. Es wurden Blockcopolymere verwendet, bei denen das baroplastische Harz eine niedrige T
g-Komponente und eine hohe T
g-Komponente umfasst, die Nanophasen trennen (
US 8 273 516 B2 ). Die CPF-Toner, die durch diese Strategie hergestellt wurden, lieferten eine moderate Kaltdruck-Fixierleistung. Dennoch besteht nach wie vor ein Bedarf an Materialien für Kaltdruck-Fixieranwendungen.
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US 4 879 169 A offenbart eine Tonerzusammensetzung zur Verwendung in elektrophotographischen Abbildungssystemen, bei denen Trennmittel vermieden werden, wobei die Zusammensetzungen aus Pigmentteilchen und Harzteilchen bestehen, die aus einem Polyester mit Siloxanblocksegmenten darin bestehen, wobei in den Polyester Silikontrennmittelzusätze eingebaut sind.
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DE 2 415 334 A offenbart einen lösungsmittellöslichen Block-Copolyester und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der lösungsmittellösliche Blockcopolyester umfasst einen Polyorganosiloxanblock mit einem Molekulargewicht von mindestens 10.000 und einer inhärenten Viskosität von mehr als 0,2.
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US 2015/0 072 278 A1 offenbart Toner, die aus Tonerteilchen bestehen, die ein amorphes Harz und ein kristallines Harz enthalten, wobei der Variationskoeffizient der Erweichungstemperatur zwischen den Harzanteilen in den Tonerteilchen 15 Prozent oder weniger beträgt, wenn die Erweichungstemperatur mit einem Rastersondenmikroskop gemessen wird, das mit einem beheizbaren Ausleger ausgestattet ist.
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In einigen Aspekten beziehen sich Ausführungsformen hierin auf Blockcopolymere, die einen kristallinen Polyesterblock; und einen amorphen Poly(Alkylsiloxan)-Block umfassen, wobei das Blockcopolymer ein baroplastisches Verhalten zeigt, wobei das Blockcopolymer eine Struktur der Formel (I) hat:
wobei R
1 und R
2 Methyl sind; a eine ganze Zahl von 1 bis 1000 ist; b eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist; m eine ganze Zahl von 6 bis 10 ist; n eine ganze Zahl von 4 bis 10 ist; und p eine ganze Zahl von 5 bis 1000 ist.
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In einigen Aspekten beziehen sich Ausführungsformen hierin auf kaltdruckfixierbare (CPF) Toner, umfassend das oben genannte Blockcopolymer, ein Färbemittel und wahlweise ein Wachs umfasst.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hier im Folgenden beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Figuren, wobei:
- 1 zeigt eine Darstellung der Viskosität gegenüber der Temperatur für Vergleichsbeispiel 1, einen Poly(Alkylsiloxan)-Block ohne Polyestersteuerung, erhalten unter Verwendung eines CFT-500D Fließprüfgerätes™.
- 2 zeigt eine Darstellung der Viskosität gegenüber der Temperatur für Beispiel 4, ein beispielhaften Co-Polyester-Co-Poly(Alkylsiloxan)-Blockcopolymer, erhalten unter Verwendung eines CFT-500D Fließprüfgerätes™.
- 3 zeigt eine Darstellung der Viskosität gegenüber der Temperatur für Beispiel 7, ein weiteres beispielhaften Co-Polyester-Co-Poly(Alkylsiloxan)-Blockcopolymer, erhalten unter Verwendung eines CFT-500D Fließprüfgerätes™.
- 4 zeigt eine Darstellung der Viskosität gegenüber der Temperatur für Beispiel 10, ein noch weiteres beispielhaften Co-Polyester-Co-Poly(Alkylsiloxan)-Blockcopolymer, erhalten unter Verwendung eines CFT-500D Fließprüfgerätes™.
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Ausführungsformen hierin stellen kaltdruckfixierbare Toner auf der Basis von kristallinen Co-Polyester-Co-Poly(Alkylsiloxan)-Harzen bereit. Die Toner haben wahlweise einen amorphen kleinen Molekülester oder ein Polymerharz als eine Schalenkomponente, um ein Material bereitzustellen, das eine Phasenänderung von fest zu flüssig unter Druck erfährt.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich „kaltdruckfixierbarer Toner“ oder „CPF-Toner“ auf ein Tonermaterial, das für die Anwendung auf einem Substrat ausgelegt ist und das primär durch Anwendung von Druck an dem Substrat befestigt wird. Während Erwärmen gegebenenfalls zur Unterstützung der Fixierung eines CPF-Toners verwendet werden kann, ist ein Vorteil der hierin offenbarten Zusammensetzungen die Fähigkeit, eine verminderte Erwärmung, oder, in Ausführungsformen, keine angewandte Erwärmung zu verwenden. Das Fixieren durch Anwendung von Druck kann unter Verwendung eines Shimadzu-Fließprüfgerätes™ in einem breiten Bereich von Drücken erreicht werden, wie beispielsweise von etwa 50 kgf/cm2 bis etwa 100 kgf/cm2 oder bis etwa 200 kgf/cm2. Wenn es notwendig ist, können höhere Drücke bis zu etwa 400 kgf/cm2 verwendet werden, wobei jedoch im Allgemeinen solche höheren Drücke unerwünscht sind, da diese zu einem Kalandrieren und sogar Faltenbildung des Papiers führen, was das Aussehen und das Gefühl des Papiers verzerrt, und robustere Rollen und Federbaugruppen zur Druckfixierung erfordern.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „baroplastisch“, der in Verbindung mit hierin offenbarten Blockcopolymeren verwendet wird, auf die Copolymereigenschaft des Durchlaufens einer Phasenänderung von fest zu flüssig unter Druck. Baroplastische Materialien umfassen typischerweise eine niedrige T
