DE3706706A1 - Verfahren zur herstellung eines toners fuer die entwicklung elektrostatischer ladungsbilder - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines toners fuer die entwicklung elektrostatischer ladungsbilderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eine Toners
für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder bei
Bilderzeugungsverfahren wie der Elektrophotographie, der Elektrostatographie
und dem elektrostatischen Drucken, und sie betrifft
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Toners
für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder durch Suspensinspoylmerisation
einschließliche eines Schrittes der Granulierung
oder Tröpfchenbildung für die wirksame Bildung von
Teilchen (Tröpfchen) mit einer scharfen Teilchengrößenverteilung.
Die bisher bei der Elektrophotographie, die der elektrostatischen
Aufzeichnung und dem elektrostatischen Drucken angewandten
Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, die
auf Aufzeichnungsmaterialien erzeugt worden sind, können grob
in Flüssigentwicklungsverfahren, bei denen Entwickler verwendet
werden, die aus einer isolierenden Flüssigkeit und verschiedenen
in dieser Flüssigkeit dispergierten Pigmenten oder
Farbstoffen bestehen, und in Trockenentwicklungsverfahren wie
z. B. das Kaskadenverfahren, daß Pelzbürstenverfahren, das Magnetbürstenverfahren,
das Aufdrückverfahren und das Pulverwolkenverfahren,
bei denen feine Teilchen verwendet werden, die
als "Toner" bezeichnet werden und die ein Farbmittel wie z. B.
Ruß enthalten, das in natürlichen oder synthetischen Polymeren
oder Wachsen dispergiert ist, eingeteilt werden. Die vorstehend
erwähnten Flüssigentwicklungsverfahren sind mit den Problemen
verbunden, daß die Behandlung des Entwicklers lästig
bzw. mühevoll ist und daß während der Entwicklung und des
Fixierens und sogar danach unerwünschte Gerüche auftreten. Aus
diesem Grund werden oft die vorstehend erwähnten Trockenentwicklungsverfahren
angewandt.
Toner für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder werden
im allgemeinen hergestellt, indem man ein Bindemittel,
beispielsweise ein Vinylpolymer wie z. B. Polystrol oder
Polyacrylsäureester, ein Epoxypolymer, ein Petroleumpolymer oder
ein Esterkondensat, und ein Farbmittel wie z B. einen Farbstoff,
Ruß oder eine magnetische Substanz vermischt und die
erhaltene Mischung in der Schmelze verknetet, abkühlt, pulverisiert
und zu einer mittleren Teilchengröße von 1 bis 50 µm
klassiert. Es ist erforderlich, daß der auf diese Weise gebildete
Toner verschiedene Eigenschaften wie z. B. Lagerbeständigkeit,
Haltbarkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, elektrostatische
Eigenschaften, Fließvermögen, Fixierbarkeit und Bilderzeugungseigenschaften
erfüllt.
Die Herstellung eines Toners durch das vorstehend beschriebene
sogenannte Pulverisierungsverfahren hat viele Vorteile, und es
heißt, daß die meisten der im Handel erhältlichen Trockentoner
durch das Pulverisierungsverfahren hergestellt werden. Dieses
Verfahren ist jedoch auch mit einigen Problemen verbunden. Die
mit Aufprall durch Windkraft arbeitende Pulverisierungsmühle, die
in dem wesentlichen Teil des Pulverisierungsverfahrens angwandt
wird, benötigt eine große Preßluftmenge. Infolgedessen
müssen für die Ausrüstung hohe Kosten aufgewandt werden, und
während des Betriebes ist eine große Menge von elektrischer
Energie erforderlich, so daß die Kosten der elektrischen Energie
einen beträchtlichen Teil der Herstellungskosten des Toners
ausmachen. In neuerer Zeit ist wegen des Verlangens nach
einer höheren Qualität der kopierten Bilder eine feinere Teilchengröße
der Toner erforderlich, jedoch ist es schwierig,
durch das gegenwärtig angewandte Pulverisierungsverfahren , das
für die Pulverisierung eine große Energiemenge verbraucht,
einen Toner, der eine geringe Teilchengröße hat, mit hoher
Ausbeute bzw. hohem Wirkungsgrad herzustellen. Falls dieses
Verfahren doch angewandt wird, führt es zu einer beträchtlichen
Erhöhung der Herstellungskosten des Toners. Wenn ein Toner
mit geringer Teilchengröße durch das Pulverisierungsverfahren
hergestellt wird, besteht ferner die Neigung, daß das
pulverisierte Produkt eine breite Teilchengrößenverteilung hat
und von einer großen Menge nicht benötigten Ultrafeinpulvers
begleitet ist, dessen Entfernung durch Klassieren im allgemeinen
außerordentlich schwierig ist. Um die Pulverisierung wirksam
durchzuführen, muß die Tonersubstanz einen geeigneten Brüchigkeits-
bzw. Zerbrechlichkeitsgrad haben, und die Ausgangssubstanzen
dafür sind im Hinblick darauf eingeschränkt.
Wenn eine weiche Ausgangssubstanz verwendet wird, um die Fixierbarkeit
zu verbessern, wird wegen der bei der Pulverisierung
erzeugten Wärme und wegen des bei der Pulverisierung
ausgeübten Druckes ein Ankleben an in verschiedenen Schritten
verwendeten Vorrichtungen verursacht, so daß es schwierig
wird, lange einen kontinuierlichen Betrieb durchzuführen.
Zur Überwindung dieser Probleme, die die trockene Pulverisierung
begleiten, ist die Herstellung eines Toners durch Suspensionspolymerisation
vorgeschlagen worden. Die bisher vorgeschlagenen
Verfahren zur Herstellung eines Trockentoners durch
Suspensionspolymerisation sind jedoch mit den folgenden Problemen
verbunden: Bei der Herstellung eines Toners durch ein
übliches Suspensionspolymerisationsverfahren ist es in einem
Schritt der Granulierung oder der Bildung von Teilchen (oder
ganauer von Tröpfchen) unter Verwendung einer flüssigen monomerhaltigen
Mischung, die ein polymerisierbares Monomer und
ein Farbmittel enthält, sehr schwierig, die Teilchengröße
wirksam unter Erzielung eines gewünschten Wertes zu steuern.
Unter den gegewärtigen Umständen haben die erhaltenen Teilchen
eine breite Teilchengrößenverteilung und enthalten sehr
große Teilchen, so daß der Anteil der Teilchen, die in einem
geegneten Größenbereich liegen, niedrig und die Produktivität
schlecht ist. Beim Pulverisierungsverfahren können solche ungeeigneten
Teilchen, die durch Klassieren entfernt worden
sind, wiederverwendet werden, indem sie mit einer Ausgangssubstanz
vermischt und verknetet werden. Es ist jedoch zur
Zeit schwierig, Polymerteilchen mit ungeeigneten Teilchengrößen,
die bei der Suspensionspolymerisation erzeugt werden,
wiederzuverwenden. Infolgedessen ist es zur Lösung des vorstehend
erwähnten Problems notwendig, Teilchen einer monomerhaltigen
Mischun bzw. Monomemischung herzustellen, die dazu
befähigt sind, beständig und mit guter Ausbeute beim Granulierungsschritt
einen Toner mit einer gewünschten End-Teilchengrößenverteilung
zu liefern. Das gebräuchliche Suspensionspolymerisationsverfahren
weist in dieser Hinsicht viele Probleme
auf.
