DE69829616T2

DE69829616T2 - Toner und Entwicklerzusammensetzungen mit Kompatibilisierungsmitteln

Info

Publication number: DE69829616T2
Application number: DE69829616T
Authority: DE
Inventors: Pinyen Lin; John G. Walworth Vandusen
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: EP0901045A1; EP0901045B1; DE69829616D1; US5843612A; JPH11143112A

Description

Diese Erfindung ist im Allgemeinen auf Toner- und Entwicklerzusammensetzungen gerichtet, und insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Tonerzusammensetzungen gerichtet, die magnetische Einkomponenten-, Zweikomponenten- und gefärbte Tonerzusammensetzungen einschließen, die eine niedrige Zähigkeitskomponente (Druckzähigkeit bzw. Druckhärte von 0,35·10⁵ kg·m/m³ bis 2,81·10⁵ kg·m/m³ (50 lb·in/in³ bis 400 lb·in/in³), aufweisen, wie Polymere mit niederem Molekulargewicht (2 000 < M_n < 85 000, vorzugsweise 3 000 < M_n < 25 000), ausgewählt für die Verbesserung der Dispersion der Wachskomponente, und wobei ausgezeichnete Strömeigenschaften ermöglicht werden. Bestimmte Copolymere mit niederer Zähigkeit ermöglichen viel schnellere Strömgeschwindigkeiten des Toners, versehen Toner mit überlegener Dispersion des Wachses und verbessern weiterhin die minimalen Schmelz- (bzw. Fusions temperaturen von Wachs enthaltenden Tonern. In den erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen mindestens zwei Polymerharze, und in Ausführungsformen von 2 bis 10 Polymere, die beispielsweise ein erstes Harz, ein zweites vernetztes Harz, eine Wachskomponente und eine Polymercompatibilizerkomponente mit niedriger Zähigkeit umfassen, enthalten. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfassen die Tonerzusammensetzungen Harzteilchen, insbesondere vernetzte, extrudierte Polyesterharzteilchen, Pigmentteilchen, eine Wachskomponente, wie Polypropylenwachs und den Polymercompatibilizer von niedriger Zähigkeit. Es werden gemäß der vorliegenden Erfindung auch positiv oder negativ geladene Tonerzusammensetzungen bereitgestellt, die Harzteilchen, Pigmentteilchen, eine Wachskomponente, wie Polypropylenwachs, und bestimmte Copolymercompatibilizer mit niedriger Zähigkeit und Ladung verstärkende Zusätze umfassen. Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf Entwicklerzusammensetzungen gerichtet, die die vorstehend erwähnten Toner und Trägerteilchen umfassen. Außerdem werden in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Ein-Komponenten-Tonerzusammensetzungen, die Harzteilchen, Magnetkomponenten, wie Magnetite, eine Wachskomponente, wie Polypropylenwachs, und den Compatibilizer umfassen, bereitgestellt. Die erfindungsgemäßen Toner- und Entwicklerzusammensetzungen sind in einer Vielzahl von bekannten elektrostatographischen Bebilderungs- und Drucksystemen, insbesondere jene Systeme, worin ein Wachs in dem Toner vorliegt, verwendbar. Die erfindungsgemäßen Entwicklerzusammensetzungen besitzen in Ausführungsformen einen breiten Schmelz- (bzw. Fusions-)spielraum, beispielsweise etwa 100°C, was den Temperaturbereich zwischen der minimalen Fixierungstemperatur von beispielsweise 100°C bis 170°C, der zum Fixieren von Tonerteilchen auf Papier von Bedeutung ist, und der Heißoffsettemperatur, beispielsweise 180°C bis 250°C, welche die Temperatur darstellt, bei der geschmolzener Toner an der Schmelzwalze anhaftet, darstellt. Die erfindungsgemäßen Entwicklerzusammensetzungen stellen auch Tonerbilder mit einer niedrigen Oberflächenenergie und einem niedrigen Reibungskoeffizienten bereit, wobei die Eigenschaften die wirksame Ablösung von Papier von der Schmelzwalze ermöglichen und eine Verminderung der Bildverschmutzung bereitstellen. Weiterhin besitzen die erfindungsgemäßen Entwicklerzusammensetzungen stabile elektrische Eigenschaften über längere Zeiträume, und mit diesen Zusammensetzungen gibt es beispielsweise keine wesentliche Änderung in den triboelektrischen Ladungswerten. Mit den erfindungsgemäßen Tonerzusammensetzungen wird auch das Wachs, das die Ablösung des Toners von der Schmelzwalze erhöht und den Schmelzbereich erhöht, darin zurückgehalten; und der Wachsverlust aus dem Toner wird beseitigt oder minimiert; und darüber hinaus werden die erfindungsgemäßen Tonerzusammensetzungen mit stabilisierten Wachsdomänen leichter durch Extrusion verarbeitet, werden leicht und überlegen verströmen, was viel schnellere Tonererzeugungs- und niedrigere Tonerherstellungskosten erlaubt. Die Steuerung der Wachskonzentration ermöglicht auch die Wirt schaftlichkeit eines direkten Recyclings von Tonerfeinstoffen, die nach der Teilchengrößenklassierung erhalten werden, welche gewöhnlich als Abfall verworfen werden würden. Die Stabilisierung der Dispersion von Wachs durch Compatibilizer senkt auch das minimale Schmelzen bzw. Fusionieren und die Ablösetemperatur, wodurch der Tonerschmelzbereich verbessert wird.
