DE69928874T2

DE69928874T2 - Tonerzusammensetzung, Entwickler und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69928874T2
Application number: DE69928874T
Authority: DE
Inventors: Roger N. Rochester Ciccarelli; Denis R. Fairport Bayley; Thomas R. Webster Pickering; Jacques C. Amherst Bertrand
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: US6004714A; BR9903586A; CA2279437C; CA2279437A1; EP0980029B1; DE69928874D1; EP0980029A1; JP2000066442A

Description

Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Toner- und Entwicklerzusammensetzungen gerichtet, und spezieller ist die vorliegende Erfindung auf positiv oder negativ geladene Tonerzusammensetzungen gerichtet oder auf Tonerpartikel, die bestimmte Siliziumdioxid-Oberflächenzusatzstoffe enthalten, und spezieller auf Siliziumdioxide, die mit einem Alkylsilan einschließlich Polyalkylsilanen wie Decylsilan beschichtet sind, und wobei diese beschichteten Siliziumdioxide von der Cabot Corporation erhältlich sind. Mit den Tonern der vorliegenden Erfindung ist in Ausführungsformen davon eine Anzahl von Vorteilen erreichbar, wie ausgezeichnete triboelektrische (reibungselektrische) Ladungseigenschaften, eine beachtliche Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, insbesondere gegen Feuchtigkeitsgehalte von 20 bis 80%, ein besserer Tonerdurchfluss, stabile triboelektrische (reibungselektrische) Ladungswerte, wie 10 bis 55 Mikrocoulomb pro Gramm, die zum Beispiel mit dem bekannten Faradayschen Käfig bestimmt werden, und worin die Toner die Erzeugung von entwickelten Bildern mit überlegener Auflösung und ausgezeichneter Farbintensität ermöglichen. Die oben erwähnten Tonerzusammensetzungen können Farbmittel wie Farbstoffe, Pigmente enthalten, die zum Beispiel Kohlenschwarz, Magnetite oder deren Mischungen, cyanfarbene, magentafarbene, gelbe, blaue, grüne, rote oder braune Komponenten oder deren Mischungen umfassen, wodurch die Entwicklung und Erzeugung von schwarzen und/oder farbigen Bildern gewährleistet wird und wodurch eine Zweikomponentenentwicklung und Einkomponentenentwicklung ermöglicht wird, worin Träger oder Trägerpartikel vermieden werden.
Die Toner- und Entwicklerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können für elektrofotografische, insbesondere xerografische, bildgebende und Druckverfahren, einschließlich Farbverfahren und digitaler Verfahren, ausgewählt werden.
Tonerzusammensetzungen mit bestimmten Oberflächenzusatzstoffen, einschließlich bestimmten Siliziumdioxiden, sind bekannt. Es sind auch Toner bekannt, die eine Mischung aus Hexamethyldisilazan (HMDZ) und Aminopropyltriethoxysilan (APTES) enthalten. Nachteile, die mit diesen Tonern verbunden sind, können in bestimmten Fällen eine niedrige, relativ instabile triboelektrische Ladung und eine relativ hohe Feuchtigkeitsempfindlichkeit umfassen, und die Nachteile von Tonern, die als Oberflächenzusatzmittel HMDZ enthalten, umfassen zum Beispiel instabile triboelektrische Ladung, relative Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Toner mit niedriger Ladung/Fehlzeichen, wie es mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird.
EP A 0 592 018 offenbart einen Entwickler zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, wobei der Entwickler einen Toner und ein hydrophobes, anorganisches, feines Pulver wie mit einem Silikonöl oder einem Silikonlack behandeltes Siliziumdioxid enthält. Diese Veröffentlichung offenbart, dass die Oberfläche des Siliziumdioxids im Voraus mit einem Silankopplungsmittel behandelt werden kann. Beispiele von geeigneten Silankopplungsmitteln umfassen Hexamethyldisilazan und Alkylsilane. Die Beispiele von EP A 0 592 018 offenbaren Siliziumdioxidpartikel, die mit Hexamethyldisilazan oder Hexamethyldisilazan/Silikonöl behandelt wurden.
US A 5 714 299 offenbart ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Metalloxids wie Siliziumdioxid, wobei besagtes Verfahren den Schritt umfasst, die Oberfläche des besagten Metalloxids mit einem Alkylsilan in flüssigem Kohlendioxid in Kontakt zu bringen. Das Oberflächen-behandelte Metalloxid kann als ein Zusatzstoff in einer Tonerzusammensetzung verwendet werden, die ein Harzbindemittel und ein Pigment umfasst.
JP A 10-020558 offenbart eine Entwicklerzusammensetzung, die Farbpartikel und feine Partikel umfasst, worin die Farbpartikel einen spezifischen Oberflächenbereich und polare Gruppen auf der Oberfläche aufweisen. Die feinen Partikel sind durch ihren geringen Wassergehalt gekennzeichnet.
EP A 0 395 061 offenbart ein Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes.
US A 4 585 723 offenbart eine Entwicklerzusammensetzung, die ein Bindemittel, farbige Partikel und ein Siliziumdioxidpulver umfasst, wobei besagtes Siliziumdioxidpulver durch Behandlung mit einer Organosiliziumverbindung wie einem Alkylsilan hydrophob gemacht wurde.