Bei dem Suspensionspolymerisationsverfahren werden die Hauptschritte
in einem flüssigen Medium (im allgemeinen in Wasser)
durchgeführt, und beim Granulierungsschritt wird ein Dispersionsstabilisator
verwendet, um Teilchen einer monomerhaltigen
Mischung bzw. Monomermischung zu bilden und die Teilchen zu
stabilisieren. Als Dispersionsstabilisator können im allgemeinen
ein kaum wasserlösliches oder im wesentlichen wasserunlösliches
anorganisches Feinpulver aus z. B. BaSO₄, CaSO₄, CaCO₃
oder Kieselsäure (Siliciumdioxid) und ein wasserlösliches
Polymer wie z. B. Polyvinylalkohol oder Gelatine oder eine
wasserlösliche oberflächenaktive Substanz einzeln oder in Kombination
verwendet werden. Ein solcher Dispersionsstabilisator
hat für seine Funktion eine starke Affinität zu Wasser. Wenn
ein Dispersionsstabilisator in einem Toner zurückbleibt, wird
infolgedessen bewirkt, daß der Toner hauptsächlich wegen einer
Abnahme der Aufladbarkeit ein vermindertes Entwicklungvermögen
hat und einen verminderten Wirkungsgrad der Übertragung
zeigt. Besonders unter der Bedingung einer hohen Feuchtgkeit
tritt eine Verschlechterung der Bildqualität auf, die auf eine
Abnahme der Bilddichte der kopierten Bilder, eine Verminderung
der Auflösung, die Erzeugung unscharfer Bilder und ein Verstreuen
von Toner zurückzuführen ist. Als Ergebnis ist es notwendig,
die Menge eines Dispersionsstabilisators herabzusetzen,
während mit einer geringen Menge des Dispersionsstabilisators
eine geringere Teilchengöße und eine scharfe Teilchengrößenverteilung
erzielt werden. Eine Änderung der Art des
Dispersionsstabilisators und eine Herabsetzung seiner Menge
auf ein Minimum sind durchgeführt worden. Wenn die Menge eines
Dispersionsstabilisators in einem üblichen Dispersionssystem
herabgesetzt wird, vergröbert sich jedoch die Größe der erhaltenen
Teilchen einer monomerhaltigen Mischung bzw. Monomermischung,
und die Teilchen haben eine breite Verteilung, so daß
häufig eine sekundäre Agglomerierung der Teilchen eintritt und
die Erzielung einer geeigenten Teilchengröße schwierig wird.
Es wird folglich ein schwieriges Problem, wenn ein Toner mit
einer geringeren Teilchengröße benötigt wird.
Die Erfinder haben unter Beachtung der Wichtigkeit des Granulierungsschrittes
ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt, um
die Probleme zu lösen, die die Herstellung eines Toners durch
Suspensionspolymerisation begleiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung eines Toners für die Entwicklung elektrostatischer
Ladungsbilder durch Suspensionspolymerisation bereitzustellen,
mit dem in wirksamer Weise ein Toner, der eine außerordentlich
enge Teilchengrößenverteilung hat, hergestellt werden
kann, während die mittlere Teilchengröße leicht gesteuert
werden kann.
Durch die Erfindung soll auch ein Verfahren zur wirksamen Herstellung
eines Trockentoners mit einer geringen Teilchengröße
bereitgestellt werden.
Ferner soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Toners mit einer gleichmäßigen und scharfen Teilchengrößenverteilung
durch Verwendung einer geringen Menge eines
feinpulverförmigen Dispersionsstabilisators bei der Herstellung
des Toners durch Suspensionspolymerisation bereitgestellt
werden.
Des weiteren soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Toners bereitgestellt werden, der gute Pulvereigenschaften
hat und auch ein gutes Entwicklungs-, Übertragungs-,
Fixier- und Reinigungsverhalten zeigt.
Außerdem soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Toners mit niedrigen Kosten und guter Produktivität
bereitgestellt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung
eines Toners für die Entwicklung elektrostatischer
Ladungsbilder gelöst, bei dem:
- a) eine monomerhaltige Mischung, die mindestens ein polymerisierbares Monomer und ein Farbmittel enthält, in einem flüssigen Dispergiermittel, das einen feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator enthält, wobei das Monomer und das Dispergiermittel im wesentlichen nicht gegenseitig löslich sind, vordispergiert wird, um dadurch eine flüssige Dispersion zu bilden, die die vordispergierte monomerhaltige Mischung enthält,
- b) die flüssige Dispersion unter einen Druck bis zu 98,1 N/cm² oder darüber gesetzt wird,
- c) die Dispersion in einen Niederdruckbereich ausgesstoßen wird, um Teilchen der monomerhaltigen Mischung zu bilden, und
- d) die Teilchen der monomerhaltigen Mischung einer Suspensionspolymerisation unterzogen werden, um dadurch Tonerteilchen herzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Homogenisiervorrichtung
erläutert, die bei dem erfindungsgemäßen Granulierungsschritt
verwendet werden kann;
Fig. 2 bis 4 sind Flußdiagramme und zeigen jeweils Schritte,
die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
enthalten sind, und
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Entwicklungsvorrichtung
veranschaulicht, die zur Bewertung der elektrophotografischen
Eigenschaften von Polymerisationstonern, die in
erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten
worden sind, angewandt wird.
Als Beispiel für eine Vorrichtung zur Ganulierung oder zur
Bildung von Teilchen (in die Tröpfchen einbezogen sein sollen),
die bei dem erfindungsgemäßen Tonerherstellungsverfahren in
dem mit dem Ausstoßen oder Ausschleudern einer flüssigen Dispersion
verbundenen Granulierungsschritt angewandt wird, kann
eine Kolben-Hochdruckhomogenisiervorrichtung erwähnt werden,
die durch Gaulin Corp. hergestellt wird. Die Hochdruckhomogenisiervorrichtung
enthält einen Druckausübungsmechanismus, der
dazu dient, eine Verfahrensflüssigkeit unter Druck zu setzen,
einen Ventilmechanismus zum Ausstoßen oder Ausschleudern der
unter Druck gesetzten Verfahrensflüssigkeit und einen Aufprallmechanismus
zum Bewirken eines Aufpralls der ausgestoßenen
Verfahrensflüssigkeit. Die Erfinder haben die Erfahrung
gemacht, daß die vorstehend erwähnte Vorrichtung für die Bildung
von Teilchen oder Tröpfchen mit Größen im Bereich von Mikrometern
in Gegenwert eines feinpulverförmigen Dispersionsstabilisators
geeignet ist.
Die Erfindung wird anhand einer Ausführungform, bei der als
Granulierungsvorrichtung eine Kolben-Hochdruckhomogenisiervorrichtung
verwendet wird, unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.
Eine monomerhaltige Mischung, die ein polymerisierbares
Monomer wie z. B. Styrol, ein Farbmittel wie z. B. Ruß und einen
Polymerisationsinitiator enthält, wird zur Vorgranulierung in
einem flüssigen Dispergiermittel in Gegenwart eines festen,
feinpulverförmigen Dispersionsstabilisators wie z. B. Siliciumdioxid-
Feinpulver durch eine Dispergiervorrichtung wie z. B.
einen Rührmischer mit hoher Scherkraft vordispergiert. Die auf
diese Weise vorgranulierten Teilchen oder Tröpfchen der monomerhaltigen
Mischung bleiben auch nach Beendigung des Rührens
durch die Rührvorrichtung eine Zeitlang im Teilchenzustand,
weil auf der Oberfläche der Teilchen der feinpulverförmige
Dispersionsstabilisator vorhanden ist.
Eine flüssige Dispersion 1, die die vordispergierte monomerhaltige
Mischung enthält, wird unter einen vorgeschriebenen
Druck bis zu 98,1 N/cm² oder darüber gesetzt und wird einem
Hochdruckbereich 2 zugeführt. In der vorstehend erwähnten Homogenisiervorrichtung
wird als Druckausübungsmechanismus eine
volumetrische Tauchkolbenpumpe verwendet, da sie ausgezeichnete
Dosiereigenschaften hat und eine beliebige Einstellung des
Druckes ermöglicht. Die unter Druck gesetzte Dispersion 1 wird
wegen einer Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbereich 2 und
einem Niederdruckbereich 7 durch einen Zwischenraum 5 zwischen
einer Ventilplatte 3 und einem Ventil 4, die einen Ventilmechanismus
bilden, in Richtung auf einen Aufprallring 6, der
als Aufprallmechanismus dient, ausgestoßen und auf den Aufprallring
6 aufprallen bzw. auftreffen gelassen. Als Ergebnis
werden die groben Teilchen der monomerhaltigen Mischung in
feine Teilchen umgewandelt.