g-Komponente und eine hohe T
g-Komponente, die Nanophasen getrennt sind. Ausführungsformen hierin erreichen dies, indem Copolymere bereitgestellt werden, die einen kristallinen Kohlenwasserstoffharzblock mit hoher T
m, beispielsweise von etwa 55°C bis etwa 100°C und in anderen Ausführungsformen von etwa 60°C bis 80°C, und einen Block von amorphem Poly(Alkylsiloxan) mit einer niedrigen T
g, beispielsweise von etwa -30°C bis etwa 50°C und in anderen Ausführungsformen von etwa -20°C bis 25°C, umfassen. Insbesondere kostengünstige Carbinol-terminierte Polydimethylsiloxane sind im Handel mit verschiedenen Molekulargewichten erhältlich. Reagieren dieser mit kristallinen Harzkomponenten, wie beispielsweise Disäure und Diolen, können Blockcopolymere von amorphem Co-Polydimethylsiloxanharz mit kristallinem Co-Polyester gemäß dem nachfolgenden Schema I erzeugen:
wobei R
1 und R
2 Methyl sind; a eine ganze Zahl von 1 bis 1000 ist; b eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist; m eine ganze Zahl von 6 bis 10 ist; n eine ganze Zahl von 4 bis 10 ist; und p eine ganze Zahl von 5 bis 10.000 ist. Der resultierende Co-Polyester und der amorphe Co-Poly(Alkylsiloxan)-Block können die erforderliche Nanophasentrennung des Co-Poly(Alkylsiloxan)-Blocks von dem kristallinen Co-Polyester bereitstellen.
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In Ausführungsformen werden Blockcopolymere bereitgestellt, die einen kristallinen Polyesterblock; und einen amorphen Poly(Alkylsiloxan)-Block umfassen. In Ausführungsformen haben die Blockcopolymere eine Struktur der Formel (I):
wobei R
1 und R
2 Methyl sind; a eine ganze Zahl von 1 bis 1000 ist; b eine ganze Zahl von 1 bis 100 ist; m eine ganze Zahl von 6 bis 10 ist; n eine ganze Zahl von 4 bis 10 ist; und p eine ganze Zahl von 5 bis 1000 ist.
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In Ausführungsformen weist das Blockcopolymer ein Zahlenmittel-Molekulargewicht (Mn) von etwa 2.000 Dalton bis etwa 50.000 Dalton auf, oder in anderen Ausführungsformen etwa 4.000 Dalton bis etwa 10.000 Dalton. In Ausführungsformen weist das Blockcopolymer ein Zahlenmittel-Molekulargewicht (Mn) von etwa 5.000 Dalton bis etwa 100.000 Dalton auf, oder in anderen Ausführungsformen etwa 10.000 Dalton bis etwa 50.000 Dalton.
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In Ausführungsformen werden kaltdruckfixierbare (CPF) Toner bereitgestellt, die das oben genannte Blockcopolymer umfassen.
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In Ausführungsformen können CPF-Toner weiterhin ein Färbemittel umfassen. In Ausführungsformen können CPF-Toner weiterhin ein oder mehrere Mittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidationsmittel, einem Entschäumer, einem Gleitmittel, einem Verlaufmittel, einem Klärmittel, einem Viskositätsmodifizierer, einem Klebemittel, einem Weichmacher und Kombinationen davon, umfassen.
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Zahlreiche geeignete Wachse können für die hier dargestellten Toner ausgewählt werden und solche Wachse können in dem CPF-Toner enthalten sein.
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Beispiele von wahlweisen Wachsen beinhalten Polyolefine, wie beispielsweise Polypropylene, Polyethylene und dergleichen, wie beispielsweise solche, die kommerziell verfügbar sind von Allied Chemical und Baker Petrolite Corporation; Wachsemulsionen von Michaelman Inc. und Daniels Products Company; EPOLENE N-15™, im Handel erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc.; VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit geringem Gewichtsmittel-Molekulargewicht, erhältlich von Sanyo Kasei K. K.; OMNOVA D1509®, erhältlich von IGI Chemicals als Wachsdispersion und ähnliche Materialien. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die für die offenbarten Toner ausgewählt werden können, beinhalten Amine und Amide, beispielsweise AQUA SUPERSLIP 6550™, SUPERSLIP 6530™ erhältlich von Micro Powder Inc.; fluorierte Wachse, beispielsweise POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYFLUO 523XF™, AQUA POLYFLUO 411™, AQUA POLYSILK 19™, POLYSILK 14™ erhältlich von Micro Powder Inc.; gemischte fluorierte Amidwachse, beispielsweise MICROSPERSION 19™ ebenfalls von Micro Powder Inc. erhältlich; Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymer-Emulsion, beispielsweise JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, alle von SC Johnson Wax erhältlich; chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical, Petrolite Corporation und von SC Johnson Wax. Eine Anzahl dieser offenbarten Wachse können gegebenenfalls fraktioniert oder destilliert werden, um bestimmte Teilstücke oder Abschnitte zu schaffen, die Viskositäts- und/oder Temperaturkriterien erfüllen, wobei die Viskosität, beispielsweise etwa 10.000 cps beträgt, und die Temperatur etwa 100°C beträgt. In Ausführungsformen ist das Wachs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen und Mischungen davon. In Ausführungsformen weist das Wachs einen Schmelzbereich von etwa 70 bis etwa 120°C oder von etwa 80 bis etwa 100°C oder von etwa 85 bis etwa 95°C, auf.