JP A 06-019190 offenbart eine Tonerzusammensetzung, die ein Harzbindemittel und ein feines Siliziumdioxidpulver mit einer Alkylsilan-basierten Beschichtung umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Toner bereit, der Bindemittel, Farbmittel und ein Siliziumdioxid beinhaltet, das eine Beschichtung aus einem Alkylsilan enthält, wobei das Alkylsilan ein Alkylsilan-Polymer ist, das in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent, basierend auf der Menge an Siliziumdioxid vorhanden ist, und wobei das beschichtete Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 25 bis 55 Nanometern und eine Aggregatgröße von 225 bis 400 Nanometern besitzt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Entwickler bereit, der den oben genannten Toner und einen Träger beinhaltet.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Toners gerichtet, umfassend das Vermischen von Harz, Farbmittel und Siliziumdioxid, das eine Beschichtung aus einem Alkylsilan enthält, worin das Alkylsilan ein Alkylsilan-Polymer ist, das in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent basierend auf der Menge an Siliziumdioxid vorhanden ist, und worin das beschichtete Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 25 bis 55 Nanometern und eine Aggregatgröße von 225 bis 400 Nanometern besitzt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit bestimmten Oberflächenzusatzstoffen bereitzustellen, wie einem beschichteten Alkylsilan, und wobei die Toner eine Anzahl von Vorteilen, wie sie hierin angegeben werden, besitzen.
Außerdem werden in einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung negativ geladene Tonerzusammensetzungen bereitgestellt, die für die Entwicklung von elektrostatischen, latenten Bildern, einschließlich Farbbildern, nützlich sind.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, bestimmte Oberflächenzusatzstoffe bereit zu stellen, die Toner mit schnellem Vermischen ermöglichen, wie es mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird.
In noch einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung werden bestimmte Oberflächenzusatzstoffe bereit gestellt, die eine unimodale Tonerladungsverteilung ermöglichen, wie es mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird.
Auch werden in einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung bestimmte Oberflächenzusatzstoffe bereit gestellt, die im Wesentlichen keinen positiv geladenen "Fehlzeichen"-Toner und sehr wenig an niedrig oder minimal geladenem, negativen Toner erlauben, wie es mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird.
Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung von Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit einem bestimmten Oberflächenzusatzstoff, der annehmbare, hohe, stabile, tribo(reibungs)elektrische Ladungseigenschaften von 15–55 Mikrocoulomb pro Gramm und vorzugsweise von 25–40 Mikrocoulomb pro Gramm ermöglicht.
Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassen die Bereitstellung von Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit Oberflächenzusatzmitteln, worin Toner ermöglicht werden wie Toner mit Feuchtigkeitsunempfindlichkeit von zum Beispiel 20–80% relativer Feuchtigkeit bei Temperaturen von 15,5–26,6°C (60–80°F), wie es in einer Testkammer für relative Feuchtigkeit bestimmt wird; wie negativ geladene Tonerzusammensetzungen mit wünschenswerten Vermischungseigenschaften von 1 Sekunde bis 60 Sekunden, wie es mit dem Ladungsspektrogramm bestimmt wird, und mehr bevorzugt weniger als 30 Sekunden; wie Tonerzusammensetzungen, die bei niedriger Temperatur, zum Beispiel unterhalb von 176,6°C (350°F) schmelzen, was zu Schwarz- und/oder Farbbildern von hoher Qualität führt; und die Entwicklung von Bildern in elektrofotografischen, bildgebenden Geräten, wobei diese Bilder im Wesentlichen keine Hintergrundablagerungen darauf aufweisen und im Wesentlichen wischfest oder wischbeständig sind, und daher eine ausgezeichnete Auflösung aufweisen, und darüber hinaus solche Tonerzusammensetzungen für elektrofotografische Hochgeschwindigkeitsgeräte ausgewählt werden können, d. h. solche, die 60 Kopien pro Minute überschreiten.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind ein Toner, der Bindemittel, Farbmittel und ein Siliziumdioxid beinhaltet, das eine Beschichtung aus einem Alkylsilan enthält, worin das Alkylsilan ein Polyalkylsilan ist, das in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 4 bis 10 Gewichtsprozent und noch mehr bevorzugt von 6 bis 8 Gewichtsprozent vorhanden ist, wobei das beschichtete Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 25 bis 55 Nanometern und eine Aggregatgröße von 225 bis 400 Nanometern besitzt; wobei das Alkyl des Silans 1 bis 25 Kohlenstoffatome enthält; wobei das Alkylsilan ein Decylsilanpolymer ist; wobei die Menge des Alkylsilans auf der Toneroberfläche von der Zufuhrgeschwindigkeit oder der Zufuhrmenge eines Alkylalkoxysilans bestimmt wird, wobei diese Menge 5 bis 25 Gewichtsprozent beträgt; wobei die Zufuhrmenge an Alkylalkoxysilan 5 bis 15 Gewichtsprozent beträgt; wobei der Toner zusätzlich Metallsalze von Fettsäuren wie Zinkstearat enthält; wobei der Toner zusätzlich ein Wachs enthält; wobei das Tonerharz ein Polyester ist; wobei das Tonerharz ein Polyester ist, der durch Kondensation von propoxyliertem Bisphenol A und Fumarsäure gebildet wurde, wobei das Tonerharz eine Mischung aus einem