Es gibt verschiedene Probleme, die beim Einschluss von Polyolefin oder anderen Wachsen in Tonern beobachtet werden. Wenn beispielsweise ein Polypropylenwachs in Toner zur Verbesserung der Ablösung von Toner von einer Heißschmelzwalze oder zum Verbessern des Gleitens von fixiertem Tonerbild eingeschlossen ist, wurde beobachtet, dass das Wachs in dem Tonerharz nicht gut dispergiert. Im Ergebnis werden freie Wachsteilchen während des Pulverisierungs-/Ström- (oder Mikronisierung)-Schritts beispielsweise in einer Strahlmühle freigesetzt und die Pulverisierungsgeschwindigkeit ist niedriger. Die schlechte Dispersion von Wachs in dem Tonerharz und deshalb der Verlust an Wachs wird dann die Ablösefunktion beeinträchtigen, die eigentlich vorgesehen ist. Kratzmarken, beispielsweise auf den xerographisch entwickelten Tonervollflächen, verursacht durch Abstreiffinger, wurden im Ergebnis der schlechten Ablösung beobachtet. Weiterhin wird das in dem Entwickler verbleibende freie Wachs sich auf der in der xerographischen Apparatur befindlichen Detone-Walze aufbauen, was einen Hardwarefehler verursachen wird.
Die vorstehend erwähnten Probleme und andere können beseitigt oder mit den Tonerzusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung in den Ausführungsformen davon minimiert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Tonerzusammensetzung bereit, umfassend Harz, Färbemittel, Wachs und einen Compatibilizer, der ein Segment der Formel enthält A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-, worin A Ethylen darstellt, B Propylen darstellt, C Buten darstellt und D Penten darstellt, und worin die Molenbrüche durch a, b, c und d wiedergegeben werden, und worin a 0,05 bis 0,95 ist, b 0,05 bis 0,95 ist, c 0,05 bis 0,95 ist und d 0,05 bis 0,95 ist, und unter der Maßgabe, dass die Summe von a, b, c und d gleich etwa 1 ist,
und wobei der Compatibilizer eine Druckzähigkeit, wie in Anspruch 1 definiert, besitzt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Entwicklerzusammensetzung, umfassend die vorstehend genannte Tonerzusammensetzung und Trägerteilchen, bereit.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Gewinnen von Bildern bereit, welches Erzeugen eines elektrostatischen Latentbildes auf einem photoleitfähigen Bilderzeugungselement, anschließend Beeinflussen bzw. Bewirken der Entwicklung dieses Bildes mit der vorstehenden Tonerzusammensetzung, danach Überführen des Bildes auf ein Permanentsubstrat, und gegebenenfalls permanentes Fixieren des Bildes darauf umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Minimieren der Wachsmenge gerichtet, die aus einem Toner entweicht, das Schmelzvermischen der Komponenten der vorstehenden Tonerzusammensetzung, nämlich das Tonerharz, das Färbemittel, die Wachskomponente und der Compatibilizer, umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen angeführt.
Die erfindungsgemäßen Toner sind wirksam strömfähig (jettable), weil wahrscheinlich die spezielle niedrige Zähigkeit der als Wachscompatibilizer zugesetzten Copolymere, Wachs in Domänen von weniger als beispielsweise 2 μm (Mikrometer) dispergieren, ohne zäher machen des Tonerverbundstoffs aus Wachs, Wachsdispersionsmittel, Färbemittel, Ladungssteuerungsmittel und Färbemittel. Darüber hinaus sind die in der vorliegenden Erfindung angewendeten speziellen Compatibilizer zerreibbare Pulver, die besseres Vermischen der Tonerkomponenten durch Extrusionsverfahren ermöglichen.
Eine Vielzahl von bestimmten Vorteilen sind mit der Erfindung der vorliegenden Anmeldung in Ausführungsformen davon verbunden, einschließlich Verbessern der Dispersion von Tonerharzteilchen, insbesondere ein Gemisch von Harzen und Wachs; Verbessern der Dispersion von Wachs in dem Toner, un ter somit Entfernen von unerwünschter Ablösung von Wachs aus dem Toner in Form von freien Wachsteilchen während des Pulverisierungsvorgangs des Tonerherstellungsverfahrens und der anschließenden Verunreinigung der Xerographiemaschinenteilsysteme durch freie Wachsteilchen; Vermeiden einer Verminderung der Pulverisierungsgeschwindigkeit, die sich aus der schlechten Wachsdispersion ergibt; Halten der vorgesehenen Konzentration an Wachs in dem Toner, unter Bereitstellung von verbesserter Ablösung von Tonerbildern von der Schmelzwalze und das Vermeiden von unerwünschten Kratzmarken, die durch die Streiffinger verursacht werden, welche für die Papierhandhabung erforderlich sind; eine breite Verfahrensspannbreite kann während des mechanischen Vermischungsvorgangs des Tonerherstellungsverfahrens bereitgestellt werden; und das wirksame mechanische Vermischen des Toners ist in der Lage, in einer Vielzahl von Vorrichtungen, einschließlich eines Extruders, ausgeführt zu werden.