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In Ausführungsformen liegt das Wachs in der Form einer Dispersion vor, umfassend, zum Beispiel, ein Wachs mit einem Teilchendurchmesser von etwa 100 Nanometern bis etwa 500 Nanometern, oder von 200 Nanometern bis etwa 300 Nanometern, und ein anionisches Tensid oder einen polymerischen Stabilisator und wahlweise ein nicht ionisches Tensid. In Ausführungsformen weist das Wachs Polyethylen-Wachsteilchen auf, wie beispielsweise POLYWAX® 655 oder POLYWAX® 725, POLYWAX® 850, POLYWAX® 500 (die POLYWAX® Wachse sind im Handel von Baker Petrolite erhältlich) und, beispielsweise, fraktionierte/destillierte Wachse, die destillierte Teile von handelsüblichem POLYWAX® 655, bezeichnet als X1214, X1240, X1242, X1244 und dergleichen, sind, aber nicht auf POLYWAX® 655 Teilstücke begrenzt sind. Wachse die ein bestimmtes Teilstück bereitstellen, das die Viskositäts-/Temperatur-Kriterien erfüllt, wobei die obere Grenze der Viskosität etwa 10.000 cps beträgt und die obere Temperaturgrenze bei etwa 100°C liegt, können verwendet werden. Diese Wachse können einen Teilchendurchmesser im Bereich von etwa 100 bis etwa 500 Nanometer aufweisen, obwohl sie nicht auf diese Durchmesser oder Größen beschränkt sind. Andere Wachs-Beispiele umfassen FT-100-Wachse, erhältlich von Shell (SMDA) und FNP0092, erhältlich von Nippon Seiro.
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Das Tensid, das zum Dispergieren des Wachses verwendet wird, kann ein anionisches Tensid sein, wie beispielsweise NEOGEN RK®, kommerziell erhältlich von Daiichi Kogyo Seiyaku, oder TAYCAPOWER® BN2060, kommerziell erhältlich von Tayca Corporation, oder DOWFAX erhältlich von DuPont.
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In Ausführungsformen kann Wachs in dem Toner in jeglicher geeigneter oder gewünschter Menge anwesend sein. In den vorliegenden Ausführungsformen kann das Wachs in dem Toner in einer geringeren Menge anwesend sein, als zuvor notwendig, wie beispielsweise von 2 bis etwa 15, oder von etwa 2 bis etwa 13, oder von etwa 4 bis etwa 10, oder von etwa 4 bis etwa 6 Gewichtsprocent basierend auf dem Gesamtgewicht der Tonerfeststoffe. In einer spezifischen Ausführungsform ist das Wachs in dem Toner anwesend in einer Menge von etwa 4 bis etwa 6 Gewichtsprocent basierend auf dem Gesamtgewicht der Tonerfeststoffe. Die Menge des Tonerwachses kann in Ausführungsformen beispielsweise betragen von etwa 0,1 bis etwa 20 Gewichtsprozent, von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent, von etwa 1 bis etwa 12 Gewichtsprozent, von etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent, von etwa 2 bis etwa 8 Gewichtsprozent, von etwa 4 bis etwa 9 Gewichtsprozent, von etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent, von etwa 1 bis etwa 4 Gewichtsprozent, oder von etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Tonerfeststoffe. In Ausführungsformen ist das Wachs in einer Menge von etwa 2 bis etwa 13 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, anwesend. In einer spezifischen Ausführungsform ist das Wachs in einer Menge von etwa 4 bis etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, anwesend.
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In Ausführungsformen können die CPF-Toner weiterhin eine Schale umfassen. In Ausführungsformen umfasst die Schale einen amorphen Ester mit kleinen Molekülen oder ein Polymerharz. Beispiele für amorphe Polyester, ausgewählt als ein Ersatz für die Harzmischungen nach dem Stand der Technik eines ersten Harzes, sind zum Beispiel, ein Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A Terephthalat) Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A-Dodecenylsuccinat) Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A-Fumarat) (Vergleichsbeispiel A), ein Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A-Terephthalat) Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A-Dodecenylsuccinat)-Terpoly-(ethoxyliertes Bisphenol A Terephthalat) Terpoly-(ethoxyliertes Bisphenol A-Dodecenylsuccinat)-Terpoly-(propoxyliertes Bisphenol A-Trimellitat)-Terpoly-(ethoxyliertes Bisphenol A-Trimellitat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-Co-Fumarat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol Co-Fumarat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol co-ethoxyliertes Bisphenol Co-Fumarat) und Poly(1, 2-Propylen-Fumarat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-Co-Maleat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-Co-Maleat), Poly(1,2-Propylen-Maleat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-Co-Itaconat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-Co-Itaconat), Poly(Bisphenol butyloxyliertes Co-Itaconat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-Co-Itaconat) und Terpoly(propoxyliertes Bisphenol-A-Terephthalat)-Terpoly(propoxyliertes Bisphenol A-Dodecenylsuccinat) - Terpoly(propoxyliertes Bisphenol A-Fumarat), Mischungen davon und dergleichen.