Polyester, der durch Kondensation von propoxyliertem Bisphenol A und einer Dicarbonsäure gebildet wurde, und aus einem gelierten Polyester, der durch Kondensation von propoxyliertem Bisphenol A und Fumarsäure gebildet wurde, umfasst; wobei die Farbpartikel Kohlenschwarz, Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Orange, Grün oder Violett sind; wobei das Siliziumdioxid mit einem Alkylsilan beschichtet ist, wobei die Alkylkettenlänge zum Beispiel von 4 bis 18 beträgt, und wobei das Alkyl gleich Butyl, Hexyl, Octyl, Decyl, Dodecyl oder Stearyl ist und das Alkoxy 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthält; wobei der Toner weiterhin ein Titanoxid enthält, das optional mit einem Alkylsilan einschließlich einem Alkylsilanpolymer beschichtet ist; wobei das Siliziumdioxid mit einer Einspeisungszufuhrmischung („input feed mixture") beschichtet ist, die 10 bis 25 und vorzugsweise ungefähr 15 Gewichtsprozent eines Alkylalkoxysilans wie Decyltrialkoxysilan enthält; wobei das Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 30 Nanometern bis 40 Nanometern aufweist; wobei das Siliziumdioxid eine Aggregatgröße von 300 Nanometern bis 375 Nanometern aufweist; wobei die Titania oder Titandioxid eine primäre Partikelgröße von 25 Nanometern bis 55 Nanometern aufweist; wobei das beschichtete Siliziumdioxid in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 6 Gewichtsprozent vorhanden ist; wobei das beschichtete Siliziumdioxid in einer Menge von 2,75 Gewichtsprozent bis 4,75 Gewichtsprozent vorhanden ist; wobei die Titania in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 4,5 Gewichtsprozent vorhanden ist oder in einer Menge von 1,5 Gewichtsprozent bis 3,5 Gewichtsprozent vorhanden ist; wobei das Metallsalz Zinkstearat ist und in einer Menge von 0,10 Gewichtsprozent bis 0,60 Gewichtsprozent vorhanden ist; wobei der Toner eine tribo(reibungs)elektrlsche Ladung von 15 bis 55 Mikrocoulomb pro Gramm oder von 25 bis 40 Mikrocoulomb pro Gramm besitzt; wobei das Tonerharz in einer Menge von 85 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent vorhanden ist und das Farbmittel in einer Menge von 15 Gewichtsprozent bis 1 Gewichtsprozent vorhanden ist; wobei der Toner eine Vermischungszeit von weniger als 30 Sekunden oder eine Vermischungszeit von 1 Sekunde bis 60 Sekunden aufweist; ein Entwickler, der besagten Toner und einen Träger umfasst; einen Toner mit einer unimodalen Ladungsverteilung, wie sie mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird; ein Toner mit einer unimodalen Ladungsverteilung und keiner oder sehr wenig an niedriger Ladung oder Fehlzeichentoner, wie mit einem Ladungsspektrogramm gemessen wird; eine Tonerzusammensetzung, umfassend ein Bindemittel wie Harzpartikel wie ein Polyesterharz, ein Farbmittel und Oberflächenzusatzstoffe, die eine Mischung aus Metalloxiden wie Titanoxiden und bestimmte Leitfähigkeitshilfsmittel wie Metallsalze von Fettsäuren wie Zinkstearat und optionale Zusatzstoffe wie Ladungszusatzstoffe und einen Oberflächenzusatzstoff umfassen, der mit einem Polyalkylsilan beschichtetes Siliziumdioxid umfaßt; und ein Toner, worin das Alkylsilan die Formel
aufweist, worin a das sich wiederholende Segment
darstellt, das optional eine vernetzte Formel oder Struktur erlaubt; das sich wiederholende Segment und Hydroxy oder Hydroxygruppen; das sich wiederholende Segment und Alkoxy oder Alkoxygruppen; oder das sich wiederholende Segment und Hydroxy- und Alkoxygruppen; wobei b Alkyl ist, zum Beispiel mit 1 bis 25, spezieller 5 bis 18 Kohlenstoffatomen; und x eine Zahl von 1 bis 1.000 und spezieller von 25 bis 500 ist. Das beschichtete Siliziumdioxid besitzt eine primäre Partikelgröße von 25 Nanometern bis 55 Nanometern gemessen mit BET, benannt nach Brunauer, Emmett und Teller, wobei dieses BET ein bekanntes, technisches Standardverfahren ist, das den Oberflächenbereich misst.
Die Alkylsilanbeschichtung kann aus einem Alkylalkoxysilan, wie es hierin beschrieben wird, erzeugt werden und spezieller aus einer Reaktionsmischung aus einem Silica-ähnlichen Siliziumdioxidkern und einem Alkylalkoxysilan wie Decyltrimethoxysilan. Aus der Reaktionsmischung resultiert die Alkylsilanbeschichtung, die auf dem Siliziumdioxidkern enthalten ist, wobei diese Beschichtung vorzugsweise ein vernetztes Polymer ist, das das Alkylsilan, wie Decylsilan, verbliebene Alkoxygruppen und/oder Hydroxygruppen beinhaltet. In Ausführungsformen ist die Alkylsilanbeschichtung vorzugsweise eine polymere Beschichtung, die Vernetzungen enthält, und diese Beschichtung, kann, so wird angenommen, durch die Formel
dargestellt werden, wobei a ein sich wiederholendes Segment darstellt, das heißt, a ist zum Beispiel
und dieses a kann sich mehrmals wiederholen, und dadurch optional eine vernetzte Formel oder Struktur ermöglichen; ein sich wiederholendes Segment und Hydroxy oder Hydroxygruppen; ein sich wiederholendes Segment und Alkoxy oder Alkoxygruppen; ein sich wiederholendes Segment und Hydroxy- und Alkoxygruppen; wobei b gleich Alkyl mit zum Beispiel 1 bis 25, spezifischer 5 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; und x eine geeignete Zahl von zum Beispiel 1 bis 1.000, und spezifischer von 25 bis 500 ist. Der Titandioxid-Oberflächenzusatzstoff hat eine ähnliche Formel oder Struktur, wie sie in Bezug auf das Alkylsilan gezeigt wird, mit der Ausnahme, dass das Si durch Ti ersetzt wird.