Obwohl die Toner von US-Patent 5 229 242 für ihre vorgesehenen Zwecke dienen, wurden nach umfangreicher Forschung und vielen Fehlversuchen verbesserte Wachscompatibilizerzusammensetzungen entwickelt. Toner mit dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Compatibilizer ermöglichen verbessertes Extrudervermischen und Verarbeiten, überlegene Tonerströmgeschwindigkeit, verbesserte Wachsdispersionen und verbesserte Schmelzeigenschaften bei verminderten Kosten. Die Wachscompatibilizer von US-Patent 5 229 242 werden der Annahme nach als thermoplastische Elastomere aufgefasst, die ein Material anzeigen, das bei Raumtemperatur (25°C) wiederholt mindestens zweimal von ihrer ursprünglichen Länge verstreckt werden kann und nach unmittelbarer Entlastung der Beanspruchung zu ihrer ursprünglichen, ungefähren Länge zurückkehren werden. Obwohl die elastomeren Materialien in den Beispielen von US-Patent 5 229 242 darstellen, die Wachs kompatibilisieren, können diese Materialien mit hohem Molekulargewicht auch Zähigkeit und schlechte Verarbeitungseigenschaften, wie schlechte Tonerströmfähigkeit, dem Tonerverbundstoff verleihen. Darüber hinaus sind diese kommerziell erhältlichen elastomeren Materialien häufig Gemische von Diblock- und Triblock-Copolymeren, die der Produktion entgegenstehende Eigenschaften bei Toneranwendungen besitzen können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit ausgezeichneten Strömgeschwindigkeiten bereitgestellt, und die Toner ermöglichen verbesserte Dispersion der Harz- und Wachskomponenten, die in einer Vielzahl von Vorrichtungen, einschließlich einem Extruder, erreichbar ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Bereitstellung von Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit einem Compatibilizer von niedriger Zähigkeit gemäß Anspruch 1, wobei bei dem erhaltenen Toner während der Tonerherstellung die unerwünschte Erzeugung von Teilchen, die vollständig eine sekundäre Polymerkomponente enthalten, vermieden wird oder minimiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der mechanische Tonermischvorgang bei einer Schmelztemperatur in einer Höhe von 50°C oberhalb des Schmelzpunktes der Wachskomponente ausgeführt werden, wodurch die Anwendung einer großen Vielzahl von Apparaturen, zusätzlich zu einem Mischverfahren bei niedriger Schmelztemperatur, unter Verwendung von Ausrüstung, wie einem Banburymischer, möglich wird und wobei die Toner leicht verströmfähig sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die sekundären polymeren Phasen in dem Toner stabil bleiben und wesentliche Phasentrennung, insbesondere über längere Zeiträume von beispielsweise bis zu drei Monaten in Ausführungsformen, wird nicht stattfinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit bestimmten Wachsen darin und darauf bereitgestellt, die Bilder von ausgezeichneter Qualität, einschließlich annehmbarer Auflösungen, ermöglichen, und die andere Vorteile, wie hierin erläutert, wie niedrige Oberflächenenergie und ausgezeichnete Strömgeschwindigkeiten, besitzen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin Verfahren zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen bereit, worin der unerwünschte Verlust von darin enthaltenem Wachs vermieden oder minimiert wird.
Diese und andere Vorteile werden gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Tonerzusammensetzungen gerichtet, die Harzteilchen, Färbemittel, wie Pigmentteilchen, einschließlich Magnetite, Wachse, und als Compatibilizer ein niedrig zähes Polymer, wie hierin erläutert, umfassen. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden Tonerzusammensetzungen bereitgestellt, umfassend erste Harzteilchen, zweite vernetzte Harzteilchen, Färbemittel, insbesondere pigmentierte Teilchen, Wachse mit niedrigem Molekulargewicht, wie Polyethylen und Polypropylen, wie jene, erhältlich von Sanyo Chemicals of Japan als VISCOL 550P^TM und VISCOL 660P^TM, Mitsui „Hi-wax" NP055 und NP105, oder Wachsgemische, wie MicroPowders, Micropro-440 und -440w und dergleichen, und als Compatibilizer bestimmte Polymere mit niedriger Zähigkeit gemäß Anspruch 1. Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung positiv geladene Tonerzusammensetzungen, umfassend Harzteilchen, Pigmentteilchen, Wachse mit niedrigem Molekulargewicht, Copolymer-Compatibilizer mit niedriger Zähigkeit gemäß Anspruch 1, und einen Ladung verstärkenden Zusatz, bereitgestellt. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf Entwicklerzusammensetzungen gerichtet, die die vorstehend erwähnten Toner und Trägerteilchen umfassen.