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Die amorphen Polyesterharze können beispielsweise ein Zahlenmittel-Molekulargewicht (Mn), gemessen durch Gel-Permeations-Chromatographie (GPC), beispielsweise von etwa 5.000 bis etwa 100.000, von etwa 10.000 bis etwa 75.000, oder von etwa 5.000 bis etwa 50.000, aufweisen. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht (Mw) der amorphen Polyesterharze kann beispielsweise von etwa 2.000 bis etwa 100.000, von etwa 15.000 bis etwa 85.000, oder von etwa 5.000 bis etwa 80.000, bestimmt durch GPC unter Verwendung von Polystyrol-Standards, betragen. Die breite Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) oder die Polydispersität des amorphen Polyesterharzes beträgt beispielsweise von etwa 2 bis etwa 8, von etwa 2 bis etwa 6 und von etwa 3 bis etwa 5.
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Für einen kaltdruckfixierbaren Toner kann es wünschenswert sein, dass das Tonermaterial in der Nähe von Raumtemperatur unter dem aufgebrachten Druck des Kaltdruck-Fixiersystems fließt, damit ermöglicht wird, dass der Toner über die Substratoberfläche und in Poren oder Fasern in dem Substrat fließen kann, und damit ermöglicht wird, dass die Tonerteilchen ineinanderfließen können, wodurch eine glatte kontinuierliche Tonerschicht geschaffen wird, die effektiv an dem Substrat haftet. Der Fluss kann unter Verwendung von dem CFT-500D Fließprüfgerät™ gemessen werden, verfügbar von Shimadzu Corporation. Es kann wünschenswert sein, dass der angewandte Druck verglichen mit dem Stand der Technik relativ niedrig ist, wie etwa 100 kgf/cm2. In Ausführungsformen kann der Druck jedoch höher sein, bis zu etwa 400 kgf/cm2, oder geringer sein, bis zu 5 kgf/cm2, vorausgesetzt, dass die oben beschriebenen Bedingungen für den Beginn des Tonerflusses und die Flussviskosität erfüllt werden können. In Ausführungsformen kann etwas Wärme angewendet werden, um den Toner oder das Papier vor dem Eintritt in das Kaltdruck-Fixiersystem vorzuwärmen, was eine Kaltdruckfixierung für Temperaturen etwas über Raumtemperatur ermöglichen kann.
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In Ausführungsformen kann es für das Kaltdruckfixieren wünschenswert sein, dass bei niedrigen Drücken, wie etwa 10 kgf/cm2 angewandten Drucks, der kaltdruckfixierbare Toner nicht signifikant fließt, sodass die Tonerpartikel zusammenkleben, zum Beispiel in der Toner Kartusche oder in dem Drucker, einschließlich in dem Entwicklergehäuse, oder auf den Abbildungsoberflächen, wie beispielsweise dem Photorezeptor, oder in Ausführungsformen, dem Zwischenübertragungsriemen. Beim Versand oder im Drucker kann die Temperatur bis zu 50°C ansteigen, sodass es in Ausführungsformen wünschenswert sein kann, dass der Toner nicht signifikant fließt, sodass die Teilchen bis zu 50°C bei etwa 10 kgf/cm2 zusammenhalten können. Somit beträgt in den Ausführungsformen die Temperatur für die Viskosität des Materials, die auf einen Wert von etwa 10.000 Pa-s verringert werden soll, für den kaltdruckfixierbaren Toner bei einem niedrigeren Druck von etwa 10 kgf/cm2 angewandtem Druck etwa 50°C bis etwa 70°C, bei Ausführungsformen von etwa 55°C bis etwa 70°C, bei Ausführungsformen etwa 60°C bis etwa 90°C oder bei weiteren Ausführungsformen bei etwa 20 kgf/cm2 bis etwa 40 kgf/cm2.
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Somit kann es wünschenswert sein, eine hohe Temperatur für den Materialfluss bei niedrigen Drücken, die für die Lagerung und Verwendung in dem Drucker repräsentativ sind, zu haben und eine niedrige Temperatur für Material bei dem gewünschten höheren Kaltdruck-Fixierdruck zu haben. In Ausführungsformen gibt es eine Temperaturverschiebung, die im Bereich von etwa 10°C bis etwa 60°C berechnet wird, in dem die Fließviskosität der Kaltdruckfixierzusammensetzung etwa 10.000 Pascalsekunden beträgt, wenn der angewandte Druck auf die Kaltdruckfixierzusammensetzung von 10 auf 100 Kgf/cm
2 erhöht wird. In solchen Ausführungsformen kann die Temperaturverschiebung wie folgt berechnet werden:
wobei Tη = 10000 (10 kgf/cm
2) die Temperatur für die Fließviskosität η von 10000 Pa-s bei 10 kgf/cm
2 angewandtem Druck und Tη = 10000 (100 kgf/cm
2) die Temperatur für die Fließviskosität η von 10000 Pa-s bei 100 kgf/cm
2 ist. In anderen Ausführungsformen kann der angewandte niedrige Druck für die Lagerung und den Gebrauch des Druckers im Bereich von etwa 10 kgf/cm
2 bis etwa 40 kgf/cm
2 liegen, und der hohe Druck, angewandt bei dem Kaltdruckfixieren, kann im Bereich von etwa 25 kgf/cm
2 bis etwa 400 kgf/cm
2.
