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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Toner für die Entwicklung eines elektrostatisch
geladenen Bilds. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
einen magnetischen Einkomponenten-Trockentoner, einen nichtmagnetischen
Einkomponenten-Trockentoner, einen Zweikomponenten-Trockentoner
oder einen polymerisierten Trockentoner, der nach Fixierung eine
hervorragende Schutzwirkung gegen verbrauchten Toner aufweist und
ein gut fixiertes, hochtransparentes, scharfes Bild bilden kann.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
den obigen Toner zur Verwendung in Kopierern, Druckern, Faxmaschinen,
Farbkopierern, Farblaserkopierern und -druckern und schnellen elektrophotografischen
Druckern.
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Stand der Technik
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Infolge
der weit verbreiteten Büroautomatisierung
erfreuen sich elektrostatisch geladene Bilder entwickelnde Kopierer
und Drucker immer größerer Beliebtheit.
Vor diesem Hintergrund wächst
der Bedarf an hochwertigen oder scharfen kopierten Bildern, die
sehr lichtdurchlässig
und gut fixiert sind.
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Unter
diesen Umständen
wurde in der eigenen, am 29. Dezember 1995 eingereichten japanischen
Patentanmeldung 354063/95, die zum Zeitpunkt der Einreichung noch
nicht offengelegt worden war, sinngemäß angegeben: "Das in Rede stehende
Problem kann durch Verwendung eines Polyolefinharzes mit cyclischer Struktur
als Bindemittel für
einen Toner für
elektrostatisch geladene Bilder entwickelnde Kopierer und Drucker vom
Heißwalzenfixierungstyp
und auch durch Einarbeitung von weniger als 50 Gew.-% des Polyolefinharzes mit
hoher Viskosität
in das gesamte Bindemittelharz gelöst oder verringert werden.
Dadurch ist ein scharfes, hochwertiges kopiertes Bild mit hervorragender
Fixierung, Lichtdurchlässigkeit
und Schutzwirkung gegen verbrauchten Toner erhältlich. Dieses Harz legt insbesondere
bei Verwendung in einem Farbtoner seine Eigenschaften an den Tag."
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Diese
frühere
Erfindung war jedoch insofern mangelhaft, als sie minimal einen
ausreichend breiten offsetfreien Temperaturbereich ergab, der für die praktische
Anwendung geeignet ist, und bei einer von Anwendern geforderten
noch höheren
Kopiergeschwindigkeit kaum eine vollständige Fixierung erreichte.
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Bei
der Fixierung eines Tonerbilds auf Normalpapier oder einer OHP-Folie
stehen verschiedene Fixiermethoden zur Verfügung, wie Heißwalzenfixierung,
Heißbandfixierung,
Druckfixierung, Strahlungswärmefixierung
oder Blitzfixierung. In den letzten Jahren ist zunehmend eine durch
Einschränkung
symbolisierte Energieeinsparung gefordert worden, und es hat sich
ein hoher Bedarf an einem bei niedriger Temperatur und niedrigem
Druck fixierbaren Toner entwickelt. Die thermischen und mechanischen
Eigenschaften von herkömmlichen
Styrol-Acrylatharzen
und Polyesterharzen oder die in der japanischen Patentanmeldung
354063/95 beschriebenen Polyolefinharze mit cyclischer Struktur
können
die Anforderungen bei unter dem gegenwärtigen Niveau liegenden Temperaturen
oder Drücken
nicht erfüllen.
Eine Verbesserung der thermischen Eigenschaften dieser Harze einerseits
führte
zu einer Verschlechterung der Lagerstabilität des Toners andererseits.
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Allgemeine
Formulierungen für
Toner in elektrostatisch geladene Bilder entwickelnden Kopierern
und Druckern sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Toners in
einem Zweikomponenten-Trockentoner-Entwickler, einem nichtmagnetischen
Einkomponenten-Trockentoner-Entwickler, einem magnetischen Einkomponenten-Trockentoner-Entwickler
oder einem polymerisierten Trockentoner-Entwickler, der die durch
die japanische Patentanmeldung 354063/95 erzielten Effekte aufweist,
einen ausreichend breiten offsetfreien Temperaturbereich aufweist,
der für
die praktische Anwendung geeignet ist, auch bei hoher Kopiergeschwindigkeit
eine ausreichende Fixierung erzielen kann und ein höherwertiges
Bild, nämlich
ein gut fixiertes, optisch hochtransparentes, scharfes Bild in einem
elektrostatisch geladene Bilder entwickelnden Kopierer oder Drucker
ergibt.