Zusätzlich werden gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Entwicklerzusammensetzungen bereitgestellt, umfassend Tonerzusammensetzungen, die erste Harzteilchen enthalten, wie ein Styrol-Butadien-Harz, gegebenenfalls zweite vernetzte Harze von beispielsweise einem Styrol-Methacrylat, vernetzt mit bekannten Komponenten, wie Divinylbenzol, Pigmentteilchen, wie MAPICO BLACK^®, Magnetite, Ruße oder Gemische davon, Wachse mit niederem Molekulargewicht, wie Polyethylen und Polypropylen, wie jene, erhältlich von Sanyo Chemicals of Japan als VISCOL 550P^TM und VISCOL 660P^TM, oder Mitsui „Hi-wax" NP055 und NP105, oder Wachsgemische, beispielsweise kann der Toner einen Wachsanteil von bis zu 15 Gewichtsprozent und spezieller von 0,05 bis 6 Gewichtsprozent, oder von 0,05 bis 6 Gewichtsprozent, wie MicroPowders, Micropro-440 und -440w, aufweisen, einen Compatibilizer, umfassend ein Copolymer mit niedriger Zähigkeit, wie in Anspruch 1 definiert, und einen gegebenenfalls Ladung verstärkenden Zusatz, insbesondere beispielsweise Distearyldimethylammoniummethylsulfat, vgl. US-Patent 4 560 635, und Trägerteilchen. Als Trägerkomponenten für die vorstehend erwähnten Zusammensetzungen kann eine Vielzahl von bekannten Materialien, wie Stahl, Eisen oder Ferrit, insbesondere mit einer polymeren Beschichtung darüber, einschließlich Copolymere von Vinylchlorid und Trifluorchlorethylen mit leitfähigen Substanzen, dispergiert in der polymeren Beschichtung, einschließlich beispielsweise Ruß, ausgewählt sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen eine Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 1 ein, umfassend Harz, Färbemittel, Wachs und einen Compatibilizer, enthaltend ein Segment der Formel A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-, worin A Ethylen darstellt, B Propylen darstellt, C Buten darstellt und D Penten darstellt, und worin die Molenbrüche durch a, b, c und d wiedergegeben werden, und worin a 0,05 bis 0,95 ist, b 0,05 bis 0,95 ist, c 0,05 bis 0,95 ist und d 0,05 bis 0,95 ist, und unter der Maßgabe, dass die Summe von a, b, c und d gleich etwa 1 ist,
und wobei der Compatibilizer eine Druckzähigkeit wie in Anspruch 1 definiert aufweist. Vorzugsweise ist das Färbemittel in dem Toner ein Pigment. Vorzugsweise sind jedes von a, b, c und d 0,1 bis 0,8. Es ist auch bevorzugt, dass das gewichtsmittlere Molekulargewicht M_W des Compatibilizers 1 000 bis 50 000, bevorzugter 1 500 bis 20 000, ist.
In einer Ausführungsform enthält der Compatibilizer weiterhin E, F und G, und der Compatibilizer weist die Formel A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-E_(e)-F_(f)-G_(g) auf,und worin E eine reaktive funktionelle Gruppe darstellt, F eine reaktive funktionelle Gruppe darstellt und G Styrol darstellt, und jedes e, f und g Molenbrüche von 0,05 bis 0,95 sind, und worin die Summe von a, b, c, d, e, f und g etwa 1 Molenbruch ist. In dieser Ausführungsform ist E vor zugsweise eine reaktive funktionelle Gruppe einer Säure, eines Anhydrids, eines Hydroxyls, eines Glycidyls oder eines Amins, und F, das mit E bei erhöhten Temperaturen reaktiv ist, ist ein Anhydrid, ein Hydroxyl, eine Säure, ein Glycidyl oder eine Amingruppe. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Reaktion von E und F eine Säure-Glycidyl-Reaktion, eine Amin-Glycidyl-Reaktion, eine Anhydrid-Glycidyl-Reaktion, eine Anhydrid-Amin-Reaktion, eine Hydroxyl-Säure-Reaktion oder eine Hydroxyl-Glycidyl-Reaktion ist. Vorzugsweise ist M_W der Segmente E, F und G 1 000 bis 50 000 oder 1 500 bis 20 000. Darüber hinaus liegen die Segmente E und F vorzugsweise in dem Polymer in einer Menge von 0,05 bis 10 pro Polymerkette vor.
In einer Ausführungsform ist der Compatibilizer ein elastomeres thermoplastisches Styrol-Copolymer, wobei dieser Compatibilizer wie in Anspruch 1 definiert ist.
In einer Ausführungsform enthält der Toner weiterhin sekundär vernetzte Harzteilchen. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die ersten Harzteilchen in einer Menge von 40 bis 90 Gewichtsprozent vorliegen und die zweiten Harzteilchen in einer Menge von 60 bis 10 Gewichtsprozent oder anderen geeigneten Mengen vorliegen. Vorzugsweise umfassen die ersten Harzteilchen Styrolbutadien, Styrolacrylat oder Styrolmethacrylat, und die zweiten vernetzten Harzteilchen umfassen ein vernetztes Polymer von Styrolbutadien, Styrolacrylat oder Styrolmethacrylat, worin das erste Harz in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 85 Gewichtsprozent vorliegt und das zweite Harz in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent vorliegt.