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Toner können aus den hierin offenbarten Blockcopolymeren mit jeglichen Mitteln hergestellt werden, einschließlich herkömmlicher Extrusion und Schleifen, Suspension, SPSS (sphärischer Polyestertoner durch Suspension von Polymer-/Pigmentlösung und Lösungsmittelentfernungsverfahren, wie im „Journal of the Imaging Society of Japan“, Band 43, 1, 48-53, 2004 beschrieben), die in einen N-Cap-Toner integriert sind (eingekapselter Toner, wie beispielsweise in der
US 5 283 153 A beschrieben, und in einen Emulsion-Aggregationstoner, gegebenenfalls mit einer Schale, integriert). Wo es für Toneranwendungen erforderlich ist, können Latexe hergestellt werden, die die kristallinen und/oder amorphen Gemische, die durch Lösungsmittelblitz, durch Phaseninversionsemulgierung, einschließlich mittels lösungsmittelfreier Verfahren hergestellt werden, enthalten.
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Andere Zusatzstoffe können in den hier offenbarten CPF-Tonern vorliegen. Die CPF-Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Ausführungsformen können weiterhin wahlweise einen oder mehrere herkömmliche Zusatzstoffe enthalten, um die bekannte Funktionalität, die mit solchen herkömmlichen Zusatzstoffen verbunden ist, zu nutzen. Solche Zusatzstoffe können zum Beispiel Färbemittel, Antioxidantien, Entschäumer, Gleit- und Verlaufmittel, Klärmittel, Viskositätsmodifizierer, Klebemittel, Weichmacher und dergleichen umfassen. Wenn anwesend, können wahlweise Zusatzstoffe, jeder für sich oder in Kombination, in dem CPF-Toner in jeder gewünschten oder wirksamen Menge anwesend sein, wie beispielsweise von etwa 1 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%, von etwa 5 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%, oder von etwa 3 Gewichts-% bis etwa 5 Gewichts-% des CPF-Toners.
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In einer typischen CPF-Tonerzusammensetzung werden Antioxidantien zugesetzt zum Verhindern der Verfärbung der Zusammensetzung mit den kleinen Molekülen. In Ausführungsformen kann das Antioxidationsmaterial IRGANOX® 1010; und NAUGARD® 76, NAUGARD® 445, NAUGARD® 512, und NAUGARD® 524 umfassen. In den Ausführungsformen ist das Antioxidationsmaterial NAUGARD® 445. In anderen Ausführungsformen kann das Antioxidationsmaterial MAYZO® BNX® 1425, ein Calciumsalz der Phosphonsäure, und MAYZO® BNX® 358, ein Thiophenol, beide im Handel erhältlich von MAYZO® und ETHANOX® 323A, ein Nonylphenol-Disulfid, kommerziell erhältlich von der SI Group, umfassen.
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In Ausführungsformen können hierin offenbarte CPF-Toner weiterhin einen Weichmacher umfassen. Beispielhafte Weichmacher können beinhalten Uniplex 250 (im Handel erhältlich von Unitex), die Phthalatester-Weichmacher, die im Handel von Ferro unter dem Handelsnamen SANTICIZE® erhältlich sind, wie Dioctylphthalat, Diundecylphthalat, Alkylbenzylphthalat (SANTICIZER® 278), Triphenylphosphat (im Handel erhältlich von Ferro), KP-140, ein Tributoxyethylphosphat (im Handel erhältlich von Great Lakes Chemical Corporation), MORFLEX® 150, ein Dicyclohexylphthalat (im Handel erhältlich von Morflex Chemical Company Inc.), Trioctyltrimellitat (im Handel erhältlich von Sigma Aldrich Co.) und dergleichen. Weichmacher können in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 30 Gewichts-%, von etwa 0,1 bis etwa 25 Gewichts-%, von etwa 1 bis etwa 20 Gewichts-% des CPF-Toners anwesend sein.
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In Ausführungsformen enthalten die kaltdruckfixierbaren Tonerzusammensetzungen, die hierin beschrieben sind, auch ein Färbemittel. Jedes gewünschte oder wirksame Färbemittel, einschließlich Farbstoffen, Pigmenten, Gemischen davon, kann in den kaltdruckfixierbaren Tonerzusammensetzungen eingesetzt werden. Jeder Farbstoff oder jedes Pigment kann ausgewählt werden, vorausgesetzt, dass es in dem CPF-Toner dispergiert oder aufgelöst werden kann und mit den anderen CPF-Tonerkomponenten kompatibel ist. Jegliche herkömmlichen Farbmittelmaterialien für kaltdruckfixierbare Toner, wie Farbindex-(C.I.)-Lösungsmittelfarbstoffe, Dispersionsfarbstoffe, modifizierte Säure- und Direktfarbstoffe, basische Farbstoffe, Schwefelfarbstoffe, Küpenfarbstoffe, Fluoreszenzfarbstoffe und dergleichen können verwendet werden. Beispiele für geeignete Farbstoffe umfassen NEOZAPON® Red 492 (BASF); ORASO® Red G (Pylam-Produkte); Direct Brilliant Pink B (orientalische Riesenfarbstoffe); Direct Red 3BL (klassische Farbstoffe); SUPRANOL® Brilliant Red 3BW (Bayer AG); Lemon Yellow 6G (United Chemie); Light Fast Yellow 3G (Shaanxi); Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Bemachrome Yellow GD Sub (klassische Farbstoffe); CARTASOL® Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Cibanon Yellow 2G (klassische Farbstoffe); ORASOL® Black RLI (BASF); ORASOL® Black CN (Pylam-Produkte); Savinyl Black RLSN (Clariant); Pyrazol Black BG (Clariant); MORFAST® Black 101 (Rohm & Haas); Diaazol Black RN (ICI); THERMOPLAST® Blue 670 (BASF); ORASOL® Blue GN (Pylam-Produkte); Savinyl Blue GLS (Clariant); LUXOL® Fast Blue MBSN (Pylam-Produkte); Sevron Blue 5GMF (klassische Farbstoffe); BASACID® Blue 750 (BASF); KEYPLAST® Blue (Keystone Aniline Corporation); NEOZAPON® Black X51 (BASF); Classic Solvent Black 7 (klassische Farbstoffe); SUDAN ® Blue 670 (C.I. 61554) (BASF); SUDAN® Yellow 146 (C.I. 12700) (BASF); SUDAN® Red 462 (C.I. 26050) (BASF); C.I. Disperse Yellow 238; Neptune Red Base NB543 (BASF, C.I. Solvent Red 49); Neopen Blue FF-4012 (BASF); Fatsol Black BR (C.I. Solvent Black 35) (Chemische Fabriek Triade BV); Morton Morplas Magenta 36 (C.I. Solvent Red 172); Metallphthalocyanin-Färbemittel, wie jene, die in US-Pat. Nr.