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Darstellung der Erfindung
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Die
obige Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß als
Bindemittelharz für
einen Toner ein Bindemittelharz verwendet wird, das mindestens ein
Polyolefinharz mit cyclischer Struktur enthält, welches aus einem Harz oder
einer Harzfraktion mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn),
bestimmt durch GPC, von weniger als 7 500 und einem Harz oder einer
Harzfraktion mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 7 500
oder mehr besteht; und wobei in dem Polyolefinharz mit cyclischer
Struktur ein Harz oder eine Harzfraktion mit einer intrinsischen
Viskosität
(i.v.) von 0,25 dl/g oder mehr, einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) gemäß der DIN-Methode
53461-B von 70°C
oder mehr und einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) von 7
500 oder mehr und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht (Mw)
von 15 000 oder mehr, bestimmt nach der GPC-Methode, in einem Anteil
von weniger als 50 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Bindemittelharz,
enthalten ist.
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Somit
betrifft die Erfindung einen Toner zur Entwicklung eines elektrostatisch
geladenen Bilds, der im wesentlichen aus einem Bindemittelharz,
einem Farbmittel, einem funktionsverleihenden Mittel (im allgemeinen
Wachs als Formtrennmittel) und einem Ladungssteuermittel besteht,
wobei das Bindemittelharz zumindest das oben beschriebene Polyolefinharz
mit cyclischer Struktur enthält,
wobei das Polyolefinharz die obigen Bedingungen erfüllt.
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Bei
dem hier verwendeten Polyolefinharz mit cyclischer Struktur handelt
es sich beispielsweise um ein Copolymer aus einem α-Olefin (in
breitem Sinne einem acyclischen Olefin), wie Ethylen, Propylen oder
Butylen, und einer cyclischen und/oder polycyclischen Verbindung
mit mindestens einer Doppelbindung, wie Cyclohexan oder Norbornen,
Tetracyclododecen (TCD) und Dicyclopentadien (DCPD), wobei das Copolymer
farblos und transparent ist und eine hohe Lichtdurchlässigkeit
aufweist. Bei diesem Polyolefinharz mit cyclischer Struktur handelt
es sich um ein Polymer, das beispielsweise nach einem Polymerisationsverfahren
unter Verwendung eines Metallocenkatalysators oder eines Ziegler-Katalysators und
eines Katalysators für
die Metathese-Polymerisation,
d. h. doppelbindungsöffnende
und ringöffnende
Polymerisationsreaktionen, erhalten wird.
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Beispiele
für die
Synthese des Polyolefinharzes mit cyclischer Struktur werden in
JP-A-339327/93, JP-A-9223/93,
JP-A-271628/94, EP-A-203799, EP-A-407870, EP-A-283164, EP-A-156464 und JP-A-7253315
beschrieben.
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Gemäß diesen
Beispielen erhält
man das Polyolefinharz, indem man gegebenenfalls ein acyclisches Olefinmonomer
und mindestens ein Cycloolefinmonomer bei einer Temperatur von –78 bis
150°C und
vorzugsweise 20 bis 80°C
und einem Druck von 0, 01 bis 64 bar in Gegenwart eines Katalysators,
der mindestens ein Zirconium oder Hafnium enthaltendes Metallocen
enthält,
zusammen mit einem Cokatalysator, wie Aluminoxan, polymerisiert.
Andere verwendbare Polymere werden in der EP-A-317262 beschrieben.
In Betracht kommen auch hydrierte Polymere und Copolymere von Styrol
und Dicyclopentadien.
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Beim
Lösen in
einem inerten Kohlenwasserstoff, wie einem aliphatischen oder aromatischen
Kohlenwasserstoff, wird der Metallocenkatalysator aktiviert. So
wird der Metallocenkatalysator beispielsweise zur Voraktivierung
und Vorreaktion in dem Lösungsmittel
in Toluol gelöst.
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Die
wichtigen Merkmale des COC sind Erweichungspunkt, Schmelzpunkt,
Viskosität,
dielektrische Eigenschaften, Anti-Offset-Fenster und Transparenz.
Die folgenden Einstellungen können
vorteilhafterweise durchgeführt
werden: Wahl von Monomeren/Comonomeren, Verhältnis von Comonomeren im Copolymer,
Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Hybridpolymere, Blends
und Additive.
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Das
Molverhältnis
des acyclischen Olefins und des Cycoolefins, die für die Umsetzung
eingetragen werden, kann je nach dem gewünschten Polyolefinharz mit
cyclischer Struktur stark variiert werden. Dieses Verhältnis wird
vorzugsweise auf 50:1 bis 1:50 und besonders bevorzugt 20:1 bis
1:20 eingestellt.
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Wenn
es sich bei den für
die Umsetzung eingetragenen Copolymerkomponenten um insgesamt zwei Verbindungen,
nämlich
Ethylen als acyclisches Olefin und Norbornen als Cycloolefin, handelt,
wird die Glasübergangstemperatur
(Tg) des cyclischen Polyolefinharzes durch ihre Eintragsverhältnisse
stark beeinflußt.
Bei Erhöhung
des Norbornengehalts nimmt im allgemeinen auch die Tg zu. So kann
beispielsweise bei einem Anteil an eingetragenem Norbornen von ungefähr 60 Gew.-%
die Tg etwa 60 bis 70°C
betragen.