Ausgehend von dem Gewicht des Siliziumdioxids wird die Menge des Silans wie Decyltrimethoxysilan, das verwendet wird, um das Siliziumdioxid zu beschichten, aus zum Beispiel dem Zufuhranteil des Alkoxysilans bestimmt oder berechnet, wobei dieser Zufuhranteil zum Beispiel von 5 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent beträgt. Zum Beispiel können 100 g an Siliziumdioxid mit 5 g bis 25 g (5 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent) an Decyltrimethoxysilan gemischt und umgesetzt werden. Das Siliziumdioxid wird mit dem Decyltrimethoxysilan in einer geeigneten Weise durch Erhitzen umgesetzt, um eine Beschichtung auszubilden, die ein Beschichtungsgewicht von 3 bis 10 Gewichtsprozent, basierend auf der Menge des Siliziumdioxids, auf der Siliziumdioxidoberfläche aufweist. Diese beschichteten Siliziumdioxidpartikel können dann auf der Toneroberfläche in einer Menge von zum Beispiel 0,50 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent, und vorzugsweise von 4 Gewichtsprozent bis 6 Gewichtsprozent, vermischt werden. Der Toner kann auch weitere optionale Oberflächenzusatzstoffe beinhalten wie gewisse unbeschichtete oder beschichtete Titania- oder Titandioxidpartikel, die in einer Menge von zum Beispiel 0,50 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 1,5 bis 4 Gewichtsprozent an Titania vorhanden sind, welche mit einem Alkylsilan wie einem Decylsilan beschichtet werden kann. Ausgehend von dem Gewicht der Titania beträgt die Menge des zur Beschichtung der Titania verwendeten Decyltrimethoxysilans von 5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent. Zum Beispiel können 100 g an Titandioxid mit 5 g bis 15 g (5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent) an Decyltrimethoxysilan oder einem ähnlichen geeigneten Silan gemischt werden. Außerdem kann der Toner auch zusätzliche Oberflächenzusatzstoffe wie eine Leitfähigkeitshilfe wie Zinkstearat in einer Menge von zum Beispiel 0,05 Gewichtsprozent bis 0,60 Gewichtsprozent enthalten.
Die Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können dadurch hergestellt werden, dass Harzpartikeln wie Styrolpolymere, Polyester und ähnliche thermoplastische Harze, Farbmittel, optional Wachs, insbesondere Wachse von niedrigem Molekulargewicht mit einer M_w von zum Beispiel 1.000 bis 20.000 und optional ladungserhöhende Zusatzstoffe oder Mischungen von ladungserhöhenden Zusatzstoffen in einem Toner-Extrusionsgerät, wie dem ZSK53, erhältlich von Werner Pfleiderer, beigemischt und erhitzt werden und dass die gebildete Tonerzusammensetzung aus dem Gerät entfernt wird. Nach dem Abkühlen wird die Tonerzusammensetzung unter Verwendung von zum Beispiel einem Sturtevant-Mikronizer einem Zermahlen unterzogen, mit dem Zweck, Tonerpartikel mit einem mittleren Volumendurchmesser von zum Beispiel weniger als 25 μm (Mikron), und vorzugsweise von 8 bis 12 μm (Mikron) zu erhalten, wobei diese Durchmesser mit einem Counter-Counter bestimmt werden. Nachfolgend können die Tonerzusammensetzungen unter Verwendung von zum Beispiel einem Donaldson Modell B-Classifier zum Zweck der Entfernung von Feinanteilen, d. h. Tonerpartikel mit weniger als 4 μm (Mikron) mittlerem Volumendurchmesser, sortiert werden. Danach können das beschichtete Alkylsilansiliziumdioxid und andere Zusatzstoffe zugesetzt werden, indem sie mit dem erhaltenen Toner vermischt werden.
Erläuternde Beispiele von geeigneten Bindemitteln umfassen Tonerharze, insbesondere thermoplastische Harze wie Styrolmethacrylat, Polyolefine, Styrolacrylate wie PSB-2700, erhalten von Hercules-Sanyo Inc., Polyester, Styrolbutadiene, quervernetzte Styrolpolymere, Epoxide, Polyurethane, Vinylharze. Vinylmonomere umfassen Styrol, p-Chlorstyrol, ungesättigte Monoolefine wie Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen und ähnliche; Vinylester wie Ester von Monocarbonsäuren einschließlich Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid; deren Mischungen; und ähnliche, Styrolbutadiencopolymere mit einem Styrolgehalt von 70 bis 95 Gewichtsprozent. Außerdem können vernetzte Harze einschließlich Polymere, Kopolymere und Homopolymere von Styrolpolymeren ausgewählt werden.
Als ein Tonerharz können die Veresterungsprodukte von einer Dicarbonsäure und einem Diol ausgewählt werden, das ein Diphenol umfasst. Diese Harze werden im U.S. Patent 3,590,000 erläutert. Andere spezielle Tonerharze umfassen Styrol/Methacrylat-Kopolymere und Styrol/Butadien-Kopolymere; Pliolite; suspensionspolymerisierte Styrolbutadiene, Referenz U.S. Patent 4,558,108; durch Reaktion von Bisphenol A und Propylenoxid erhaltene Polyesterharze; gefolgt von der Reaktion des resultierenden Produkts mit Fumarsäure, und verzweigte Polyesterharze, die aus der Reaktion von Dimethylterephthalat, 1,3-Butandiol, 1,2-Propandiol und Pentaerythrit resultieren; reaktive, extrudierte Harze, insbesondere reaktive, extrudierte Polyester mit Quervernetzung, wie im U.S. Patent 5,352,556 erläutert, Styrolacrylate und deren Mischungen. Auch können Wachse mit einem Molekulargewicht M_w von 1.000 bis 20.000 wie Polyethylen, Polypropylen und Paraffinwachse in oder auf den Toner zusammensetzungen als Fixierrollentrennmittel enthalten sein. Das Harz ist in einer ausreichenden aber effektiven Menge von zum Beispiel 50 bis 95 oder 70 bis 90 Gewichtsprozent vorhanden.
Farbmittel umfassen Pigmente, Farbstoffe, deren Mischungen, Mischungen von Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten und ähnliches. Beispiele für Farbmittel, die in ausreichenden Mengen wie von 1 bis 20 und vorzugsweise von 2 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden sind, sind Kohlenschwarz wie REGAL 330^®; Magnetite wie Mobay Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600TM, 8610^TM; Magnetite von Northern Pigments, NP-604, NP-608^TM; Magnetite von Magnox TMB-100^TM oder TMB-104^TM; und ähnliche. Als farbige Pigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder deren Mischungen gewählt werden.