Der Compatibilizer besitzt eine Druckzähigkeit von beispielsweise 1,41·10⁵ kg-m/m³ bis 2,81·10⁵ kg-m/m³ (200 bis 400 lb-in/in³), jedoch in jedem Fall weniger als 2,81 · 10⁵ kg-m/m³ (400 lb-in/in³).
In einer Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Wachs und der Compatibilizer zusammen Domänen von einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,1 bis 2 μm (Mikrometer) bilden.
Vorzugsweise liegt der Compatibilizer in einer Menge von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent oder, wenn das Färbemittel ein Pigment ist, von 1 bis 3 Prozent vor.
Vorzugsweise sind die Harzteilchen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyestern, Styrol-Butadien-Copolymeren, Styrol-Dien-Copolymeren, Styrol-Polyolefin-Copolymeren, Styrol-Acrylat-Copolymeren und Styrol-Methacrylat-Copolymeren. In dieser Ausführungsform kann das ausgewählte Polyesterharz sich aus der Kondensationsreaktion von Dimethylterephthalat, 1,2-Propandiol, 1,3-Butandiol und Pentaerythrit ergeben; oder der Polyester ergibt sich aus der Kondensationsreaktion von propoxyliertem Bisphenol A, Dimethylterephthalat, 1,2-Propandiol, Diethylenglycol und Pentaerythrit. Vorzugsweise ist das Färbemittel das Pigment Ruß, Magnetit, Magenta, Cyanblau, Gelb oder Gemische davon. Es ist auch bevorzugt, dass das Wachs ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 1 000 bis 10 000 aufweist, dass das Wachs ein Polyolefin oder Gemisch von Polyolefinen darstellt, und dass das Wachs in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent vorliegt, und dass der Toner weiterhin einen Ladung verstärkenden Zusatz enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Distearyldimethylammoniummethylsulfat, einem Cetylpyridiniumhalogenid und Stearylphenethyldimethylammoniumtosylat, und worin das Polyolefin Polyethylen oder Polypropylen darstellt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Entwicklerzusammensetzung bereit, umfassend den hierin erläuterten Toner und Trägerteilchen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Gewinnen von Bildern bereit, das Erzeugen eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einem photoleitfähigen Bilderzeugungselement, anschließendes Beeinflussen bzw. Bewirken der Entwicklung dieses Bildes mit den hierin erläuterten Tonerzusammensetzungen, danach Überführen des Bildes auf ein Permanentsubstrat, und gegebenenfalls, jedoch vorzugsweise permanentes Fixieren des Bildes darauf, umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Minimieren der Wachsmenge bereit, die aus einem Toner verloren geht, der Schmelzvermischen von Tonerharz, Färbemittel, eine Wachskomponente und den hierin erläuterten Compatibilizer mit niedriger Zähigkeit umfasst.
Erläuternde Beispiele für geeignete Tonerharze, ausgewählt aus den erfindungsgemäßen Toner- und Entwicklerzusammensetzungen, und vorliegend in verschiedenen wirksamen Mengen, wie beispielsweise 65 Gewichtsprozent bis 95 Gewichtsprozent, schließen Styrolacrylate, Styrolmethacrylate, Styrolbutadiene, Styrolisoprene, Polyester, Polyamide, Epoxidharze, Polyurethane, Polyolefine, Vinylharze, polymere Veresterungsprodukte einer Dicarbonsäure und ein Diol, umfassend ein Diphenol, vernetzte Harze und Gemische davon, ein.
Als ein Tonerharz können die Veresterungsprodukte einer Dicarbonsäure und eines Diols, umfassend ein Diphenol, ausgewählt werden, wobei die Komponenten in US-Patent 3 590 000 erläutert werden. Andere Tonerharze schließen Styrol/Methacrylat-Copolymere, Styrol/Acrylat-Copolymere und Styrol/Butadien-Copolymere, insbesondere jene, wie in dem vorstehend erwähnten Patent erläutert, und Styrol-Butadien-Harze mit hohem Styrolgehalt, der sich von 80 bis 85 Gewichtsprozent Styrol erstreckt, ein, wobei die Harze als PLIOLITES^® und PLIOTONES^®, erhalten von Goodyear Chemical Company, erhältlich sind; Polyesterharze, erhalten aus der Reaktion von Bisphenol-A und Propylenoxid, gefolgt von der Reaktion des erhaltenen Produkts mit Fumarsäure; und verzweigte Polyesterharze, die sich aus der Reaktion von Dimethylterephthalat, 1,3-Butandiol, 1,2-Propandiol und Pentaerythrit ergeben. In Ausführungsformen ist der Toner zusammengesetzt aus einem Gemisch von Harzen, umfassend beispielsweise ein erstes Harz, wie hierin erläutert, wie Styrolacrylat, Styrolmethacrylat oder Styrolbutadien, mit einem hohen Styrolgehalt, und ein zweites Polymer, umfassend ein vernetztes Copolymer von Styrol und Butylmethacrylat. Das vorstehend erwähnte Gemisch von erstem und zweitem Harz kann verschiedene wirksame Mengen von jedem Harz, beispielsweise 50 bis 90 und vorzugsweise etwa 70 Gewichtsprozent des ersten Harzes, wie Styrolbutadien, und 50 bis 10 und vorzugsweise etwa 30 Gewichtsprozent des zweiten Harzes, wie das Harz, vernetzt mit beispielsweise Divinylben zol, enthalten. Bevorzugtes Tonerharz schließt die extrudierten Polyester von US-Patenten 5 376 494 und 5 227 460 ein.