6,221,137 offenbart werden, und dergleichen. Polymere Farbstoffe können auch verwendet werden, wie jene, die zum Beispiel in den US-Patenten Nr.
US 5,621,022 und US Pat. Nr.
5,231,135 offenbart werden, und im Handel beispielsweise von Milliken & Company erhaltbar sind, als Milliken Ink Yellow 869, Milliken Ink Blue 92, Milliken Ink Red 357, Milliken Ink Yellow 1800, Milliken Ink Black 8915-67, ungekürzt Reactint Orange X-38, ungekürzt Reactint Blue X-17, Solvent Yellow 162, Acid Red 52, Solvent Blue 44 und ungekürzt Reactint Violet X-80.
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Pigmente sind auch geeignete Farbmittel für die kaltdruckfixierbaren Toner. Beispiele geeigneter Pigmente umfassen PALIOGEN® Violet 5100 (BASF); PALIOGEN® Violet 5890 (BASF); HELIOGEN® Green L8730 (BASF); LITHOLO Scarlet D3700 (BASE); SUNFAST ® Blue 15: 4 (Sun Chemical); HOSTAPERM® Blue B2G-D (Clariant); HOSTAPERM® Blue B4G (Clariant); Permanent-Red P-F7RK; HOSTA-PERMO Violet BL (Clariant); LITHOL® Scarlet 4440 (BASF); Bon Red C (Dominion Color Company); ORACET® Pink RF (BASF); PALIOGEN® Red 3871 K (BASF); SUNFAST® Blue 15: 3 (Sun Chemical); PALIOGEN® Red 3340 (BASF); SUNFAST® Carbazol Violet 23 (Sun Chemical); LITHOL® Fast Scarlet L4300 (BASF); SUNBRITE® Yellow 17 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue L6900, L7020 (BASF); SUNBRITEO Yellow 74 (Sun Chemical); SPECTRA PAC C Orange 16 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue K6902, K6910 (BASF); SUNFAST® Magenta 122 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue D6840, D7080 (BASF); SUDAN® Blue OS (BASF); NEOPEN Blue FF4012 (BASF); PV Fast Blue B2GO1 (Clariant); IRGALITE Blue GLO (BASF); PALIOGEN® Blue 6470 (BASF); SUDAN® Orange G (Aldrich); SUDAN ® Orange 220 (BASF); PALIOGEN® Orange 3040 (BASF); PALIOGEN® Yellow 152, 1560 (BASF); LITHOL® Fast Yellow 0991 K (BASF); PALIOTOL Yellow 1840 (BASF); NOVOPERM Yellow FGL (Clariant); Ink Jet Yellow 4G VP2532 (Clariant); Toner Yellow HG (Clariant); Lumogen Yellow D0790 (BASF); Suco-Yellow L1250 (BASF); Suco-Yellow D1355 (BASF); Suco Fast Yellow D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM Pink E 02 (Clariant); Hansa Brilliant Yellow 5GX03 (Clariant); Permanent Yellow GRL 02 (Clariant); Permanent Rubin L6B 05 (Clariant); FANAL Pink D4830 (BASF); CINQUASIA® Magenta (DU PONT); PALIOGEN® Black L0084 (BASF); Pigment Black K801 (BASF); und Ruße wie REGAL 330 TM (Cabot), Nipex 150 (Evonik) Carbon Black 5250 und Carbon Black 5750 (Columbia Chemical) und dergleichen, sowie Mischungen davon.
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Pigmentdispersionen in dem CPF-Toner können durch Synergisten und Dispergiermittel stabilisiert werden. Im Allgemeinen können geeignete Pigmente organische oder anorganische Materialien sein. Pigmente, die auf magnetischem Material basieren, eignen sich beispielsweise auch für die Herstellung von robusten Tinten für Zeichenerkennung mittels magnetischer Tinte (MICR). Magnetpigmente umfassen magnetische Nanopartikel, wie beispielsweise ferromagnetische Nanopartikel.