Ferner werden Agglomerate eines feinpulverförmigen Dispersionsstabilisators,
die ihre Funktion nicht wirksam ausüben,
weiter zerkleinert und erreichen die Form einzelner feiner
Teilchen, so daß das Dispersionsstabilisierungsvermögen insgesamt
erhöht wird. Die feinen Teilchen der monomerhaltigen Mischung
werden folglich durch den feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator
mit einer verbesserten Stabilisierungsfunktion
geschützt. Als Ergebnis ist die Möglichkeit einer weiteren
Verbindung von Teilchen selbst in dem Fall viel geringer
als bei dem üblichen Granulierungsverfahren, daß die dispergierten
Teilchen ferner einmal oder öfter zusätzlich unter
Druck gesetzt und granuliert werden, wenn durch einen einzigen
Granulierungsschritt keine scharfe Teilchengrößenverteilung
erzielt worden ist.
Im Fall der Bildung von Teilchen der monomerhaltigen Mischung
mit einer Teilchengröße von 1 bis 10 µm werden im allgemeinen
2 bis 10 Zyklen des Druckausübungsschrittes und des Granulierungsschrittes
wiederholt durchgeführt, wobei die Zahl der
Zyklen beispielsweise in Abhängigkeit von der Viskosität der
monomerhaltigen Mischung und von der Menge des Dispersionsstabilisators
verändert werden kann.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, Tonerteilchen
kontinuierlich durch einen Vordispergierschritt, einen Druckausübungsschritt,
einen Granulierschritt und einen Polymerisationsschritt
herzustellen, wie es in Fig. 2 gezeigt wird.
Um eine scharfe Teilchengrößenverteilung zu erhalten, wird
die Dispersion nach Beendigung des ersten Zyklus des Druckausübungsschrittes
und des Granulierungsschrittes vorzugsweise
kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Kreislauf zurückgeführt,
um den Druckausübungsschritt und den Granulierungsschritt
zu wiederholen, wie es in Fig. 3 gezeigt wird. Es ist
auch möglich, den Druckausübungsschritt und den Granulierungsschritt
der Reihe nach n-mal zu wiederholen, wie es in Fig. 4
gezeigt wird, wobei n im allgemeinen 1 bis 9 beträgt.
Das Vordispergieren einer monomerhaltigen Mischung in einem
flüssigen Dispergiermittel wird unter Anwendung eines Mischers
mit hoher Scherkraft wie z. B. eines TK-Homomixers durchgeführt.
Das Vordispergieren kann 1 bis 60 min lang durchgeführt
werden. Die monomerhaltige Mischung kann bereits in diesem
Stadium einen Polymerisationsinitiator enthalten. Alternativ
kann ein Polymerisationsverfahren nach dem Granulierungsschritt
in ein flüssiges Medium bzw. Dispergiermittel hineingegeben
werden, das Teilchen der monomerhaltigen Mischung
enthält und auf die Polymerisationstemperatur eingestellt ist,
um dadurch eine Suspensionspolymerisation zu bewirken.
Die flüssige Dispersion, die im Vordispergierschritt hergestellt
worden ist, wird unter einen Druck bis zu 98,1 N/cm²
oder darüber gesetzt, damit sie durch einen Zwischenraum bzw.
Spalt oder eine Düse hindurch in einen Niederdruckbereich ausgestoßen
und in feine Teilchen zerteilt wird. Bei einem Druck
von weniger als 98,1 N/cm² (= 0,0981 kN/cm²) ist die Druckdifferenz
zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckbereich gering,
so daß die Ausstoßgeschwindigkeit der Dispersion ungenügend
wird und kein wirksamer Granulier- oder Zerteilungseffekt
erzielt werden kann. Damit die Dispersion mit einer hohen Geschwindigkeit
ausgestoßen wird und auf einen Aufprallmechanismus
aufprallt, wird die Dispersion vorzugsweise unter einen
Druck von 0,981 bis 6,86 kN/cm² und insbesondere etwa 2,94 bis
6,37 kN/cm² gesetzt, damit zwischen dem Hochdruck- und dem
Niederdruckbereich eine Druckdifferenz erzielt wird, die etwa
0,981 kN/cm² oder mehr und insbesondere etwa 2,94 bis 6,37 kN/cm²
beträgt. Die monomerhaltige Mischung, die in der Dispersion,
die mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßen wird,
enthalten ist, kann unter der steuernden Wirkung des feinpulverförmigen
Dispersionsstabilisators leicht in Teilchen mit
einer Teilchengröße von etwa 1 bis 10 µm zerteilt werden. In
dem Fall, daß die mittlere Teilchengröße (Massemittel) der
Teilchen der monomerhaltigen Mischung in der Dispersion nach
der Granulierung einen vorgeschriebenen Wert nicht erreicht
hat, kann die Dispersion zu dem Druckausübungsschritt zurückgeführt
und nochmals granuliert werden. Die Rückführungszahl
(die Zahl der Durchgänge) kann vorzugsweise 2 bis 10 betragen.
Im Fall der nochmaligen Granulierung werden grobe Teilchen in
feine Teilchen umgewandelt, und Teilchen mit einer vorgeschriebenen
Größe werden durch den feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator,
der ein erhöhtes Dispersionsstabilisierungsvermögen
hat, geschützt, so daß die Möglichkeit einer
weiteren Verminderung der Größe sehr gering ist und die erhaltene
Teilchengrößenverteilung sehr scharf wird.
Die Flüssigkeitstemperatur beim Granulierungsschritt kann auf
einen derartigen Wert eingestellt werden, daß die Viskosität
der monomerhaltigen Mischung 1 mPa·s bis 100 Pa·s und vorzugsweise
10 mPa·s bis 100 Pa·s beträgt, so daß die erhaltenen
Teilchen der monomerhaltigen Mischung eine Teilchengröße von 1
bis 10 µm haben, die eine mittlere Teilchengröße (Massemittel)
von 1 bis 10 µm eines zur Entwicklung dienenden Toners liefert.
Als flüssiges Dispergiermittel wird Wasser oder ein wäßriges
Medium, das hauptsächlich aus Wasser besteht, verwendet, so
daß die Temperatur der flüssigen Dispersion vorzugsweise auf
20 bis 80°C und insbesondere auf 40 bis 70°C eingestellt werden
kann.
Das flüssige Dispergiermittel kann in der Dispersion vorzugsweise
in einer Menge von 100 bis 5000 Masseteilen und insbesondere
von 200 bis 1000 Masseteilen je 100 Masseteile der monomerhaltigen
Mischung vorhanden sein, und der feinpulverförmige
Dispersionsstabilisator kann in einer Menge von 0,1 bis
15 Masse%, vorzugsweise 1 bis 10 Masse% und insbesondere 3 bis
8 Masse%, bezogen auf das flüssige Dispergiermittel, verwendet
werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Teilchen der monomerhaltigen
Mischung mit einer gleichmäßigen mittleren Teilchengröße
(Massemittel) von etwa 1 bis 10 µm unter Verwendung
einer Menge eines feinpulverförmigen Dispersionsstabilisators
gebildet werden, die im Vergleich zu einem Fall, in dem ein
Rührer mit hoher Schwerkraft verwendet wird, wie er bisher oft
für die Bildung von Teilchen eine monomerhaltigen Mischung
verwendet wurde, etwa 1/2 bis 1/10 beträgt. Es ist auch möglich,
die Granulierung in einer kürzeren Zeit als bisher
durchzuführen.