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Die
physikalischen Eigenschaften, wie das zahlenmittlere Molekulargewicht,
werden nach literaturbekannten Methoden eingestellt.
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Bei
dem farblosen, transparenten, sehr lichtdurchlässigen Polyolefin mit cyclischer
Struktur, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann
es sich um eine Mischung aus einem niederviskosen Harz mit einem
zahlenmittleren Molekulargewicht, bestimmt durch GPC, von weniger
als 7 500, vorzugsweise 1 000 bis weniger als 7 500 und besonders
bevorzugt 3 000 bis weniger als 7 500, einem gewichtsmittleren Molekulargewicht,
bestimmt durch GPC, von weniger als 15 000, vorzugsweise 1 000 bis
weniger als 15 000 und besonders bevorzugt 4 000 bis weniger als
15 000, einer intrinsischen Viskosität (i.v.) von weniger als 0,25
dl/g und einer Tg von vorzugsweise weniger als 70°C und einem
hochviskosen Harz mit einem zahlenmittlere Molekulargewicht, bestimmt
durch GPC, von 7 500 oder mehr und vorzugsweise 7 500 bis 50 000,
einem gewichtsmittleren Molekulargewicht, bestimmt durch GPC, von
15 000 oder mehr und vorzugsweise 50 000 bis 500 000 und einer i.v.
von 0,25 dl/g oder mehr handeln. Alternativ dazu kann das Polyolefinharz
eine Molekulargewichtsverteilung mit einem einzigen Peak aufweisen
und eine Harzfraktion mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von weniger als 7 500 und eine Harzfraktion mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 7 500 oder mehr enthalten. Alternativ dazu
kann das Polyolefinharz zwei oder mehr Peaks aufweisen, worin seine
Harzfraktion, die mindestens einen dieser Peaks aufweist, ein zahlenmittleres
Molekulargewicht von weniger als 7 500 aufweist, und eine Harzfraktion,
die den anderen Peak aufweist, ein zahlenmittleres Molekulargewicht
von 7 500 oder mehr aufweist. Die hier aufgeführten Harzfraktionen beziehen
sich auf die jeweiligen Harzkomponenten vor dem Mischen, wenn das
Polyolefinharz mit cyclischer Struktur aus einer Mischung von verschiedenen
Komponenten besteht, wie solchen mit verschiedenem zahlenmittleren Molekulargewicht;
ansonsten beziehen sie sich auf Harzteilmengen, die durch Fraktionierung
des Syntheseendprodukts mit geeigneten Mitteln, wie GPC, gebildet
werden. Wenn diese Fraktionen monodispers oder annähernd monodispers sind,
entspricht ein Mn von 7 500 nahezu einem Mw von 15 000.
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Das
hochmolekulare/niedermolekulare Polyolefinharz mit cyclischer Struktur
weist die obigen zahlenmittleren Molekulargewichte Mn, gewichtsmittleren
Molekulargewichte Mw und intrinsischen Viskositäten i.v. auf. Somit beträgt das als
Maß für den Dispersionsgrad
der Molekulargewichtsverteilung verwendete Verhältnis Mw/Mn nur 1 bis 2,5,
nämlich
ein monodisperser oder annähernd
monodisperser Zustand. Daher kann ein Toner mit schneller Wärmeansprechung
und hoher Fixierungsfestigkeit hergestellt werden. Dieses Polyolefinharz
ermöglicht
nicht nur eine Fixierung bei niedriger Temperatur und niedrigem
Druck, sondern trägt
auch zur Lagerstabilität,
zur Schutzwirkung gegen verbrauchten Toner und zu den elektrischen
Stabilitätseigenschaften, wie
einheitlicher Ladungsverteilung oder konstanter Ladungseffizienz
oder Effizienz bei der Eliminierung von Statik, bei. Insbesondere
wenn das niederviskose Harz monodispers oder nahezu monodispers
ist, zeigt der resultierende Toner bessere Wärmeansprecheigenschaften, wie
sofortiges Schmelzen oder Festwerden.
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Das
hochviskose/niederviskose Polyolefinharz mit cyclischer Struktur
ist außerdem
farblos, transparent und sehr lichtdurchlässig. So wurde beispielsweise
das Azopigment Permanent Rubin F6B (Hoechst AG) zu dem Harz gegeben,
wonach die Mischung gründlich
geknetet und dann auf einer Presse zu einem Flächengebilde geformt wurde.
Es wurde bestätigt,
daß dieses
Flächengebilde
sehr transparent war. Daher weist das Harz eine ausreichende Verwendbarkeit
für einen
Farbtoner auf. Messungen nach der GSC-Methode haben gezeigt, daß dieses
Polyolefinharz eine sehr niedrige Schmelzwärme benötigt. Somit ist eine beträchtliche
Verringerung des Energieverbrauchs für die Fixierung zu erwarten.