Ausgewählte Magnetite umfassen eine Mischung aus Eisenoxiden (FeO·Fe₂O₃), einschließlich derjenigen, die als MAPICO BLACK^TM kommerziell erhältlich sind, und sie sind in der Tonerzusammensetzung in verschiedenen, effektiven Mengen vorhanden, wie einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 75 Gewichtsprozent, und vorzugsweise in einer Menge von 30 Gewichtsprozent bis 55 Gewichtsprozent.
In den Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können Ladungszusatzmittel wie hierin angegeben in verschiedenen, effektiven Mengen, wie von 1 bis 15, und vorzugsweise von 1 bis 3 Gewichtsprozent, und Wachse enthalten sein, wie Polypropylene und Polyethylene, die kommerziell erhältlich sind von Allied Chemical und Petrolite Corporation, Epolene N-15, kommerziell erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc., Viscol 550-P, ein Polypropylen mit niedrigem gewichtsdurchschnittlichem Molekulargewicht, erhältlich von Sanyo Kasei K. K. und ähnliche. Die ausgewählten, kommerziell erhältlichen Polyethylene besitzen zum Beispiel ein Molekulargewicht von 1.000 bis 1.500, während von den verwendeten kommerziell erhältlichen Propylenen angenommen wird, dass sie ein Molekulargewicht von 4.000 bis 7.000 aufweisen. Viele der Polyethylen- und Polypropylenzusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden in dem britischen Patent Nr. 1,442,835 erläutert. Das Wachs ist in der Tonerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Mengen vorhanden, jedoch sind diese Wachse im Allgemeinen in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent, und vorzugsweise in einer Menge von 2 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent vorhanden. Die Toner der vorliegenden Erfindung können auch in deren Ausführungsformen polymere Alkohole wie UNILINS^®, Referenz U.S. Patent 4,883,736, enthalten, wobei diese UNILINS^® von Petrolite Corporation erhältlich sind.
Entwicklerzusammensetzungen können dadurch hergestellt werden, dass die Toner mit bekannten Trägerpartikeln, einschließlich beschichteten Trägem wie Stahl, Ferriten und ähnlichem gemischt werden, Referenz U.S. Patente 4,937,166 und 4,935,326 und zum Beispiel von 2% Tonerkonzentration bis 8% Tonerkonzentration. Die Träger können darauf Beschichtungen enthalten, wie diejenigen, die in den Patenten 4,937,166 und 4,935,326 erläutert sind, und andere bekannte Beschichtungen enthalten. Ein einzelnes Beschichtungspolymer oder eine Mischung von Polymeren können ausgewählt werden. Zusätzlich kann die Polymerbeschichtung oder die Beschichtungen leitfähige Bestandteile darin enthalten, wie Kohlenschwarz in einer Menge von zum Beispiel 10 bis 70 Gewichtsprozent, und vorzugsweise von 20 bis 50 Gewichtsprozent. Spezielle Beispiele von Beschichtungen sind Fluorkohlenstoffpolymere, Acrylatpolymere, Methacrylatpolymere, Silikonpolymere und ähnliche.
Es sind auch bildgebende Verfahren mit den Tonern der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Quellenangaben sind diesbezüglich zum Beispiel eine Anzahl der hierin erwähnten Patente und die U.S. Patente 4,585,884, 4,584,253, 4,563,408 und 4,265,990.
HERSTELLUNGSBEISPIEL I
Herstellung von beschichtetem Siliziumdioxid
200 ml trockener n-Propanol als Lösungsmittel wurden in einem 500 ml Dreihalsrundbodenkolben platziert. Das Lösungsmittel wurde mit trockenem Stickstoff durchströmt oder gereinigt, um überschüssigen Sauerstoff zu entfernen. Ein 10 ml Aliquot des Lösungsmittels wurde in ein kleines Probenröhrchen (2 dram vial) überführt und beiseite gestellt. Ein zweites 20 ml Aliquot wurde auch entfernt und in ein Szintillationsgefäß gegeben. 15 g an unbehandeltem, hydrophilen SiO₂ Silica TL90, erhältlich von Cab-O-SiI Corp., mit einer primären Größe von 30 Nanometern, gemessen mittels BET, und einer Aggregatgröße von ungefähr 300 Nanometer, gemessen anhand der Brownschen Molekularbewegung, wurden zu dem Kolben hinzugegeben und mit einem mechanischen Rührgerät vermischt, bis es benetzt war. Während dieses Vermischens wurde eine inerte Atmosphäre aufrecht erhalten. Wenige Tropfen an Diethylamin wurden zu dem 10 ml Aliquot des Lösungsmittels hinzugegeben, und die resultierende Mischung wurde zu dem 500 ml Kolben hinzugefügt. Die Mischung wurde dann für ungefähr 1 Stunde gerührt. Zu den 20 ml des Lösungsmittels in dem Szintillationsgefäß wurden 2,25 g an Decyltrimethoxysilan hinzugegeben. Dieses wurde zu dem 500 ml Kolben, der das SiO₂ enthielt, hinzugegeben, nachdem die einstündige Vorbehandlung abgeschlossen war. Ein Heizmantel wurde angebracht, und die Mischung wurde unter Rühren und unter einer inerten Atmosphäre bis zum Rückfluss erhitzt. Die Wärme wurde für ungefähr 5 Stunden angelegt und dann abgeschaltet, und die Mischung wurde auf Raumtemperatur, ungefähr 25°C, ganz und gar abkühlen gelassen. Die resultierende Mischung wurde dann in einen tropfenförmigen Kolben überführt und der Kolben wurde dann an einen Rotovapor-Rotationsverdampfer angeschlossen, und das Lösungsmittel wurde mit Hitze und Vakuum abgezogen. Der Kolben wurde in einen Vakuumofen transferiert und das Trocknen wurde über Nacht, ungefähr 18 Stunden lang durchweg unter vollem Vakuum bei einer gemäßigten Temperatur von 40°C, vervollständigt. Das resultierende, mit dem Decylsilan-Polymer beschichtete Siliziumdioxid wurde mit einem Mörser und Stößel zerkleinert und es hatte eine primäre Partikelgröße von 30 Nanometern, gemessen mit BET, und eine Aggregatgröße von ungefähr 300 Nanometern, gemessen über die Brownsche Molekularbewegung.