Die polymerisierbaren Monomere, die im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet werden können, können Monomere mit einer reaktionsfähigen
Doppelbindung wie z. B.
sein. Zu Beispielen
dafür gehören: Styrol und seine Derivate wie z. B. o-Methylstyrol, m-Methylstyrol, p-Methylstyrol, p-Methoxystyrol,
p-Phenylstyrol, p-Chlorstyrol, 3,4-Dichlorstyrol, p-Ethylstyrol,
2,4-Dimethylstyrol, p-n-Butylstyrol, p-t-Butylstyrol, p-
n-Hexylstyrol, p-n-Octylstyrol, p-n-Nonylstyrol, p-n-Decylstyrol
und p-n-Dodecylstyrol; Ethylen oder andere Monoolefine wie
z. B. Propylen, Butylen und Isobutylen; Vinylhalogenide wie
z. B. Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylbromid und Vinylfluorid;
Vinylester wie z. B. Vinylacetat, Vinylpropionat und
Vinylbenzoat; Ester von aliphatischen Monocarabonsäuren mit einer
α-Methylengruppe, beispielsweise Methacrylsäureester wie
z. B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat,
n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, n-Octylmethacrylat,
Dodecylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Stearylmethacrylat
und Phenylmethacrylat und Acrylsäureester wie z. B. Methylacrylat,
Ethylacrylat, Propylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat,
n-Octylacrylat, Dodecylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat,
Stearylacrylat, 2-Chlorethylacrylat und Phenylacrylat;
Maleinsäure und Maleinsäurehalbester; Vinylether wie z. B. Vinylmethylether,
Vinylethylether und Vinylisobutyether; Vinylketone
wie z. B. Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon;
N-Vinylverbindungen wie z. B. N-Vinylpyrrol,
n-Vinylcarbazol, N-Vinylindol und N-Vinylpyrrolidon; Vinylnaphthaline
und Derivate von Acrylsäure und Methacrylsäure wie
z. B. Acrylnitril, Methacrylnitril und Acrylamid. Diese Monomere
können entweder einzeln oder in Form einer Mischung von
zwei oder mehr als zwei Arten verwendet werden. Unter diesen
Monomeren wird im Hinblick auf die Entwicklungseigenschaften
und die Haltbarkeit des resultierenden Toners vorzugsweise
Styrol oder ein Styrolderivat allein oder in Kombination mit
einem anderen Monomer verwendet.
In die monomerhaltige Mischung wird vorzugsweise eine Verbindung
mit einer niedrigen Erweichungstemperatur, die Trennvermögen
zeigt, wozu Wachse wie z. B. Paraffinwachs und niedermolekulare
Polyolefine wie z. B. niedermolekulares Polyethylen
und niedermolekulares Polypropylen gehören, eingemischt, um
die Fixierbarkeit und die Beständigkeit gegen das Offset- Phänomen
beim Fixieren mit einer Heißwalze zu verbessern. Die
Verbindung mit niedriger Erweichungstemperatur kann in einer
Menge von 1 bis 300 Masseteilen je 100 Masseteile des polymerisierbaren
Monomers zugegeben werden.
Zu Beispielen für die Verbindung mit niedriger Erweichungstemperatur
gehören Paraffine, Wachse, niedermolekulare Polyolefine,
modifizierte Wachse mit aromatischen Gruppen, Naturwachse,
langkettige Carbonsäuren mit einer langen Kohlenwasserstoffkette
oder längere aliphatische Ketten,
die 12 oder mehr Kohlenstoffatome enthalten, und ihre
Ester. Verschiedene Verbindungen mit niedriger Erweichungstemperatur
können gemischt werden. Zu Beispielen für im Handel
erhältliche Produkte gehören Paraffin Wax (Nihon Sekiyu K.K.) Paraffin Wax (Nihon Seiro K.K.), Microwax (Nihon Sekiyu K.K.),
Microcrystalline Wax (Nihon Seiro K.K.), Hard Paraffin Wax
(Nihon Seiro K.K.), PE-130 (Hoechst), Mitsui Hi-Wax 110P
(Mitsui Sekiyu Kagaku K.K.), Mitsui Hi-Wax 220P (dto.), Mitsui
Hi-Wax 660P (dto.), Mitsui Hi-Wax 320P (dto.), Mitsui Hi-Wax
410P (dto.), Mitsui Hi-Wax 420P (dto.), Hiletz T-100X (dto.),
Hiletz T-200X (dto.), Hiletz T-300X (dto.), Petrosin 80
(dto.), Petrosin 100 (dto.), Petrosin 120 (dto.), Tack Ace
A-100 (dto.), Tack Ace F-100 (dto.), Tack Ace B-60 (dto.), Modified
Wax JC-2130 (dto.), Modified Wax JC-4020 (dto.), Modified
Wax JC-1142 (dto.), Modified Wax JC-5020 (dto.); Bienenwachs,
Carnaubawachs und Montanwachs.
Es ist auch möglich, in die Mischung, die ein polymerisierbares
Monomer enthält, ein Vernetzungsmittel, für das nachstehend
Beispiele erwähnt werden, einzumischen, damit ein vernetztes
Polymer erzeugt wird. Ein Vernetzungsmittel wird vorzugsweise
besonders in dem Fall in die monomerhaltige Mischung
hineingegeben, daß in die monomerhaltige Mischung kein Polymer,
kein Copolymer oder kein Cyclokautschuk hineingegeben
wird.
Zu Beispielen für das Vernetzungsmittel können geeigneterweise
gehören: Divinylbenzol, Divinylnaphthalin, Divinylether, Divinylsulfon,
Diethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldimethacrylat,
Ethylenglykoldimethacrylat, Polyethylenglykoldimethacrylat,
Diethylenglykoldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat,
1,3-Butylenglykoldimethacrylat, 1,6-Hexanglykoldimethacrylat,
Neopentylglykoldimethacrylat, Dipropylenglykoldimethacrylat,
Polypropylenglykoldimethacrylat, 2,2'-Bis(4-methacryloxydiethoxyphenyl)propan,
2,2'-Bis(4-acryloxydiethoxyphenyl)propan,
Trimethylolpropantrimethacrylat, Trimethylolpropantriacat,
Tetramethylolmethantetraacrylat, Dibromneopentylglykoldimethacrylat
und Diallylphthalat.
Wenn solch ein Vernetzungsmittel in einer übermäßigen Menge
verwendet wird, verlieren die erhaltenen Tonerteilchen ihre
Schmelzbarkeit und zeigen eine schlechte Fixierbarkeit. Wenn
die Menge des Vernetzungsmittels zu gering ist, verschlechtern
sich Eigenschaften wie z. B. die Beständigkeit gegen das Offset-Phänomen,
die Beständigkeit gegen unerwünschtes Ankleben
bzw. die Antiblockiereigenschaft und die Haltbarkeit, so daß
es schwierig wird, das Offset-Phänomen zu verhindern, das darin
besteht, daß beim Fixieren mit einer Heiß-Druckwalze ein
Teil des Toners nicht vollständig auf dem Papier fixiert wird,
sondern an der Oberfläche einer Walze fixiert und dann wieder
auf das nächste Blatt Papier übertragen wird. Die Menge, in
der das Vernetzungsmittel verwendet wird, kann aus diesen
Gründen zweckmäßigerweise 0,001 bis 15 Masse% und vorzugsweise
0,1 bis 10 Masse% des polymerisierbaren Monomers betragen.
Die monomerhaltige Mischung enthält ein Farbmittel. Das Farbmittel
kann aus bekannten Farbstoffen oder Pigmenten wie z. B.
Ruß oder gepfropftem Ruß, der erhalten wird, indem die Oberfläche
von Ruß mit einem Harz überzogen wird, bestehen. Das
Farbmittel kann in einem Anteil von 0,1 bis 30 Masse%, bezogen
auf die Menge des polymerisierbaren Monomers, enthalten sein.