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Das
hochviskose Polyolefinharz mit cyclischer Struktur hat ebenfalls
die oben aufgeführten
Eigenschaften; somit verleiht es dem Toner im Gegensatz zu dem niederviskosen
Polyolefinharz Strukturviskosität, wodurch
der offsetverhindernde Effekt und die Haftung auf einem Kopiermedium,
wie Papier oder Folie, verbessert wird.
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Wenn
die Einsatzmenge des hochviskosen Harzes 50 Gew.-% oder mehr, bezogen
auf das gesamte Bindemittelharz, beträgt, verschlechtert sich die
einheitliche Verknetung drastisch, was die Leistungsfähigkeit des
Toners beeinträchtigt.
Das bedeutet, daß ein
hochwertiges Bild, d. h. ein scharfes Bild mit hoher Fixierungsfestigkeit
und hervorragender Wärmeansprechung,
nicht erhältlich
ist.
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In
dem erfindungsgemäßen Toner
zur Entwicklung eines elektrostatisch geladenen Bilds enthält das Bindemittelharz
mindestens das Polyolefinharz mit cyclischer Struktur, wobei als
Polyolefinharz die Polyolefinharze mit niedriger Viskosität und hoher
Viskosität
verwendet werden. Daher deckt der offsetfreie Temperaturbereich
die Hochtemperaturseite und die Niedertemperaturseite ab, die Fixierungseigenschaften
durch Schnellkopieren werden verbessert, und die Fixierungseigenschaften
bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Drücken werden verbessert.
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Das
niederviskose Polyolefinharz mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von weniger als 7 500 trägt
zur Verbreiterung des offsetfreien Temperaturbereichs auf der Niedertemperaturseite
bei. Das hochviskose Polyolefinharz mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von 7 500 oder mehr trägt
dagegen zur Verbreiterung des offsetfreien Temperaturbereichs auf
der Hochtemperaturseite bei. Zur effizienteren Verbreiterung des
offsetfreien Temperaturbereichs auf der Hochtemperaturseite liegt
daher vorzugsweise ein hochviskoses Polyolefinharz mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 20 000 oder mehr vor. Die Anteile der Polyolefinharze
mit cyclischer Struktur mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von weniger als 7 500 und 7 500 oder mehr, die in dem gesamten Bindemittelharz
enthalten sind, betragen vorzugsweise jeweils 0,5 Gewichtsteile
oder mehr, besonders bevorzugt 5 Gewichtsteile oder mehr, bezogen
auf 100 Gewichtsteile des gesamten Bindemittelharzes. Wenn der Gehalt
jedes Polyolefinharzes unter 0,5 Gewichtsteilen liegt, ist es schwierig,
einen für
die praktische Verwendung geeigneten breiten offsetfreien Temperaturbereich
zu erhalten.
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In
dem Fall, daß das
Polyolefinharz mit cyclischer Struktur aus dem niederviskosen Polyolefinharz
mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von weniger als 7 500
und dem hochviskosen Polyolefinharz mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
von 25 000 oder mehr besteht, wird zur Verbesserung der Verträglichkeit
dieser nieder- und hochviskosen Polyolefinharzkomponenten ein mittelviskoses
Polyolefinharz mit cyclischer Struktur mit einem zahlenmittleren
Molekulargewicht von 7 500 oder mehr, aber weniger als 25 000 zugegeben.
Es wurde gefunden, daß durch
diese Zugabe ein kontinuierlicher offsetfreier Bereich erhalten
werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist somit auch mit anderen Worten das Bindemittelharz,
das mindestens ein Polyolefinharz mit cyclischer Struktur enthält, wobei
das Polyolefinharz Harze oder Harzfraktionen mit drei Molekulargewichtsbereichen,
ausgedrückt
durch das zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn), bestimmt durch GPC,
von weniger als 7 500, 7 500 oder mehr, aber weniger als 25 000
und 25 000 oder mehr enthält.
Bei den die jeweiligen Molekulargewichtsbereiche bildenden Harzfraktionen
kann es sich um ein Harz mit einer Molekulargewichtsverteilung mit
einem oder zwei Peaks handeln, das in Fraktionen mit den drei als
Mn ausgedrückten
Molekulargewichtsbereichen aufgeteilt werden kann. Alternativ dazu kann
es sich bei den die jeweiligen Molekulargewichtsbereiche bildenden
Harzfraktionen um eine Mischung von Harzen mit Molekulargewichtsverteilungen
mit drei oder mehr Peaks handeln, die in jedem der obigen Molekulargewichtsbereiche
mindestens einen Molekulargewichtspeak aufweisen.
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Der
Anteil des mittelviskosen Polyolefinharzes bzw. der mittelviskosen
Polyolefinharzfraktion zur Verbesserung der Verträglichkeit
beträgt
vorzugsweise 1 Gewichtsteil oder mehr und vorzugsweise 5 Gewichtsteile
oder mehr; bezogen auf 100 Gewichtsteile des Bindemittelharzes.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird mit einem Toner mit einer Mischung
aus dem Polyolefinharz, die sich aus Harzen oder Harzfraktionen
mit einem Mn von weniger als 7 500 und einem Mn von 7 500 oder mehr zusammensetzt,
und einem anderen Harz als Bindemittelharz ebenfalls ein hochwertiges
Bild, d. h. ein scharfes Bild mit hoher Fixierungsfestigkeit, erhalten.