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In Ausführungsformen werden Lösungsmittel-Farbstoffe eingesetzt. Ein Beispiel eines Lösungsmittel-Farbstoffs, der zur Verwendung hierin geeignet ist, kann Spirituosen-Lösungsmittel-Farbstoffe enthalten, aufgrund ihrer Kompatibilität mit den hier offenbarten CPF-Tonerträgern. Beispiele für geeignete Spirituosen-Lösungsmittel-Farbstoffe umfassen NEOZAPON® Red 492 (BASF); ORASOL® Red G (Pylam-Produkte); Direct Brilliant Pink B (Globale Farben); Aizen Spilon Red C-BH (Hodogaya Chemical); Kayanol Red 3BL (Nippon Kayaku); Spirit Light Yellow 3G; Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); CARTASOL® Brilliant Yellow 4GF (Clariant); PERGASOL® Yellow 5RA EX (klassische Farbstoffe); ORASOL® Black RLI (BASF); ORASOL® Blue GN (Pylam-Produkte); Savinyl Black RLS (Clariant); MORFAST® Black 101 (Rohm und Haas); THERMOPLAST® Blue 670 (BASF); Savinyl Blue GLS (Sandoz); LUXOL® Fast Blue MBSN (Pylam); Sevron Blue 5GMF (klassische Farbstoffe); BASACID® Blue 750 (BASF); KEYPLAST® Blue (Keystone Aniline Corporation); NEOZAPON® Black X51 (C.I. Solvent Black, C.I. 12195) (BASF); SUDAN® Blue 670 (C.I. 61554) (BASF); SUDAN® Yellow 146 (C.I. 12700) (BASF); SUDAN® Red 462 (C.I. 260501) (BASF), Mischungen davon und dergleichen.
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Das Färbemittel kann in dem kaltdruckfixierbaren Toner in jeder gewünschten oder wirksamen Menge anwesend sein, um die gewünschte Farbe oder den gewünschten Farbton zu erhalten, wie beispielsweise zumindest von etwa 0,1 Gewichtsprozent des CPF-Toners bis etwa 50 Gewichtsprozent des CPF-Toners, zumindest von etwa 0,2 Gewichtsprozent des CPF-Toners bis etwa 20 Gewichtsprozent des CPF-Toners und zumindest von etwa 0,5 Gewichtsprozent des CPF-Toners bis etwa 10 Gewichtsprozent des CPF-Toners. Das Färbemittel kann in dem CPF-Toner in einer Menge von beispielsweise etwa 0,1 bis etwa 15 Gewichtsprozent des CPF-Toners oder von etwa 0,5 bis etwa 6 Gewichtsprozent des CPF-Toners enthalten sein.
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Die folgenden Beispiele werden vorgelegt, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen. Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Darüber hinaus sind Teile und Prozentsätze, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Raumtemperatur" auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 25°C.
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Vergleichsbeispiel 1
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Dieses Beispiel beschreibt die Synthese eines kristallinen Polyesters, abgeleitet von Dodecandisäure und Nonan-Diolglykol (m = 10, n = 7) ohne jegliches Polydimethylsiloxan.
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Ein 2-Liter-Buchi-Reaktionsgefäß wurde mit 632 g Dodecandisäure, 540 g Nonandiol und 3 g FASCAT 4100, erhältlich von Elf Atochem, beschickt. Das Gemisch wurde über einen Zeitraum von 3 Stunden langsam auf 225°C erwärmt und dann weitere sieben Stunden bei 225°C gehalten. Das Harz wurde dann ausgestoßen und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
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Beispiel 2
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Dieses Beispiel beschreibt die Synthese eines kristallinen Co-Polyester-Co-Poly (Dimethylsiloxans) (95 Gewichts-% Co-Polyester abgeleitet von Dodecandisäure und Ethylenglykol (m = 10, n = 0) mit 5 Gewichts-% Co-Polydimethylsiloxan).
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Ein 2-Liter-Buchi-Reaktionsgefäß wurde mit 624 g Dodecandisäure, 337 g Ethylenglykol und 50 g Carbinol-terminiertem Polydimethylsiloxan, erhältlich von Gelest Inc., mit einer Viskosität von etwa 50 bis etwa 60 Poise, und 3 Gramm von FASCAT 4100, erhältlich von Elf Atochem, beschickt. Das Gemisch wurde langsam über einen Zeitraum von 3 Stunden auf 225°C erwärmt und dann weitere 5 Stunden bei 225°C gehalten. Das Co-Polyester-Co-Polydimethylsiloxan bestand aus etwa 95% kristallinem Co-Polyester und etwa 5% Co-Polydimethylsiloxan (PDMS):
wobei m = 10 und n = 0, R
1 und R
2 sind Methyl.
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Beispiele 3 bis 10
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Eine Reihe von Co-Polyester-Co-Polydimethylsiloxan wurde mit variierendem Co-Polyester- und Co-Polydimethylsiloxan-Verhältnis nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt. Die thermischen und analytischen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet. Die Säurezahl wurde unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel und Kaliummethoxid als Titriermittel und unter Verwendung von Phenolphthalein als Indikator erhalten. Die Viskosität wurde unter Verwendung des CAP 2000+ Viskosimeters, erhältlich von Brookfield, bei 100°C erhalten. Der Schmelzpunkt, die Rekristallisationstemperatur und die Schmelzwärme wurden durch Differential-Scanning-Kalorimetrie bei einer Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/Minute erhalten. Das Molekulargewichtsmittel (Mw) und die Gewichtszahl (Mn) wurde durch Gel-Permeations-Chromatographie unter Verwendung von Polystyrolstandards erhalten.