HERSTELLUNGSBEISPIEL II
Herstellung von beschichtetem Siliziumdioxid
Dreißig (30) g an unbehandeltem, hydrophilem SiO₂ Silicapulver mit einer primären Partikelgröße von ungefähr 40 Nanometern und einer Aggregatgröße von ungefähr 300 Nanometern wurden in einen 2 L-Buechi-Autoklavreaktor gegeben, und der Reaktor wurde verschlossen. Ein inertes Gas, Argon, wurde dann für 30 Minuten durch den Reaktor geleitet, um atmosphärische Gase zu entfernen. Der Reaktor wurde dann unter Verwendung einer Vakuumpumpe von atmosphärischen Gasen evakuiert und auf 28°C aufgewärmt, das Vakuumventil wurde dann geschlossen, und eine Ampulle mit Triethylamin wurde so mit dem Reaktor verbunden, dass der Dampfraum der Ampulle und der obere Teil des Reaktors verbunden wurden, wodurch der Transport von Triethylamin über die Dampfphase zu dem Siliziumdioxidbett 15 Minuten lang ermöglicht wurde. Das Ventil zwischen Ampulle und Reaktor wurde dann geschlossen, und das Ventil zum Vakuum wieder geöffnet, um Triethylamin zu entfernen, das nicht an die Siliziumdioxidoberfläche physisorbiert war. Der Reaktor wurde dann mit Hilfe eines Laude-Zirkulationsbades, das mit dem Reaktormantel verbunden war, auf 0°C abgekühlt. Nach Erreichen einer Temperatur von 0°C wurden 570 g Kohlendioxid („bone-dry grade", erhältlich von Praxair) dann mit Hilfe einer motorisierten Spritzenpumpe, ISCO Model 260D, zu dem gekühlten Reaktor hinzugegeben. Das Rühren des Reaktors wurde dann bei 10 Upm begonnen. 4,5 g an Decyltrimethoxysilan von Shin-Etsu Silicones wurden dann in einer separaten Druckzelle mit variablem Volumen gelöst, wobei Kohlendioxid als das Lösungsmittel verwendet wurde. Der Druck in der Zelle betrug 10⁶ Pa (100 bar), was ausreichend ist, um eine homogene Lösung von Silan in Kohlendioxid zu erzeugen. Die Decyltrimethoxysilan-Lösung wurde dann in den 2-L-Buechi-Reaktor injiziert. Die Temperatur des Reaktors wurde bei 0°C gehalten und es wurde für 30 Minuten bei 100 Upm gerührt, und das Rühren wurde dann gestoppt, und das Kohlendioxid wurde dann aus dem oberen Teil des Reaktors, dem Dampfraum, abgelassen. Nachfolgend zu dem oben genannten Druckablassen wurde die Reaktortemperatur auf 28–30°C erhöht. Nach Äquilibrierung bei dieser Temperatur wurde das resultierende, mit dem Decylsilanpolymer beschichtete Siliziumdioxidprodukt für eine Vakuumbehandlung über Nacht (ungefähr 18 Stunden) entfernt, und dann spektroskopisch mittels Infrarotspektroskopie charakterisiert.
HERSTELLUNGSBEISPIEL III
Ein Tonerharz wurde durch die Polykondensationsreaktion von Bisphenol A und Fumarsäure hergestellt, um einen als Resapol HT bezeichneten, linearen Polyester auszubilden.
Ein zweiter Polyester wurde hergestellt, indem Resapol HT ausgewählt und in einen Extruder mit einer ausreichenden Menge an Benzoylperoxid hinzugegeben wurde, um einen quervernetzten Polyester mit einer hohen Gelkonzentration von ungefähr 30 Gewichtsprozent Gel auszubilden, Referenzen sind U.S. Patente 5,376,494; 5,395,723; 5,401,602; 5,352,556 und 5,227,460, und spezieller der Polyester des '494-Patentes.
HERSTELLUNGSBEISPIEL IV
75 Gewichtsanteile des Harzes Resapol HT aus Beispiel III, 14 Gewichtsanteile des Polyesters mit 30 Gewichtsprozent Gelanteil aus Beispiel III und 11 Gewichtsanteile von Sun Blue Flush, welches eine Mischung von 30 Gewichtsprozent P.B. 15 : 3 Kupferphthalocyanin und 70 Gewichtsprozent Resapol HAT darstellt, die bei Sun Chemicals durch Spülen hergestellt wurde, um eine Pigmentdispersion von hoher Qualität zu erhalten, wurden zusammengemischt und in einem ZSK-40 Extruder extrudiert. Die extrudierte Mischung wurde ausgestoßen und klassiert, um einen Cyantoner mit ungefähr 8 Gewichtsprozent an 15 : 3 Kupferphthalocyanin mit einer Tonerpartikelgröße von ungefähr 6,5 Mikron, wie mit einer Layson-Zelle gemessen, zu bilden. Der endgültige Cyantoner hatte eine Gelkonzentration von 5 Gewichtsprozent.