Zahlreiche gut bekannte, geeignete Färbemittel, insbesondere Pigmente, können als das Färbemittel für die Tonerteilchen, einschließlich beispielsweise Ruß, wie REGAL 330^®, BLACK PEARLS^®, VULCAN^® und dergleichen, Nigrosinfarbstoff, Anilinblau, Phthalocyaninderivate, Magnetite und Gemische davon, ausgewählt sein. Das Pigment, das vorzugsweise Ruß darstellt, sollte in einer ausreichenden Menge vorliegen, um die Tonerzusammensetzung gefärbt zu machen, wodurch ein deutlich sichtbares Bild erhalten wird. Im Allgemeinen liegen die gefärbten Teilchen in Mengen von 1 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent und vorzugsweise 4 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tonerzusammensetzung, vor; jedoch können geringere oder größere Mengen der Färbemittelteilchen in Ausführungsformen ausgewählt sein.
Wenn die Pigmentteilchen bekannte Magnetite umfassen, einschließlich jene, die als MAPICO BLACK^® kommerziell erhältlich sind, liegen sie gewöhnlich in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent und vorzugsweise in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent vor. Alternativ können sie ausgewählt sein aus Pigmentteilchengemischen von Ruß oder äquivalenten Pigmenten, wie Magnetite, wobei Gemische beispielsweise 6 Prozent bis 70 Gewichtsprozent Magnetit und 2 Prozent bis 15 Gewichtsprozent Ruß enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden gefärbte Tonerzusammensetzungen bereitgestellt, die Farbstoffe oder Pigmente, bekannte Magenta-, Cyanblau- und/oder gelbe Teilchen sowie Gemische davon enthalten. Sie können auch aus roten, grünen, blauen, braunen und dergleichen Pigmenten ausgewählt sein. Diese Pigmente liegen im Allgemeinen in der Tonerzusammensetzung in Mengen von 2 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent und vorzugsweise 2 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Tonerharzteilchen, vor.
Färbemittel schließt Pigmente, Farbstoffe, Gemische davon, Gemische von Pigmenten, Gemische von Farbstoffen und dergleichen zum vorwiegenden Verleihen von Farbe dem Toner ein.
Beispiele für Wachse mit niedrigem Molekulargewicht, beispielsweise 1 000 bis 20 000 und vorzugsweise 1 000 bis 7 000, schließen jene, wie in der Britischen Patentveröffentlichung 1 442 835, wie Polyethylen, Polypropylen und dergleichen, insbesondere VISCOL 550P^TM und VISCOL 660P^TM, ein. Die vorstehend erwähnten Wachse, die in vielen Fällen von Sanyo Chemical of Japan erhalten werden können, liegen in dem Toner in verschiedenen wirksamen Mengen, wie beispielsweise 0,5 bis 10 und vorzugsweise 3 bis 7 Gewichtsprozent, vor. Beispiele für Funktionen des Wachses sind zum Verstärken der Trennung von Papier nach dem Schmelzen und Ausstatten des geschmolzenen Tonerbildes mit Gleiten. Die Trennung oder Abtrennung von Wachs von dem Toner kann diese Funktionen vermindern. Auch Toner mit schlechter Wachsdispersion haben eine niedrige Pulverisierungsgeschwindigkeit, und das freie Wachs, das innerhalb des Toners verbleiben kann, wird auf den inneren Teilen der xerographischen Reinigungsvorrichtung unter Verursachen eines Maschinenversagens aufgebaut.