Gewünschtenfalls ist es möglich, in den Toner einen Ladungssteuerstoff
oder ein Mittel zur Verbesserung des Fließvermögens
hineinzugeben (Zugabe von innen). Solch ein Ladungssteuerstoff
oder ein solches Mittel zur Verbesserung des Fließvermögens
kann auch mit den Tonerteilchen vermischt werden (Zugabe
von außen). Der Ladungssteuerstoff kann beispielsweise ein
Metallkomplex einer organischen Verbindung mit einer Carboxylgruppe
oder einer stickstoffhaltigen Gruppe, ein metallhaltiger
Farbstoff oder ein Nigrosin sein. Das Mittel zur Verbesserung
des Fließvermögens oder ein Reinigungshilfsmittel für die
Oberfläche einer Einrichtung, die ein Ladungsbild trägt (eines
lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials) kann beispielsweise
kolloidales Siliciumdioxid oder ein Metallsalz einer
aliphatischen Säure sein. Es ist auch möglich, in den Toner
einen als Streckmittel dienenden Füllstoff wie z. B. Calciumcarbonat
oder feinpulverförmiges Siliciumdioxid in einer Menge
von 0,5 bis 20 Masse% einzumischen. Ferner ist es möglich, ein
Mittel zur Verbesserung des Fließvermögens wie z. B. Polytetrafluorethylen-Feinpulver
oder Zinkstearatpulver hinzugeben,
um das Agglomerat der Tonerteilchen zu zerkleinern und das
Fließvermögen zu verbessern.
Zur Herstellung eines magnetischen Polymerisationstoners werden
in die monomerhaltige Mischung magnetische Teilchen hineingegeben.
Die magnetischen Teilchen dienen in diesem Fall
auch als Farbmittel. Die magnetischen Teilchen, die im Rahmen
der Erfindung verwendbar sind, können Substanzen sein, die magnetisierbar
sind, wenn sie in ein magnetisches Feld hineingebracht
werden, beispielsweise Pulver aus einem ferromagnetischen
Metall wie z. B. Eisen, Cobalt oder Nickel oder aus einer
Legierung oder Verbindung eine ferromagnetischen Metalls wie
z. B. Magnetit, Hämatit oder Ferrit. Die magnetischen Teilchen
können eine Teilchengröße von 0,05 bis 5 µm und vorzugsweise
von 0,1 bis 1 µm haben. Um einen magnetischen Toner mit geringer
Teilchengröße herzustellen, werden vorzugsweise magnetische
Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,8 µm oder weniger
verwendet. Der auf die Masse der monomerhaltigen Mischung bezogene
Gehalt der magnetischen Teilchen kann geeigneterweise 5
bis 70 Masse%, vorzugsweise 10 bis 60 Masse% und insbesondere
20 bis 50 Masse% betragen. Es ist möglich, daß die magnetischen
Teilchen mit einem Behandlungsmittel wie z. B. einem als
Haftmittel dienenden Silan oder Titanat oder mit einem geeigneten
reaktionsfähigen Harz behandelt worden sind. In diesem
Fall kann eine Menge des Behandlungsmittels von 5 Masse% oder
weniger und vorzugsweise von 0,1 bis 3 Masse% eine ausreichende
Dispergierbarkeit der magnetischen Teilchen in dem polymerisierbaren
Monomer liefern, während die Tonereigenschaften
nicht beeinträchtigt werden. Es ist auch möglich, eine Mischung
aus lipophileen magnetischen Teilchen und hydrophilen
magnetischen Teilchen zu verwenden.
Den Erfindern ist bekannt, daß im Fall der Verwendung eines
wasserlöslichen Initiators bewirkt wird, daß der erhaltene Polymerisationstoner
eine niedrige Feuchtigkeitsbeständigkeit
hat und unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und einer
hohen Feuchtigkeit den Nachteil einer Verschlechterung der
Entwicklungseigenschaften und der Beständigkeit gegen unerwünschtes
Ankleben bzw. der Antiblockiereigenschaften zeigt. Aus
diesem Grund wird es zur Herstellung eines Polymerisationstoners,
der bezüglich des Einflusses von Umgebungsbedingungen
ausgezeichnete Eigenschaften hat, bevorzugt, einen im wesentlichen
wasserunöslichen Polymerisationsinitiator zu verwenden.
Im einzelnen hat der im wesentlichen wasserunlösliche Polymerisationsinitiator,
der im Rahmen der Erfindung vorzugsweise
verwendet wird, bei Raumtemperatur eine Löslichkeit in
100 g Wasser, die 1 g oder weniger, vorzugsweise 0,5 g oder
weniger und insbesonder 0,2 g oder weniger beträgt. Wenn die
Löslichkeit mehr als 1 g in 100 g Wasser beträgt, vermindert
das Zersetzungsprodukt des Initiators, das auf den Oberflächen
der Teilchen des Polymerisationstoners zurückbleibt, in unerwünschter
Weise die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Polymerisationstoners.
Der Polymerisationsinitiator, der im Rahmen der
Erfindung verwendet wird, ist in dem polymerisierbaren Monomer
löslich und hat die Eigenschaft, daß er sich in dem üblicherweise
verwendeten Mengenbereich (1 bis 10 Masseteile je 100
Masseteile des Monomers) gut in dem Monomer löst. Als Beispiele
für die Polymerisationsinitiatoren, die im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendbar sind, können Polymerisationsinitiatoren
des Azo- oder Bisazotyps wie z. B. 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril),
2,2'-Azobisisobutyronitril, 1,1'-Azobis(cyclohexan-1-carbonitril)
und 2,2'-Azobis-4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril
und Polymerisationsinitiatoren vom Peroxidtyp
wie z. B. Benzoylperoxid, Methylethylketonperoxid, Isopropylperoxycarbonat,
Cumolhydroperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid
und Lauroylperoxid erwähnt werden. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung eines Toners wird es bevorzugt, daß
der Polymerisationsinitiator einen Schmelzpunkt hat, der so
hoch wie oder niedriger als die Polymerisationstemperatur ist
(im allgemeinen 50°C oder darüber). Es wird auch bevorzugt,
eine Mischung aus zwei oder mehr als zwei Polymerisationsinitiatoren
zu verwenden, um das Molekulargewicht des resultierenden
Polymers zu steuern oder um die Reaktionsdauer zu regulieren.
Der Polymerisationsinitiator kann eine Menge von 0,1 bis
20 Masseteilen und vorzugsweise von 1 bis 10 Masseteilen je
100 Masseteile des polymerisierbaren Monomers verwendet werden.
Bei einer Menge von weniger als 0,1 Masseteilen ist es
schwierig, den Initiator gleichmäßig auf die einzelnen Teilchen
der monomerhaltigen Mischung zu verteilen. Eine Menge von
mehr als 20 Masseteilen ist zu groß und führt zu einem zu niedrigen
Molekulargewicht des Polymerisationsprodukts und zu einer
Zunahme der Neigung zu einem ungleichmäßigen Ablauf der
Polymerisation.
Die Suspensionspolymerisation wird im allgemeinen bei einer
Polymerisationstemperatur von 50°C oder höher durchgeführt,
und die Obergrenze der Temperatur kann unter Berücksichtigung
der Zersetzungsgeschwindigkeit des Polymerisationsinitiators
festgelegt werden. Ein zu hohe Polymerisationstemperatur ist
nicht erwünscht, weil sich der Polymerisationsinitiator zu
schnell zersetzt.
Nachdem bestätigt worden ist, daß die erhaltenen Teilchen der
monomerhaltigen Mischung eine vorgeschriebene Teilchengröße
haben, wird die Temperatur des wäßrigen Mediums, das die Teilchen
enthält, auf eine Polymerisationstemperatur (z. B. 55 bis
70°C) eingestellt, wodurch eine Suspensionspolymerisation bewirkt
wird.
Wenn zu einem polymerisierbaren Monomer, das polymerisiert
werden soll, ein polares Polymer (wozu Copolymere zählen) oder
ein Cyclokautschuk hinzugegeben wird, kann ein bevorzugter Polymerisationstoner
erhalten werden, der eine Pseudo-Kapselstruktur
hat. Das polare Polymer oder der Cyclokautschuk kann
vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 50 Masseteilen und
insbesondere von 1 bis 40 Masseteilen je 100 Masseteile des
polymerisierbaren Monomers zugegeben werden. Bei einer Menge
von weniger als 0,5 Masseteilen ist es schwierig, eine erwünschte
Pseudo-Kapselstruktur zu erzielen. Bei einer Menge
von mehr als 50 Masseteilen tritt eine zunehmende Neigung zu
einer Verschlechterung der Eigenschaften des Polymerisationstoners
auf, weil die Menge des polymerisierbaren Monomers unzureichend
wird. Es wird bevorzugt, daß eine Mischung, die ein
polymerisierbares Monomer und das polare Polymer oder den
Cyclokautschuk, der hinzugegeben worden ist, enthält, in einem
wäßrigen Medium suspendiert wird, das ein darin dispergiertes
Dispergierhilfsmittel enthält, wobei das Dispergierhilfsmittel
mit einer Polarität aufladbar ist, die der Polarität des polaren
Polymers oder des Cyclokautschuks entgegengesetzt ist.