Das andere Harz bezieht sich auf ein Polyesterharz, ein Epoxydharz,
ein Polyolefinharz, ein Vinylacetatharz, ein Vinylacetat-Copolymerharz, ein
Styrol-Acrylat-Harz und andere Acrylatharze oder eine Mischung oder
ein Hybridpolymer von beliebigen der oben aufgeführten Polyolefine. Die Anteile
des Polyolefinharzes mit cyclischer Struktur und des anderen Harzes,
die in dem Bindemittelharz verwendet werden, betragen 1 bis 100
Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 90 Gewichtsteile und besonders
bevorzugt 50 bis 90 Gewichtsteile des ersteren und 99 bis 0 Gewichtsteile,
vorzugsweise 80 bis 10 Gewichtsteile und besonders bevorzugt 50
bis 10 Gewichtsteile des letzteren, bezogen auf 100 Gewichtsteile
des Bindemittelharzes. Wenn die Menge des ersteren Harzes weniger
als 1 Gewichtsteil beträgt,
wird es schwierig, eine hochwertiges Bild zu erhalten.
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Durch
Einführung
von Carboxylgruppen in das Polyolefinharz mit cyclischer Struktur
kann dessen Verträglichkeit
mit dem anderen Harz und die Dispergierbarkeit des Pigments verbessert
werden. Ferner kann die Haftung auf Papier oder Folie, einem Kopiermedium,
verbessert werden, was zu erhöhter
Fixierbarkeit führt. Bevorzugt
ist ein zweistufiges Reaktionsverfahren, bei dem man zunächst das
Polyolefinharz mit cyclischer Struktur polymerisiert und danach
Carboxylgruppen einführt.
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Zur
Einführung
der Carboxylgruppen in das Harz stehen mindestens zwei Verfahren
zu Verfügung.
Bei einem Verfahren wird eine Alkylgruppe, wie Methyl, am Ende des
Harzes durch Luftoxidation in der Schmelze oxidiert und in eine
Carboxylgruppe umgewandelt. Mit diesem Verfahren weist jedoch das
unter Verwendung eines Metallocenkatalysators synthetisierte Polyolefinharz
mit cyclischer Struktur nur wenige Verzweigungen auf, was es schwierig
macht, viele Carboxylgruppen in dieses Harz einzuführen. Bei
dem anderen Verfahren gibt man ein Peroxid zu dem Harz und setzt
Maleinsäureanhydrid
oder einen anderen Ester und Esterderivate, Amide und andere polare
ungesättigte
Verbindungen mit dem resultierenden Radikalteil um. Mit diesem Verfahren
ist es theoretisch möglich,
viele Carboxylgruppen in das Harz einzuführen. Aber ein erhöhter Einführungsanteil
führt zu
einer Vergilbung des Harzes, was seine Transparenz schlecht macht.
Bei Beschränkung der
Verwendung des Produkts auf einen Toner ist daher die Einführung von
1 bis 15 Gew.-% Maleinsäureanhydrid,
bezogen auf das Harz, bevorzugt. Die gleiche Verbesserung ist durch
Einführung
von Hydroxylgruppen oder Aminogruppen nach einem bekannten Verfahren
erhältlich.
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Zur
Verbesserung der Fixierbarkeit des Toners kann man eine vernetzte
Struktur in das Polyolefinharz mit cyc lischer Struktur einführen. Bei
einem der Verfahren zur Einführung
dieser vernetzten Struktur gibt man zusammen mit dem acyclischen
Olefin und dem Cycloolefin ein Dienmonomer, wie Norbornadien oder
Cyclohexadien, zu und bringt das System dann zur Reaktion, wodurch
man ein terpolymeres Polyolefinharz mit cyclischer Struktur erhält. Im Ergebnis
dieses Verfahrens weist das Harz auch ohne Vernetzungsmittel eine
Aktivität
zeigende Endgruppe auf. Eine bekannte chemische Reaktion, wie Oxidation
oder Epoxidation, oder die Zugabe eines Vernetzers zur Bildung einer
vernetzten Struktur führt
zum Funktionieren des Harzes.
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Bei
einem anderen Verfahren versetzt man das Polyolefinharz mit cyclischer
Struktur und darin eingeführten
Carboxylgruppen mit einem Metall, wie Zink, Kupfer oder Calcium,
und vermischt und schmilzt die Mischung dann mit einer Schnecke
oder dergleichen zum einheitlichen Dispergieren des Metalls in Form
von feinen Teilchen in dem Harz auf, was ein Ionomer mit vernetzter
Struktur ergibt. Bezüglich
einer Technologie zu einem derartigen Isomer wird beispielsweise
in der US-PS 4,693,941 ein Terpolymer von Ethylen mit Carboxylgruppen
offenbart, das bei einem Versuch zur Erzielung von Zähigkeit
nach teilweiser oder vollständiger Neutralisation
die Form eines Salzes eines zweiwertigen Metalls annehmen kann.