Die Compatibilizer mit niedriger Zähigkeit werden beispielsweise wiedergegeben durch die Formel: A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-E_(e)-F_(f)-G_(g), abgeleitet in beliebiger Reihenfolge, beispielsweise statistisch, von Monomeren A bis D, worin A Ethylen darstellt, B Propylen darstellt, C Buten darstellt, D Penten darstellt, E eine reaktive funktionelle Gruppe, wie Säure-, Anhydrid-, Hydroxyl-, Glycidyl-, Amingruppen, darstellt, und F eine reaktive funktionelle Gruppe darstellt, die mit E bei erhöhten Temperaturen reaktiv ist, wie Anhydrid-, Hydroxyl-, Säure-, Glycidyl-, Amingruppen, und G Styrol darstellt. Die vorstehend erwähnten Monomere können in dem Polymer mit dem nachstehenden Molenbruch vorliegen: (a) 0,05 bis 0,95, (b) 0,05 bis 0,95, (c) 0,05 bis 0,95, (d) 0,05 bis 0,95, (e) 0,05 bis 0,95, (f) 0,05 bis 0,95 und (g) 0,05 bis 0,95, worin die Gesamtheit aller Komponenten ein Molenbruch von 1,0 ist. Vorzugsweise liegen (a) bis (g) mit dem nachstehenden Molenbruch vor: (a) 0,1 bis 0,9, (b) 0,1 bis 0,9, (c) 0,1 bis 0,8, (d) 0,1 bis 0,7, (e) 0,1 bis 0,1, (f) 0,1 bis 0,1 und (g) 0,1 bis 0,8. Die Molekulargewichte der Segmente G liegen typischerweise zwischen 1 000 und 50 000, wobei M_W zwischen 1 500 und 20 000 bevorzugt sind. Das Molekulargewicht M_W von A-B-C-D-Segmenten ist 1 000 bis 40 000, wobei M_W-Werte von 1 500 bis 20 000 bevorzugt sind. Die Anzahl von Segmenten E bis F kann in dem Polymer von 0 bis 10 pro Polymerkette und vorzugsweise 0 bis 5 pro Polymerkette vorliegen. Das M_W des gesamten Polymers mit A bis G ist 2 000 bis 90 000 und vorzugsweise 3 000 bis 50 000.
Erläuternde Beispiele für wahlweise Ladung verstärkende Zusätze, die in verschiedenen wirksamen Mengen vorliegen, wie beispielsweise 0,1 bis 20 und vorzugsweise 1 bis 5 Gewichtsprozent, schließen Alkylpyridiniumhalogenide, wie Cetylpyridiniumchloride, vgl. US-Patent 4 298 672, Cetylpyridiniumtetrafluoroborate, quaternäres Ammoniumsulfat und Sulfonat-Ladungssteuerungsmittel, wie in US-Patent 4 338 390 erläutert; Stearylphenethyldimethylammoniumtosylate, vgl. US-Patent 4 338 390; Distearyldimethylammoniummethylsulfat, vgl. US-Patent 4 560 635; Stearyldimethylhydrogenammoniumtosylat; negativ geladene Steuerungsmittel, wie Di-t-butylaluminiumsalicylat, Alohas oder BONTRON E88^® (erhältlich von Orient), E-88^® (erhältlich von Hodogaya), Tetraphenylphosphoniumtetrafluoroborat, und andere bekannte, ähnliche Ladung verstärkende Zusätze, und dergleichen, ein.
Mit weiterem Bezug auf die erfindungsgemäßen Toner- und Entwicklerzusammensetzungen ist eine Komponente, die darin vorliegen kann, der lineare polymere Alkohol, umfassend ein vollständig gesättigtes Kohlenwasserstoffgerüst mit mindestens 80 Prozent der Polymerketten, beendet mit einem Kettenende mit einer Hydroxylgruppe, wobei der Alkohol durch die nachstehende Formel CH₃(CH₂)_nCH₂OH wiedergegeben wird,
worin n eine Zahl von 30 bis 300 und vorzugsweise 30 bis 100 ist, wobei die Alkohole von Petrolite Corporation erhältlich sind.
Erläuternde Beispiele für Trägerteilchen, die zum Vermischen mit den erfindungsgemäßen Tonerzusammensetzungen ausgewählt sein können, schließen jene Teilchen ein, die triboelektrisch sein können, unter Erzeugen einer Ladung von entgegengesetzter Polarität zu jener der Tonerteilchen. Erläuternde Beispiele von bekannten Trägerteilchen, die ausgewählt sein können, schließen granuläres Zirkonium, granuläres Silizium, Glas, Stahl, Nickel, Eisen, Ferrite, wie Kupfer-Zink-Ferrite, erhältlich von Steward Chemicals, und dergleichen ein. Die Trägerteilchen können dafür bekannte Beschichtungen, wie Fluorpolymere, wie KYNAR^®, Polymethylacrylat, und dergleichen einschließen. Beispiele für spezielle Beschichtungen, die ausgewählt sein können, schließen ein Vinylchlorid/Trifluorchlorethylen-Copolymer ein, wobei die Beschichtung darin leitfähige Teilchen, wie Ruß, enthält. Andere Beschichtungen schließen Fluorpolymere, wie Polyvinylidenfluoridharze, Poly(chlortrifluorethylen), fluorierte Ethylen- und Propylen-Copolymere, Terpolymere von Styrol, Methylmethacrylat, und ein Silan, wie Triethoxysilan, Bezug US-Patent 3 467 634 und 3 526 533; Polytetrafluorethylen, Fluor enthaltende Polyacrylate und Polymethacrylate; Copolymere von Vinylchlorid, Trichlorfluorethylen, und andere bekannte Beschichtungen ein. Es kann ebenfalls ausgewählt sein, wie Trägerkomponenten, umfassend einen Kern mit einem Gemisch, insbesondere zwei, Polymerbeschichtungen darüber, Bezug US-Patente 4 937 166 und 4 935 326.