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Von den obigen Harzen wurden das Vergleichsbeispiel 1 und die Beispiele 4, 7 und 10 unter Verwendung des CFT-500D Fließprüfgerätes™ bei 10 und 100 kg/cm2 Druck in einem Temperaturbereich von 20°C bis 100°C ausgewertet. Die Ergebnisse sind in den 1 bis 4 gezeigt. 1, die das kristalline Harz des Vergleichsbeispiels 1 charakterisiert, zeigt keine baroplastische Wirkung, da die Temperaturdifferenz zwischen 10 und 100 kg/cm2 keinen Unterschied im Viskositäts-Temperatur-Verhalten zeigt. Dies ist zu erwarten, da das Harz von Vergleichsbeispiel 1 keine Copolymere aus Polyester mit Polydimethylsiloxan enthält. Die Copolymere der Beispiele 4, 7 und 10, die aus einem ausgewählten Copolyester-Co-Polydimethylsiloxan bestehen, sind in den 2, 3 bzw. 4 dargestellt. In jedem dieser letzteren Harze kann bei einer Temperaturdifferenz von 10°C bis etwa 20°C ein Abfall der Viskosität gegenüber der Temperatur beobachtet werden, wenn diese Harze einem Druck von 10 bis 100 kg/cm2 ausgesetzt werden, was zeigt, dass all diese baroplastische Materialien sind.
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Beispiel 11
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Dieses Beispiel beschreibt die Synthese eines CPF-Toners aus dem Blockcopolymer von Beispiel 5 (94 Gewichts-%) und Cyan-Pigment (6 Gewichts-%).
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Ein Latex wurde zuerst durch einen Phaseninversionsprozess erzeugt: In einem 1-Liter-Buchi-Reaktionsgefäß, ausgestattet einem mechanischen Ankerblatt und einer Destillationsvorrichtung, wurden 200 g des Blockcopolymers von Beispiel 5, 120 g Methylethylketon und 6 g Isopropanol zugegeben. Die Mischung wurde auf 65°C erwärmt und nach dem Lösen des Harzes wurden 12 Gramm 10%-iges Ammoniumhydroxid zugegeben. Zu dieser Mischung wurden dann 300 Gramm Wasser tropfenweise mit einer Geschwindigkeit von 1 Gramm pro Minute zugegeben. Es entstand ein Latex, und das organische Lösungsmittel (Methylethylketon und Isopropanol) wurde abdestilliert. Das Latex wurde dann durch ein Sieb von 20 Mikron gesiebt. Die Teilchengröße wurde gemessen mit 141,4 nm mit einem Feststoffgehalt von 42 Gewichts-%.
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Ein 1-Liter-Glaskessel, der mit einem mechanischen Ankerblatt ausgestattet war, wurde 223 g des obigen Latex, 18,1 g Cyanpigmentdispersion (33 Gewichts-%), erhältlich von Sun Chemicals, 3 Gramm Natriumdodecylbenzolsulfonat, gegeben Tensid und 76 Gramm Wasser beschickt. Das erhaltene Gemisch wurde mit 0,3 M wässriger Salpetersäurelösung auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt. Dann wurden 2,1 g Aluminiumsulfat, vermischt mit 9,4 g Wasser, zu der Mischung unter Homogenisierung bei 3000 bis 4000 Umdrehung pro Minute (U/min) hinzugegeben. Das Rührwerk des Reaktionsgefäßes wurde auf 230 U/min eingestellt und auf 40°C erwärmt, um das Harz und die Pigmentteilchen zu aggregieren. Wenn die Tonerteilchengröße 6,5 Mikron erreichte, wurde der pH-Wert der Aufschlämmung mit einer 4%-igen NaOH-Lösung auf 9,0 eingestellt und das Rührwerk auf 160 U/min verringert. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf 50°C erwärmt und der pH-Wert für 2 Stunden bei 8,5 gehalten, während dessen die Toneraggregate verschmolzen wurden, um das Tonerteilchen zu bilden. Die Mischung wurde dann in einen Behälter mit kaltem Wasser (1 Liter) ausgestoßen. Der Toner wurde dann abfiltriert, wiederholt mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet. Die endgültige Teilchengröße betrug 6,4 Mikron.
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Beispiele 12 bis 14
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Eine Reihe von CPF-Tonern wurde dann nach dem vorstehenden Verfahren mit Blockcopolymerharzen und Färbemitteln hergestellt. Die Eigenschaften sind in Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2
Toner | Blockcopolymer | Färbemittel | Teilchengröße |
| (94%) | (6%) | Mikron |
Beispiel 11 | Beispiel 5 | Cyan | 6.4 |
Beispiel 12 | Beispiel 6 | Cyan | 7.2 |
Beispiel 13 | Beispiel 7 | Schwarz | 5.8 |
Beispiel 14 | Beispiel 10 | Schwarz | 6.0 |
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Kaltdruckfixiervorrichtung
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Eine Kaltdruckfixiervorrichtung mit einer Prozessgeschwindigkeit von 243 mm/s, einer variablen Spaltdruckbelastungsfläche von 1000 PSI (6,9 MPa) und 1500 PSI (10,3 MPa) und einer Walzenkontaktlänge von 70 mm wurde verwendet. Der Druck wurde bei einem konstanten Druck von 5 kg/cm2 (82 lb/inch2) gehalten. Tonerbilder auf Papier wurden unter Verwendung des Xerox 800-Druckers mit deaktivierter Schmelzfixiervorrichtung erzeugt. Die nicht schmelzfixierten Drucke wurden dann der obigen Kaltdruckfixierung unterworfen. Imabe-Beständigkeit wurde dann mit dem Taber Linear Abraser (Modell 5700), mit einem Crock-Tuch-Zusatzvorrichtung ausgewertet. Die Bilder wurden für 10 Zyklen, 60 Zyklen pro Minute gerieben. Alle obigen Toner zeigten eine ausgezeichnete Tonerfixierung an Papier und kein bis minimales Entfernen des Tonerbildes auf das Crock-Tuch während der Taber-Prüfung.