VERGLEICHSBEISPIEL V
Eine Probe von dreißig (30) g des Toners aus Beispiel IV wurde zu einem 9-Unzen-Gefäß mit 150 g rostfreien Stahlkügelchen hinzugegeben. Dazu wurden 0,6 Gewichtsprozent TS530 („fumed silica" mit einer primären Partikelgröße von 15 Nanometern und beschichtet mit Hexamethyldisilazan, wobei dieses beschichtete Siliziumdioxid von der Cab-O-SiI Division der Cabot Corp. erhältlich ist), 0,9 Gewichtsprozent TD3103 (Titandioxid von 15 Nanometern primärer Partikelgröße, beschichtet mit Decylsilan, das aus Decyltrimethoxysilan erzeugt wurde, das von Tayca Corp. erhalten wurde), und 0,3 Gewichtsprozent Zinkstearat L, das von Synthetic Products Company erhalten wurde. Nach 30-minütigem Mischen auf einer Walzenmühle wurden die Stahlkügelchen aus dem Gefäß entfernt.
Ein Entwickler wurde hergestellt, indem 4 Teile des oben hergestellten, gemischten Toners mit 100 Teilen eines Trägers aus einem Hoeganaes-Stahlkern, der mit 80 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat und 20 Gewichtsprozent an leitfähigem Kohlenschwarz beschichtet war, gemischt wurden. Das Testen dieses Entwicklers in beispielsweise einem Xerox Corporation 5090 Versuchsaufbau führte zu schlechter Bildqualität, in erster Linie wegen eines Verlustes an Entwickelbarkeit des Toners, der zum Beispiel durch das beschichtete Siliziumdioxid, das TS530-Siliziumdioxid mit der kleinen Größe von 15 Nanometern und/oder das TD3103-Titandioxid mit der kleinen Größe von 15 Nanometern verursacht wurde.
VERGLEICHSBEISPIEL VI
Eine Tonermischung wurde wie in Beispiel V hergestellt, außer dass 4,2 Gewichtsprozent RX50 („fumed silica" von 40 Nanometern primärer Partikelgröße und ungefähr 300 Nanometern Aggregatgröße, das mit Hexamethyldisilazan von Nippon Aerosil Corp. beschichtet wurde), 2,5 Gewichtsprozent SMT5103 (Titandioxid von 30 Nanometern primärer Partikelgröße, das mit Decylsilan von Tayca Corp. beschichtet wurde) und 0,3 Gewichtsprozent Zinkstearat L von Synthetic Products Company auf die Toneroberfläche gemischt wurden. Nach 30-minütigem Mischen auf einer Walzenmühle wurden die Stahlkügelchen aus dem Gefäß entfernt. Ein Entwickler wurde dann hergestellt, indem 4 Teile des gemischten Toners mit 100 Teilen eines Trägers aus einem Hoeganaes-Stahlkern gemischt wurden, der mit Polymethylmethacrylat und 20 Gewichtsprozent eines leitfähigen Kohlenruß beschichtet war. Eine 90-minütige Farbschüttelzeitspur („paint shake time track") wurde für diesen Entwickler ausgeführt, was zu einer Toner-Tribo von –39,2 Mikrocoulomb/g nach 15 Minuten und einem Abfallen auf –18,8 Mikrocoulomb/g nach 90 Minuten führte. Dies führte zu einem Abbau der Tonerladung über 90 Minuten an gesamter Farbschüttelzeit („paint shaking time") von mehr als 50%, und so zeigte dieser Toner eine erhebliche Instabilität, d. h. eine Abnahme in der tribo(reibungs)elektrischen Ladung.
VERGLEICHSBEISPIEL VII
Der Entwickler in Vergleichsbeispiel VI wurde weiter auf seine Beimischungseigenschaften untersucht. Dies wurde am Ende der 90 Minuten Farbschütteln bewerkstelligt, und ergab eine unimodale Ladungsverteilung. Nach 15 Sekunden hatte sich der aufliegende Toner in Richtung auf die Null-Ladung mit einigem Fehlzeichentoner bewegt. Das Beimischen war innerhalb von zwei Minuten beendet, und die Menge an niedriger Ladung (< 0,2 fc/u) Femtocoulombs pro Mikron und an positiv geladenem Falschzeichentoner hatte sich auf zum Beispiel ungefähr 5% erhöht.
Beim Testen des frisch gemischten Toners von oben in einem Versuchsaufbauapparat in einer Aufspannvorrichtung ähnlich zum Xerox 5090 ergaben sich Bilder von niedriger Qualität, nachdem ungefähr 2.000 tausend Kopien gemacht wurden. Die schlechten Bilder wurden durch die niedrige Ladung (< 0,2 fc/u) und entgegengesetzt geladenem Falschzeichentoner verursacht, der in dem Entwicklergehäuse der Maschine auftrat, was durch die Farbschüttelzeitspur/Beimischung („paint shake time track/admix") simuliert wurde. Der niedrige und/oder geringere als Null q/d (Toner-Tribo-Ladung geteilt durch Tonerdurchmesser in Mikron) Ladungstoner resultierte in Dreck und Hintergrund auf dem Bild.
BEISPIEL VIII
Eine Tonermischung wurde, wie in Beispiel VII erzeugt, außer dass RX50 durch 3,2 Gewichtsprozent eines Siliziumdioxidkerns (L90) von 30 Nanometern primärer Partikelgröße und ungefähr 300 Nanometern an Aggregatgröße ersetzt wurde, der mit einem Zusatz von 15 Gewichtsprozent Decyltrimethoxysilan beschichtet war und von Cab-O-SiI Division der Cabot Corp. erhältlich ist. Ein Entwickler wurde dann hergestellt, indem 4 Teile des oben gemischten Toners mit 100 Teilen eines Trägers aus einem Hoeganaes-Stahlkern gemischt wurden, der mit 80 Gewichtsprozent Polymethylmethacrylat und 20 Gewichtsprozent an leitfähigem Kohlenschwarz von Vulcan beschichtet war. Eine 90-minütige Farbschüttelzeitspur wurde für diesen Entwickler ausgeführt, was zu einer Tribo von –34,6 Mikrocoulomb/g nach 15 Minuten führte und diese Tribo betrug –35,4 Mikrocoulomb/g nach 90 Minuten. Es ergab sich im Vergleich mit dem Toner in Beispiel VI kein Ladungsabbau mit der Zeit und ausgezeichnete Ladungsstabilität.