Das kationische Polymer (wozu Copolymere zählen), das anionische
Polymer (wozu Copolymere zählen) oder der anionische Cyclokautschuk,
der in der Mischung, die ein polymerisierbares
Monomer enthält, vorhanden ist, übt an der Oberfläche der tonerbildenden
Teilchen auf das mit entgegengesetzter Polarität
aufladbare anionische oder kationische Dispergierhilfsmittel,
das in dem wäßrigen Medium bzw. Dispergiermittel dispergiert
ist, eine elektrostatische Kraft aus, so daß das Dispergierhilfsmittel
die Oberfläche der Teilchen bedeckt, wodurch es
eine Koaleszenz der Teilchen miteinander verhindert und die
Dispersion stabilisiert. Da sich das polare Polymer oder der
Cyclokautschuk, der hinzugegeben worden ist, an der Oberflächenschicht
der Teilchen ansammelt, wird außerdem eine Art
Hülle gebildet, so daß die Teilchen eine Pseudokapselstruktur
erhalten. Das polare Polymer oder der Cyclokautschuk mit einem
relativ hohen Molekulargewicht, der sich auf diese Weise an
den Teilchenoberflächen angesammelt hat, umhüllt eine große
Menge der in ihrem Inneren befindlichen Verbindung mit niedriger
Erweichungstemperatur, wodurch die Teilchen des erfindungsgemäßen
Polymerisationstoners ausgezeichnete Antiblockiereigenschaften
und Entwicklungseigenschaften und eine hervorragende
Abriebsbeständigkeit erhalten. Beispiele für das polare
Polymer (wozu Copolymere zählen und wobei auch Cyclokautschuk
eingeschlossen ist) und für das feinpulverförmige Dispergierhilfsmittel
oder den feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator,
der aufladbar ist, die im Rahmen der Erfindung verwendet
werden können, werden nachstehend erwähnt.
Ein polares Polymer mit einem durch Gel-Permeations-Chromatographie
(GPC) gemessenen Durchschnittsmolekulargewicht (Massemittel)
von 5000 bis 500 000 wird wegen der guten Löslichkeit
in dem polymerisierbaren Monomer und wegen der Eigenschaft bevorzugt,
daß es einen haltbaren Toner liefert.
- (a) Kationische Polymere: Polymere von stickstoffhaltigen Monomeren wie z. B. Dimethylaminoethylmethacrylat und Diethylaminoethylacrylat; Copolymere von Styrol und einem solchen stickstoffhaltigen Monomer und ein ternäres Copolymer von Styrol, einem ungesättigten Carbonsäureester und einem solchen stickstoffhaltigen Monomer.
- (b) Anionische Polymere: Polymere oder Copolymere von anionischen Monomeren einschließlich Nitrilmonomeren wie z. B. Acylnitril, halogenhaltigen Monomeren wie z. B. Vinylchlorid, ungesättigten Carbonsäuren wie z. B. Acrylsäure, ungesättigten zweibasigen Säuren und Anhydriden ungesättigter zweibasiger Säuren und Copolymere von Styrol und einem solchen anionischen Monomer. Auch Cyclokautschuk kann als anionischer Polymer verwendet werden.
- Der feinpulverförmige Dispersionsstabilisators bzw. das feinpulverförmige Dispergierhilfsmittel kann vorzugsweise ein kaum wasserlösliches oder im wesentlichen wasserunlösliches anorganisches Feinpulver sein, das in der Lage ist, die Dispersion der Teilchen der monomerhaltigen Mischung in einem wäßrigen Medium zu stabilisieren. Die auf das Wasser bezogen Menge, in der das Dispergierhilfsmittel zugegeben wird, kann vorzugsweise 0,1 bis 50 Masse% und insbesondere 1 bis 20 Masse% betragen.
- (c) Anionisches Dispergierhilfsmittel: kolloidales Siliciumdioxid wie z. B. Aerosil #200, #300 (Nihon Aerosil K.K.), Nipsil E-220A (Nihon Silica) und Finesil T-32 (Tokuyama Soda K.K.).
- (d) Kationisches Dispergierhilfsmittel: Aluminiumoxid, Magnesiumhydroxid und hydrophiles, positiv aufladbares Siliciumdioxid-Feinpulfer wie z. B. aminoalkylmodifiziertes kolloidales Siliciumdioxid, das durch Behandlung mit einem Haftmittel erhalten wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein feinpulverförmiger
Dispersionsstabilisator verwendet, jedoch ist es nicht unbedingt
notwendig, in einem flüssigen Medium bzw. Dispergiermittel
ein polares Polymer oder ein feinpulverförmiges Dispergierhilfsmittel,
das mit einer dem polaren Polymer entgegengesetzten
Polarität aufladbar ist, zu verwenden.
Es ist ferner möglich, in das wäßrige Medium Dispergiermittel
einen geeigneten Dispersionsstabilisator hineinzugeben.
Zu Beispielen für solch einen Dispersionsstabilisator gehören
Polyvinylalkohol, Gelatine, Methylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose,
Ethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose,
Polyacrylsäure und Salze davon, Stärkegummi, Alginsäuresalze,
Zein, Casein, Tricalcumphosphat, Talk, Bariumsulfat, Bentonit,
Aluminiumhydroxid, Eisen(III)-hydroxid, Titanhydroxid und
Thoriumhydroxid. Eine oder mehr als eine dieser Verbindungen
kann zu dem wäßrigen Medium bzw. Dispergiermittel in einer
Menge hinzugegeben werden, durch die das erfindungsgemäße Verfahren
nicht beeinträchtigt wird.
Um ein gleichmäßiges Dispergieren des anorganischen Dispersionsstabilisators
zu bewirken, ist es möglich, eine oberflächenaktive
Substanz in einer Menge zuzugeben, durch die das erfindungsgemäße
Verfahren nicht beeinträchtigt wird. Die
oberflächenaktive Substanz wird verwendet, um den vorstehend
erwähnten Dispersionsstabilisator darin zu unterstützen, daß
er die vorgeschriebene Funktion zeigt. Zu einzelnen Beispielen
für solch eine oberflächenaktive Substanz gehören: Natriumdodecylbenzolsulfonat,
Natriumtetradecylsulfat, Natriumpentadecylsulfat,
Natriumoctylsulfat, Natriumallyl-alkyl-polyethersulfonat,
Natriumoleat, Natriumlaurat, Natriumcaprinat, Natriumcapronat,
Kaliumstearat, Calciumoleat, Natrium-3,3-disulfondiphenylharnstoff-4,4-diazobisamino-8-naphthol-6--sulfonat,
o-Carboxybenzolazodimethylanilin, Natrium-2,2,5,5-tetramethyltriphenylmethan-4,4-diazobis-β-naphtoldisulfonat
-und andere.
Es ist auch möglich, eine Brönsted-Säure wie z. B. Salzsäure
zuzugeben, um die Ionisierung der polaren Gruppe des polaren
Polymers oder Cyclokautschuks in der monomerhaltigen Mischung
zu fördern. Die Zugabe einer Brönsted-Säure wie z. B.
Salzsäure zu dem wäßrigen Medium bzw. Dispergiermittel ist
insbesondere Wirksam, um die Wirkung eines anionischen Polymers
(wozu Copolymere zählen) oder eines Cyclokautschuks zu
verbessern.