In der im Patentblatt offiziell veröffentlichten Patentschrift
500348/94 wird ein Polyesterharz-Formkörper beschrieben, der ein für den gleichen
Zweck vorgesehenes Ionomer einer ungesättigten Carbonsäure enthält, in welchem
etwa 20 bis 80% der Carbonsäuregruppen
mit Zink, Kobalt, Nickel, Aluminium oder Kupfer(II) neutralisiert
sind.
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In
dem erfindungsgemäßen Toner
wird ein bekanntes funktionsverleihendes Mittel zur Verbesserung des
offsetverhindernden Effekts verwendet. Zur weiteren Verbesserung
dieser Leistung hat sich die Zugabe von Wachs als effektiv erwiesen.
Als polares Wachs kann mindestens ein unter Amidwachs, Carnaubawachs, höheren Fettsäuren und
deren Estern, Metallseifen höherer
Fettsäuren,
teilverseiften höheren
Fettsäureestern und
höheren
aliphatischen Alkoholen ausgewähltes
Wachs als funktionsverleihendes Mittel verwendet werden. Als unpolares
Wachs kann mindestens ein unter Polyolefinwachs und Paraffinwachs
ausgewähltes Wachs
als funktionsverleihendes Mittel verwendet werden.
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Das
polare Wachs kann wegen der Differenz zwischen Polarität und Unpolarität als externes
Gleitmittel für
das Polyolefinharz, bei dem es sich um ein unpolares Harz handelt,
fungieren. Das unpolare Wachs kann hauptsächlich wegen der leichten Oberflächenmigration
infolge seines geringen Molekulargewichts als externes Gleitmittel
fungieren und so zu verbesserten offsetfreien Eigenschaften beitragen.
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Der
erfindungsgemäße Toner
zur Entwicklung eines elektrostatisch geladenen Bilds ist durch
Zugabe eines Farbmittels, eines Ladungssteuermittels, eines funktionsverleihenden
Mittels und gewünschtenfalls
anderer Additive zu dem obigen Bindemittelharz und Durchführung bekannter
Verfahren, wie Extrusion, Kneten, Mahlen und Klassieren, erhältlich.
Ferner werden ein Fließmittel
und ein Gleitmittel zugegeben.
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Bei
dem Farbmittel kann es sich um ein bekanntes Farbmittel handeln,
wie Ruß,
Diazogelb, Phthalocyaninblau, Chinacridon, Carmin 6B, Monoazorot
oder Perylen.
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Beispiele
für das
Ladungssteuermittel sind bekannte Ladungssteuermittel, wie Nigrosinfarbstoffe,
fettsäuremodifizierte
Nigrosinfarbstoffe, metallisierte Nigrosinfarbstoffe, metallisierte
fettsäuremodifizierte
Nigrosinfarbstoffe, Chromkomplexe der 3,5-Di-tert.-butylsalicylsäure, quaternäre Ammoniumsalze,
Triphenylmethanfarbstoffe und Azochromkomplexe.
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Dem
erfindungsgemäßen Toner
können
ferner ein Fließmittel,
wie kolloidales Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Titanoxid, und
ein ein Fettsäuremetallsalz,
wie Bariumstearat, Calciumstearat oder Bariumlaurat, umfassendes
Gleitmittel zugegeben werden.
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Der
erfindungsgemäße Toner
kann als magnetischer Einkomponenten-Trockentoner, nichtmagnetischer
Einkomponenten-Trockentoner, Zweikomponenten-Trockentoner oder polymerisierter
Trockentoner verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Kopierer, einen Drucker, eine
Faxmaschine und einen schnellen elektrophotografischen Drucker anwendbar.
Die Erfindung ist auch als Vollfarbtoner in einem Farbkopierer, einem
Farblaserkopierer und einem Farblaserdrucker anwendbar.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen
ausführlicher
beschrieben.
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Die
physikalischen Eigenschaften des bei der Erfindung verwendeten Polyolefinharzes
mit cyclischer Struktur werden nach den folgenden Methoden bestimmt:
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GPC-Bedingungen zur Bestimmung des Molekulargewichts
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- Molekulargewichtumrechnungsmethode: Standardmäßiges Polyethylen
verwendet.