Der Vorteil des Einschlusses eines Compatibilizers kann auf den mechanischen Mischvorgang allein nicht begrenzt sein; somit kann beispielsweise verbesserte Dispersion und Anhaftung in bekannten Herstellungsverfahren durch Anwenden der erfindungsgemäßen Tonerzusammensetzungen realisiert werden. Auch können hohe Konzentrationen eines sekundären Polymers, wie Wachs, wirksam in einem Toner durch Einschluss einer wirksamen Compatibilizermenge dispergiert werden. Somit gibt es einen wesentlichen Kostenvorteil, der aus der Verarbeitungszeit, die für das Vermahlen und die Spritzvorgänge bei der Tonerherstellung erforderlich ist, realisiert wird. Die Verbesserung der Tonerströmgeschwindigkeit mit den erfin dungsgemäßen Compatibilizer-Copolymeren kann beispielsweise zwischen 2- bis 3-fach schneller sein als mit den Tonern von US-Patent 5 229 242 oder US-Patent 5 486 445. Dieser Strömgeschwindigkeitsvorteil ergibt zusammen mit geringeren Tonerfeinstoffen eine mehr als zweifache Verminderung der Endkosten des Toners.
Die Compatibilizer-Druckzähigkeit wird bei Raumtemperatur, etwa 25°C, unter Anwendung eines Instron-Instruments, Modell 8511 (ASTM D695), bestimmt. Die Kreuzkopfgeschwindigkeit ist 1,0 inch/min. Die Testprobenstücke sind unter Vakuum durch Kompressionsformen von 100 Prozent reinem Compatibilizer bei 100°C, 5 psi für 5 Minuten und schrittweisem Herunterkühlen auf Raumtemperatur mit ungefähr 4°C/Minute herzustellen. Die Größe der Testprobenstücke ist 0,25 inch im Durchmesser und ungefähr 1 Inch in der Länge. Beide Kanten sind mit Sandpapier Nr. 2000 bis Nr. 3000 zum Sichern des genauen Kontakts mit der Last in dem Kompressionstest zu polieren. Die Belastungszugkurven in dem Test werden aufgezeichnet und die Druckzähigkeit wird als die Integration der Fläche der Belastungszugkurve, geteilt durch das Volumen des Testprobenstücks, berechnet. Mindestens drei Probenstücke für das gleiche Material zum Vermindern der Testvariation sind zu testen. Die Zähigkeit von HI-WAX 1140H wurde mit 85 lb-in/in³ berechnet.

Claims

Tonerzusammensetzung, umfassend Harz, Färbemittel, Wachs und einen Compatibilizer, enthaltend ein Segment der Formel A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-, worin A Ethylen darstellt, B Propylen darstellt, C Buten darstellt und D Penten darstellt, und worin die Molenbrüche durch a, b, c und d wiedergegeben werden, und worin a 0,05 bis 0,95 ist, b 0,05 bis 0,95 ist, c 0,05 bis 0,95 ist und d 0,05 bis 0,95 ist, und unter der Maßgabe, dass die Summe von a, b, c und d gleich etwa 1 ist, und wobei der Compatibilizer eine Druckzähigkeit von weniger als 2,81·10⁵ kg-m/m³ (400 lb-in/in³) aufweist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das gewichtsmittlere Molekulargewicht M_W des Compatibilizers 1 500 bis 20 000 ist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Compatibilizer weiterhin E, F und G enthält, und der Compatibilizer die Formel A_(a)-B_(b)-C_(c)-D_(d)-E_(e)-F_(f)-G_(g) aufweist,und worin E eine reaktive funktionelle Gruppe darstellt, F eine reaktive funktionelle Gruppe darstellt und G Styrol darstellt, und jedes e, f und g Molenbrüche von 0,05 bis 0,95 sind, und worin die Summe von a, b, c, d, e, f und g etwa 1 Molenbruch ist.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, worin E eine reaktive funktionelle Gruppe einer Säure, eines Anhydrids, eines Hydroxyls, eines Glycidyls oder eines Amins ist, und F, das mit E bei erhöhten Temperaturen reaktiv ist, ein Anhydrid, ein Hydroxyl, eine Säure, ein Glycidyl oder eine Amingruppe darstellt.
Tonerzusammensetzung nach Anspruch 3, worin die E- und F-Segmente in dem Polymer in einer Menge von 0,05 bis 10 pro Polymerkette vorliegen.
Tonerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Compatibilizer ein elastomeres thermoplastisches Styrol-Copolymer darstellt.
Entwicklerzusammensetzung, umfassend die Tonerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und Trägerteilchen.
Verfahren zum Erhalten von Bildern, das Erzeugen eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einem photoleitfähigen Bilderzeugungselement, anschließend Bewirken der Entwicklung von diesem Bild mit der Tonerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, danach Übertragen des Bildes auf ein permanentes Substrat, und gegebenenfalls permanentes Fixieren des Bildes darauf, umfasst.
Verfahren zum Minimieren der Wachsmenge, die aus einem Toner entweicht, das Schmelzvermischen der Komponenten der Tonerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, nämlich das Tonerharz, das Färbemittel, die Wachskomponente und der Compatibilizer, umfasst.