Der erfindungsgemäße Polymerisationstoner ist auf die bekannten
Trockenentwicklungsverfahren zur Entwicklung elekttrostatischer
Ladungsbilder anwendbar, wozu die Zweikomponenten-Entwicklungsverfahren
wie z. B. das Kaskadenverfahren, das Magnetbürstenverfahren, das Mikrotonungsverfahren und das Zweikomponenten-Entwicklungsverfahren
mit Wechselstrom-Vorspannung; die
Einkomponenten-Entwicklungsverfahren, bei denen ein magnetischer
Toner verwendet wird, wie z. B. das Entwicklungsverfahren,
bei dem ein elektrisch leitender Einkomponentenentwickler
verwendet wird, das Entwicklungsverfahren, bei dem ein isolierender
Einkomponentenentwickler verwendet wird, und das Übersprung-Entwicklungsverfahren;
das Pulverwolkenverfahren und
das Pelzbürstenverfahren; das Einkomponenten-Entwicklungsverfahren,
bei dem ein nichtmagnetischer Toner verwendet wird,
der auf einer Tonerträgereinrichtung getragen und zu einer
Entwicklungsstation befördert und dort zur Entwicklung eingesetzt
wird; und das Entwicklungsverfahren, bei dem der Entwickler
durch einen "elektrischen Feldvorhang" zu einer Entwicklungsposition
befördert und dort zur Entwicklung eingesetzt
wird, gehören. Der erfindungsgemäße Polymerisationstoner
ist folglich in besonderem Maße für die Anwendung bei den Entwicklungverfahrens
geeignet, bei denen Toner mit einer geringen
Teilchengröße verwendet werden, die eine mittlere Teilchengröße
(Massemittel) von etwa 2 bis 8 µm und eine scharfe
Teilchengrößenverteilung haben müssen.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Styrol-Monomer90 g
2-Ethylhexylmethacrylat10 g
2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) 2 g
2,2'-Azobisisobutyronitril 1 g
Cyclokautschuk (Albex CK 450,
hergestellt durch Hoechst Japan, K.K.)15 g Metallorganischer Komplex als
Ladungssteuerstoff (Bontron E81,
hergestellt durch Orient Kagaku Kogyo K.K.) 2 g Ruß (STERING R,
hergestellt durch Cabot Co., USA)12 g
hergestellt durch Hoechst Japan, K.K.)15 g Metallorganischer Komplex als
Ladungssteuerstoff (Bontron E81,
hergestellt durch Orient Kagaku Kogyo K.K.) 2 g Ruß (STERING R,
hergestellt durch Cabot Co., USA)12 g
Die vorstehend angegebenen Bestandteile wurden bei 30°C mit
einer Reibmühle vermischt, um eine monomerhaltige Mischung
herzustellen. Die Viskosität der monomerhaltigen Mischung bei
60°C betrug 300 mPa·s. Die auf diese Weise erhaltene monomerhaltige
Mischung wurde in einen 2 Liter fassenden Behälter aus
nichtrostendem Stahl eingefüllt, der schon 5 g eines aminomodifizierten
Siliciumdioxids (erhalten durch Behandlung von 100
Masseteilen Aerosil 200 mit 5 Masseteilen Aminopropyltriethoxysilan),
600 g destilliertes Wasser und 20 g 0,1 n Salzsäure
enthielt, und die erhaltene Mischung wurde zum Vordispergieren
10 min lang bei 60°C mit einem TK-Homomixer (hergestellt von
Tokushu Kika Kogyo K.K.), der mit einer Drehzahl von 10 000 U/min
betrieben wurde, gerührt, um eine flüssige Dispersion herzustellen.
Die Dispersion wurde dann in einen etwa 5 Liter
fassenden Behälter eingefüllt und mit einer Kolben-Hochdruckhomogenisiervorrichtung
(Modell 15M-8TA, hergestellt durch
Gaulin Corp.) mit einem Ausstoßdruck von 5,69 kN/cm² granuliert.
Das aus der Hochdruckhomogenisiervorrichtung austretende Material
wurde zu dem 5 Liter fassenden Behälter zurückgeführt,
und der Granulierungsvorgang wurde etwa 4 min lang
fortgesetzt [etwa 5 Durchgänge (3,5 Liter in 4 min)]. Die Dispersion
wurde dann 10 min bei 60°C mit einem Paddelrührer
gerührt.
Danach wurde die Dispersion gekühlt, entwässert, mit Wasser
gewaschen, entwässert und getrocknet, wodurch ein Polymerisationstoner
erhalten wurde. Der erhaltene Toner zeigte eine
mittlere Teilchengröße (Volumenmittel) von 4,9 µm und enthielt
5 Volumen% feine Teilchen mit Größen von weniger als 2,52 µm
und 3 Volumen% grobe Teilchen mit Größen von mehr als 8,0 µm,
was durch Teilchengrößenmessung mit einem Coulter-Zählgerät
mit einer Öffnung von 100 µm ermittelt wurde. Der Toner zeigte
folglich eine sehr enge Teilchengrößenverteilung.
15 g des erhaltenen Polymerisationstoners, 85 g eines isolierenden
Tonerträgers (bestehend aus Magnetit und Epoxyharz) mit
einer mittleren Teilchengröße von 50 µm, 0,75 eines hydrophoben
Siliciumdioxids (Aerosil R972, hergestellt durch Nihon
Aerosil K.K.) und 0,45 g Zinkstearatpulver wurden vermischt,
um einen Entwickler herzustellen, der dann folgendermaßen hinsichtlich
der elektrophotographischen Eigenschaften bewertet
wurde:
Es wurde eine Entwicklungsvorrichtung verwendet, wie sie in
Fig. 5 gezeigt wird. Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial
8 mit einer lichtempfindlichen Selenschicht 19,
das ein elektrostatisches Ladungsbild trug, wurde mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von 100 mm/s gedreht. Das maximale Potential
des auf dem Aufzeichnungsmaterial erzeugten elektrostatischen
Ladungsbildes betrug +750 V. Gegenüber dem Aufzeichnungsmaterial
8 war ein Zylinder 9 mit einem Außendurchmesser
von 20 mm angeordnet, der mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 100 mm/s gedreht wurde. Die Oberfläche des Zylinders
(einer Entwicklerträgereinrichtung) 9 wurde durch eine Magnetwalze
10 mit Polen N₁, N₂, S₁ und S₂ einer magnetischen Flußdichte
von 100 mT ausgesetzt. Auf diese Weise wurde eine
Schicht aus dem Entwickler mit einer Dicke von 200 µm gebildet.
Der Zylinder 9 und das Aufzeichnungsmaterial 8 waren mit
einem Zwischenraum von 300 µm angeordnet. Die an den Zylinder
angelegte Vorspannung bestand aus einer Gleichstromkomponente
von +200 V und einer Wechselstromkomponente mit 3,0 kHz und
einer Spitze-zu-Spitze-Spannung von 1400 V. Das elektrostatische
Ladungsbild wurde zufriedenstellend entwickelt. Das entwickelte
Tonerbild wurde elektrostatisch auf gewöhnliches Papier
übertragen und fixiert, indem das Papier mit einer Transportgeschwindigkeit
von 300 mm/s unter einem Druck von 68,6 N/cm²
und bei einer Fixiertemperatur von 150°C durch eine Heißwalzen-Fixiervorrichtung
hindurchgehen gelassen wurde, die
aus einer Fixierwalze mit einer Oberflächenschicht aus Siliconkautschuk
und einer Druckwalze (Walzenspaltbreite: 9 mm)
bestand. Das resultierende fixierte Bild war frei von Schleiern
und zeigte eine Bilddichte (D max ) von 1,44.