- Verwendete Säule:
JORDI-SÄULE
500 × 10
LINEAR
- Mobile Phase: 1,2-Dichlorbenzol (135°C) (Durchflußrate 0,5 ml/min)
- Detektor: Differentialrefraktometer
- Verfahren zur Bestimmung der intrinsischen Viskosität: Inhärente Viskosität bei 135°C bei einheitlichem
Lösen von
1,0 g des Harzes in 100 ml Dekalin
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<Tonerherstellungsverfahren
1>
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Nichtmagnetisches Einkomponenten-Trockensystem
und Zweikomponenten-Trockensystem:
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1
Gew.-% eines Ladungssteuermittels (Copy Charge NX, Hoechst), 4 Gew.-%
Amidwachs (BNT, Nippon Seika), 0,5 Gew.-% Aerosol-Siliciumdioxid
(HDK-H2000, Wacker Chemie), 5 Gew.-% Magenta-Pigment (Permanent
Rubin F6B, Hoechst) als Farbmittel und 89,5 Gew.-% eines Bindemittelharzes
wurden vermischt und auf einem Zweiwalzenstuhl bei 130°C in der
Schmelze geknetet. Dann wurde die Mischung zur Verfestigung abgekühlt und
grob zerstoßen,
wonach die Teilchen auf einer Strahlmühle fein verteilt wurden. Die
erhalten feinen Teilchen wurden zur Selektion von Teilchen mit einem
durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 μm klassiert,
wodurch ein Toner hergestellt wurde.
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<Tonerherstellungsverfahren
2>
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Magnetisches Einkomponenten-Trockensystem:
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40
Gew.-% eines Magnetpulvers (BL100, Titanium Industry), 1 Gew.-%
eines Ladungssteuermittels (Copy Charge NX, Hoechst), 4 Gew.-% Wachs
(BNT, Nippon Seika), 0,5 Gew.-% Aerosol-Siliciumdioxid (HDK-H2000,
Wacker Chemie), 2,0 Gew.-% Calciumcarbonat (Shiraishi Calcium) als
Streckpigment und Strukturviskositätsverbesserer und 52,5 Gew.-%
eines Bindemittelharzes wurden vermischt und auf einem Zweiwalzenstuhl
bei 150°C
in der Schmelze geknetet. Dann wurde die Mischung zur Koagulation
abgekühlt
und grob zerstoßen,
wonach die Teilchen auf einer Strahlmühle fein verteilt wurden. Die
erhaltenen feinen Teilchen wurden zur Selektion von Teilchen mit
einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 μm klassiert, wodurch
ein Toner hergestellt wurde.
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<Tonerherstellungsverfahren
3>
-
Polymerisiertes Trockensystem:
-
1
Gew.-% eines Ladungssteuermittels (Copy Charge NX, Hoechst), 4 Gew.-%
Wachs (BNT, Nippon Seika), 0,5 Gew.-% Aerosol-Siliciumdioxid (HDK-H2000,
Wacker Chemie) und 5 Gew.-% Magenta-Pigment (Permanent Rubin F6B,
Hoechst) als Farbmittel wurden mechanisch dispergiert und 89,5 Gew.-%
eines Bindemittelharzes zum Zeitpunkt der Polymerisation des Bindemittelharzes
entsprechenden Monomerkomponenten beigemischt. Die Mischung wurde
zu Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 10 μm grenzflächenpolymerisiert,
wodurch ein Toner hergestellt wurde.
-
-
-
Die
grundlegenden Eigenschaften des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten
Polyolefinharzes mit cyclischer Struktur sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Tabelle
2 Grundlegenden Eigenschaften
-
- Tg: Glasübergangstemperatur
-
Bei
Probe Nr. 1 (MT845), Nr. 2 (MT854) und Nr. 9 (MT849) handelt es
sich um Polyolefinharze mit cyclischer Struktur mit niedriger Viskosität, hoher
Viskosität
bzw. mittlerer Viskosität.
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Probe
Nr. 3 (T-745'-MO):
hergestellt durch Umsetzung von Probe Nr. 10 (T-745), einem Ethylen-Norbornen-Bipolymer, mit einem
Peroxid und 7 Gew.-% Maleinsäureanhydrid,
bezogen auf T-745, zur Einführung von
Carboxylgruppen.
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Probe
Nr. 5 (T-745'-CL):
hergestellt durch Neutralisation von etwa 70% der Carboxylgruppen
von Probe Nr. 3 (T-745'-MO),
welche darin eingeführte
Carboxylgruppen aufweist, mit Zink zur Umwandlung in ein Ionomer.
- Tafton NE 2155: Tg = 65°C
- MC100: Tg = 69°C,
Mw = 53000, Mn = 23000, Mw/Mn = 2,3
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Die
nach den obigen Tonerherstellungsverfahren 1, 2 und 3 hergestellten
Toner wurden jeweils in einen im Handel erhältlichen elektrophotographischen
Kopierer (PC100, Canon Inc.) eingebracht und einer Leistungsprüfung unterworfen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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In
den Beispielen 1-8 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 werden zwei
Verfahren für
Tonerherstellung verwendet. Die Tonerformulierung und das Harzgerüst sind
jedoch gleich, so daß die
Ergebnisse der Auswertungspunkte die gleichen sind.