BEISPIEL IX
Der Entwickler in Beispiel 8 wurde weiter auf seine Beimischungseigenschaften untersucht. Dies wurde am Ende der 90 Minuten an Farbschütteln bewerkstelligt, was eine unimodale Ladungsverteilung bei 15 Sekunden ergab, mit keiner niedrigen Ladung oder Falschzeichentoner mit einer q/d (fc/u) nahe Null oder weniger als Null. Zwei Minuten an zusätzlichem Farbschütteln hindurch verbleibt der Toner hoch geladen mit keiner niedrigen Ladung (< 0,2 fc/u) oder entgegengesetzt geladenem Fehlzeichentoner.
Beim Testen am Versuchsaufbauapparat mit frisch gemischtem Toner von oben, ergaben sich Bilder von ausgezeichneter Qualität mit ausgezeichneter Bilddichte und niedrigem und mit weniger als 1% akzeptablem Hintergrund.
BEISPIEL X
Eine Tonermischung wurde wie in Beispiel V hergestellt, außer dass 3,5 Gewichtsprozent eines Siliziumdioxidkerns (L90) von 30 Nanometern primärer Partikelgröße und ungefähr 300 Nanometern Aggregatgröße, der mit einem Zusatz von 15 Gewichtsprozent Decyltrimethoxysilan, erhältlich von Cab-O-SiI Division der Cabot Corp., beschichtet war und 2,5 Gewichtsprozent SMT5103 (Titandioxid von 30 Nanometern primärer Partikelgröße, das mit einem Zusatz von Decyltrimethoxysilan von Tayca Corp. beschichtet war) verwendet wurden. Zwei identische Entwickler wurden hergestellt, indem 4 Teile des gemischten Toners mit 100 Teilen eines Trägers aus einem Hoeganaes-Stahlkern gemischt wurden, der mit Polymethylmethacrylat beschichtet war. Diese Entwickler wurden in einer Kammer für relative Luftfeuchtigkeit (RH) äquilibriert. Ein Entwickler wurde bei 80% RH/26,6°C (80°F) und der andere bei 20% RH/15,5°C (60°F) über Nacht äquilibriert. Walzenmühlen-Zeitspuren wurden für beide Entwickler durchgeführt, was zu durchschnittlichen Tribos über 30 Minuten Mischzeit von –35 Mikrocoulomb/g bei 20% RH und –20 Mikrocoulomb/g bei 80% RH führte. Dies ergab ein Verhältnis der Trocken : Nass-Zone (20% : 80%) von 1,75. Der Toner zeigte eine ausgezeichnete, umgebungsbedingte Ladungsstabilität für den Entwickler aus mit Trimethoxydecylsilan behandeltem Siliziumdioxid.

Claims

Ein Toner, der Bindemittel, Farbmittel und ein Siliziumdioxid beinhaltet, das eine Beschichtung aus einem Alkylsilan enthält, wobei das Alkylsilan ein Alkylsilanpolymer ist, das in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent basierend auf der Menge an Siliziumdioxid vorhanden ist, und wobei das beschichtete Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 25 bis 55 Nanometern und eine Aggregatgröße von 225 bis 400 Nanometern besitzt.
Der Toner von Anspruch 1, worin das Bindemittel eine Mischung aus einem Polyester, der durch die Kondensation von propoxyliertem Bisphenol A und Fumarsäure gebildet wurde, und aus einem geliertem Polyester ist, der durch Kondensation von propoxyliertem Bisphenol A und Fumarsäure gebildet wurde.
Der Toner von Anspruch 1 oder 2, worin das Alkylsilan die Formel
aufweist, worin a das sich wiederholende Segment
darstellt, das optional eine vernetzte Formel oder Struktur erlaubt; das sich wiederholende Segment und Hydroxy oder Hydroxygruppen; das sich wiederholende Segment und Alkoxy oder Alkoxygruppen; oder das sich wiederholende Segment und Hydroxy- und Alkoxygruppen; wobei b Alkyl ist und x eine Zahl von 1 bis 1.000 ist.
Der Toner von Anspruch 3, worin Alkyl von 4–20 Kohlenstoffatomen enthält, und x von 25 bis 500 ist.
Der Toner von einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Titanoxid enthält, das optional mit einem Alkylsilan beschichtet ist.
Der Toner von einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Siliziumdioxid mit einer Einspeisungszufuhrmischung beschichtet ist, die 10 bis 15 Gewichtsprozent von einem Alkyltrialkoxysilan enthält.
Der Toner von einem der Ansprüche 1 bis 6, der eine triboelektrische Ladung von 15 bis 55 Mikrocoulomb pro Gramm oder eine triboelektrische Ladung von 25 bis 40 Mikrocoulomb pro Gramm besitzt.
Ein Entwickler, der den Toner von einem der Ansprüche 1 bis 7 und einen Träger beinhaltet.
Ein Verfahren zur Herstellung von Toner, umfassend das Vermischen von Harz, Farbmittel und Siliziumdioxid, das eine Beschichtung aus einem Alkylsilan enthält, worin das Alkylsilan ein Alkylsilanpolymer ist, das in einer Menge von 3 bis 10 Gewichtsprozent basierend auf der Menge an Siliziumdioxid vorhanden ist und worin das beschichtete Siliziumdioxid eine primäre Partikelgröße von 25 bis 55 Nanometern und eine Aggregatgröße von 225 bis 400 Nanometern besitzt.