Im einzelnen wurde in der in Fig.5 gezeigten Entwicklungsvorrichtung
ein Toner T, der mit einem äußeren Zusatzstoff vermischt
war, mittels einer elastischen Einrichtung 14 und einer
Zuführungswalze 15 quantitativ einer unteren Kammer zugeführt
und mit einem Tonerträger vermischt, um einen Entwickler 11 zu
bilden. An den Zylinder 9 mit einer darin befindlichen Magnetwalze
10 und an eine Rakel 17 wurde durch eine Gleichstrom-
Vorspannungsquelle 12 eine Gleichstrom-Vorspannung angelegt,
und durch eine Wechselstrom-Vorspannungsquelle 13 wurde eine
Wechselstrom-Vorspannung angelegt. Während sich der Zylinder 9
in der Richtung A drehte, wurde der Entwickler 11 befördert
und zur Entwicklung eines elektrostatischen Ladungsbildes, das
sich auf dem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial 8
aus dem Aluminiumzylinder 18 und der lichtempfindlichen bzw.
photoleitfähigen Selenschicht 19 befand, zugeführt. Eine Rakel
(bzw. eine Einrichtung zur Regulierung der Dicke der Entwicklerschicht)
17 diente auch als Außenwand der Entwicklungsvorrichtung.
Ein Polymerisationstoner wurde in derselben Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer daß das Rühren mit dem TK-Homomixer
60 min lang durchgeführt und daß der Ausstoßdruck der Kolben-
Hochdruckhomogenisiervorrichtung zu 3,97 kN/cm² verändert wurde.
Der erhaltene Toner zeigte eine mittlere Teilchengröße (Volumenmittel)
von 2,1 µm und enthielt 3 Volumen% feine Teilchen
mit Größen von weniger als 1,26 µm und 3 Volumen% grobe Teilchen
mit Größen von mehr als 5,04 µm, was durch Teilchengrößenmessung
mit einem Coulter-Zählgerät mit einer Öffnung von
50 µm ermittelt wurde. Der Toner zeigte folglich eine sehr enge
Teilchengrößenverteilung.
Ein Polymerisationstoner wurde in derselben Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer daß die Menge des aminomodifizierten
Siliciumdioxids zu 1 g und daß der Ausstoßdruck der Kolben-
Hochdruckhomogenisierungsvorrichtung zu 1,96 kN/cm² verändert
wurde. Der erhaltene Toner zeigte eine mittlere Teilchengröße
(Volumenmittel) von 9,3 µm und enthielt 5 Volumen% feine Teilchen
mit Größen von weniger als 5,04 µm und 5 Volumen% grobe
Teilchen mit Größen von mehr als 16 µm.
Ein Polymerisationstoner wurde in derselben Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer daß die Menge des aminomodifizierten
Siliciumdioxids zu 10 g verändert und daß das Granulieren
durch Dispergieren nur durch 60 min dauernde Anwendung des TK-Homomixers
ohne Anwendung der Hochdruckhomogenisiervorrichtung
durchgeführt wurde. Der erhaltene Toner zeigte eine mittlere
Teilchengröße (Volumenmittel) von 11,0 µm und enthielt 15 Volumen%
feine Teilchen mit Größen von weniger als 6,35 µm und
15 Volumen% grobe Teilchen mit Größen von mehr als 16 µm. Der
Toner zeigte folglich eine breitere Teilchengrößenverteilung.
Ein Entwickler wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1, jedoch
unter Verwendung des vorstehend erwähnten Toners, hergestellt
und hinsichtlich der elektrophotografischen Eigenschaften
in derselben Weise bewertet. Das resultierende Bild
zeigte mehr Schleier als in Beispiel 1 und hatte die etwas
niedrige Bilddichte von 1,30.
Ein Polymerisationstoner wurde in derselben Weise wie in Beispiel
1 hergestellt, außer daß die Menge des aminomodifizierten
Siliciumdioxids zu 25 g verändert und daß das Granulieren
durch Dispergieren nur durch 60 min dauernde Anwendung des TK-Homomixers
ohne Anwendung der Hochdruckhomogenisierungsvorrichtung
durchgeführt wurde. Der erhaltene Toner zeigte eine mittlere
Teilchengröße (Volumenmittel) von 5,1 µm und enthielt 20 Volumen%
feine Teilchen mit Größen von weniger als 2,52 und 15
Volumen% grobe Teilchen mit Größen von mehr als 8 µm. Der Toner
zeigte folglich eine breitere Teilchengrößenverteilung.
Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß der Ausstoßdruck der
Hochdruckhomoginisiervorrichtung zu 78,4 N/cm² verändert wurde.
Der Wirkungsgrad der Granulierung war in diesem Fall außerordentlich
niedrig.
Claims (24)
1. Verfahren zur Herstellung eines Toners für die Entwicklung
elektrostatischer Ladungsbilder, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) eine monomerhaltige Mischung, die mindestens ein polymerisierbares Monomer und ein Farbmittel enthält, in einem flüssigen Dispergiermittel, das einen feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator enthält, wobei das Monomer und das Dispergiermittel im wesentlichen nicht gegenseitig löslich sind, vordispergiert wird, um dadurch eine flüssige Dispersion zu bilden, die die vordispergierte monomerhaltige Mischung enthält,
- b) die flüssige Dispersion unter einen Druck bis zu 98,1 N/cm² oder darüber gesetzt wird,
- c) die Dispersion in einen Niederdruckbereich ausgestoßen wird, um Teilchen der monomerhaltigen Mischung zu bilden, und
- d) die Teilchen der monomerhaltigen Mischung einer Suspensionspoylmerisation unterzogen werden, um dadurch Tonerteilchen erzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dispersion unter einen Druck von 0,981 bis 6,86 kN/cm² gesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dispersion unter einen Druck von 2,94 bis 6,37 kN/cm² gesetzt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung und der feinpulverförmige Dispersionsstabilisator
in dem flüssigen Dispergiermittel durch einen
Rührer mit hoher Scherkraft vordispergiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Vordispergieren 1 bis 60 min lang durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
flüssige Dispergiermittel in einem Anteil von 100 bis 5000
Masseteilen je 100 Teile der monomerhaltigen Mischung verwendet
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
flüssige Dispergiermittel in einem Anteil von 200 bis 1000
Masseteilen je 100 Teile der monomerhaltigen Mischung verwendet
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
feinpulverförmige Dispersionsstabilisator in einem Anteil von
0,1 bis 15 Masse%, bezoge auf das flüssige Dispergiermittel,
in dem flüssigen Dispergiermittel enthalten ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
feinpulverförmige Dispersionsstabilisator in einem Anteil von
1 bis 10 Masse%, bezogen auf das flüssige Dispergiermittel, in
dem flüssigen Dispergiermittel enthalten ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
flüssige Dispersion im Schritt c) bei einer Temperatur von 20
bis 80°C gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die flüssige Dispersion im Schritt c) bei 40 bis 70°C gehalten
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
polymerisierbare Monomer ein Monomer mit einer Gruppe
ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung bereits im Schritt a) einen Polymerisationsinitiator
enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu
den Teilchen der monomerhaltigen Mischung nach dem Schritt c)
ein Polymerisationsinitiator hinzugegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung ein polares Polymer oder Cyclokautschuk
enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung ein Vernetzungsmittel enthält.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung eine Verbindung mit niedriger Erweichungstemperatur
enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltig Mischung ein Farbmittel in einem Anteil von 0,1
bis 30 Masse%, bezogen auf das polymerisierbare Monomer, enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
das Farbmittel Ruß ist.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung 5 bis 70 Masse% magnetische Teilchen
enthält.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die monomerhaltige Mischung 10 bis 60 Masse% magnetische Teilchen
enthält.
22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Monomer ein Monomer mit einer Gruppe
ist, daß die monomerhaltige
Mischung in einem wäßrigen Medium bzw. Dispergiermittel,
das den feinpulverförmigen Dispersionsstabilisator
enthält, vordispergiert wird und daß die flüssige Dispersion,
die die vordispergierte monomerhaltige Mischung enthält, unter
einen Druck von 0,981 bis 6,86 kN/cm² gesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
monomerhaltige Mischung Ruß in einem Anteil von 0,1 bis 30 Masse%,
bezogen auf das polymerisierbare Monomer, enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
die flüssige Dispersion im Schritt c) bei einer Temperatur von
40 bis 70°C gehalten wird.
Applications Claiming Priority (1)
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