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Auswertungsverfahren und Auswertungskriterien
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1) Fixierbarkeit
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
zum Kopieren auf Recyclingpapier mit einer Kopierrate von 10 Kopien/min
bei einer Fixierungstemperatur von 110 bis 140°C verwendet, wobei die Fixierungstemperatur
bei jedem Kopierzyklus um 10°C
erhöht
wurde. Die erhaltenen Kopieproben wurden mit Hilfe eines Abriebprüfgeräts von Southernland
zehnmal mit einem Radierer gerieben. Die Belastung während der
Prüfung
betrug 40 g/cm
2. An den geprüften Proben
wurde die Bedruckungsdichte mit Hilfe eines Macbeth-Reflexionsdensitometers
gemessen. Die Zuordnung des Symbols X erfolgte, wenn auch nur einer
der Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen weniger als 65% betrug. Die Zuordnung
des Symbols ρ erfolgte,
wenn die Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen 65% oder mehr, aber weniger als
75% betrugen. Die Zuordnung des Symbols
erfolgte,
wenn die Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen 75% oder mehr, aber weniger als
85% betrugen. Die Zuordnung des Symbols
erfolgte,
wenn die Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen 85% oder mehr betrugen.
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2) Bildschärfe
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden zum
Kopieren auf Recyclingpapier verwendet. Die erhaltenen Proben wurden
mit Probebildern von Data Quest verglichen. Als Grundlage für die Auswertung
dienten das Auflösungsvermögen für dünne Linien
und die Grauskala des Kopiebilds. Die Zuordnung des Symbols X erfolgte
bei einem Auflösungsvermögen für dünne Linien
von 200 Punkten/Zoll oder weniger, ρ bei einem Auflösungsvermögen für dünne Linien
von 201 bis 300 Punkten/Zoll und
bei
einem Auflösungsvermögen für dünne Linien
von 301 Punkten/Zoll oder mehr. Das Verhältnis der Reflexionsdichte
des Kopiebilds zur Reflexionsdichte des Probebilds bei jeder Stufe
der Grauskala erhielt die Bewertung X bei einem Wert von weniger
als 65%, ρ bei
einem Wert von 65% oder mehr, aber weniger als 75%, und
bei
einem Wert von 75% oder mehr.
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3) Lichtdurchlässigkeit
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Die
mit den Formulierungen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele
hergestellten magentafarbenen Toner wurden jeweils zur Herstellung
von 100 μm
dicken flächigen
Proben verwendet. Die Lichtdurchlässigkeit jeder flächigen Probe
wurde mit einem optischen Filter mit einem Peak bei 624 nm bestimmt.
Die Lichtdurchlässigkeit
bei 624 nm erhielt die Bewertung X bei einem Wert von weniger als
8%, ρ bei
einem Wert von weniger 8% oder mehr, aber weniger als 11%, und
bei
einem Wert von weniger 11% oder mehr.
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4) Schutzwirkung gegen verbrauchten Toner
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Der
in jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele beschriebene
Toner und ein Ferrit-Träger
von Powdertech wurden in vorgegebenen Mengen in einen Entwicklerkasten
eingebracht. Nach einer Woche Rühren
und triboelektrischer Behandlung der Mischung wurden 5 g des Trägers mit
darauf abgeschiedenem Toner angewogen. Dieser Träger mit darauf abgeschiedenem
Toner wurde in Seifenwasser eingebracht, um den elektrostatisch
an der Oberfläche
haftenden Toner zu entfernen. Mit einem Magneten wurde nur das magnetische
Trägerpulver
abgezogen. Das Magnetpulver wurde in Aceton getaucht, um den mit
der Oberfläche
verschmolzenen verbrauchten Toner aufzulösen und zu entfernen. Eine
Gewichtsänderung
nach Eintauchen im Vergleich zum Gewicht vor dem Eintauchen erhielt
die Bewertung
bei
einem Wert von weniger 0,2%, ρ bei einem
Wert von 0,2% oder mehr, aber weniger als 0,5%, und X bei einem
Wert von 0,5% oder mehr.
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5) Offsetfreie Eigenschaften
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
zum Kopieren auf Recyclingpapier bei einer Kopierate von 10 Kopien/min
und einer Fixierungstemperatur von 90 bis 180°C verwendet, wobei die Fixierungstemperatur
bei jedem Kopierzyklus um 10°C
erhöht
wurde. Die Bedruckungsdichte der Nichtbildbereiche der erhaltenen
Proben wurde mit Hilfe eines Macbeth-Reflexionsdensitometers bestimmt. Die
Bedruckungsdichte von 0,2 oder mehr (Bedruckungsdichte von Papier
= 0,15) repräsentierte
einen offsetfreien Zustand. Die Differenz zwischen der oberen und
unteren Grenztemperatur im offsetfreien Zustand erhielt die Bewertung
X bei einem Wert von 0°C, ρ bei einem
Wert von 1 bis 20°C,
bei
einem Wert von 21 bis 40°C und
bei
einem Wert von mehr als 40°C.