DE69929265T2

DE69929265T2 - Tonerherstellungsverfahren unter Einsatz kationischer Salze

Info

Publication number: DE69929265T2
Application number: DE69929265T
Authority: DE
Inventors: Walter Mississauga Mychajlowskij; Daniel A. Toronto Foucher; Guerino G. Oakville Sacripante; Raj D. Oakville Patel; Beng S. Mississauga Ong
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: US5919595A; EP0928993A2; DE69929265D1; EP0928993A3; EP0928993B1; JPH11265093A

Description

Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Tonerverfahren und genauer gesagt auf Aggregations- und Verschmelzungsverfahren für die Herstellung von Tonerzusammensetzungen gerichtet. In Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung auf die ökonomische, chemische in situ Herstellung von Tonern ohne die Verwendung von bekannten Tonerpulverisierungs- und/oder Klassifizierungsverfahren gerichtet, und wobei in Ausführungsformen Tonerzusammensetzungen mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 25 und vorzugsweise von 1 bis 10 μm (Mikron) und einer engen GGV (geometrische Größenverteilung) von z. B. 1,14 bis 1,26, wie es mit einem Coulter-Zähler gemessen wird, erhalten werden können. Die resultierenden Toner können für bekannte elektrofotografische bildgebende Druckverfahren einschließlich Farbverfahren und Lithografie ausgewählt werden.
In reprografischen Technologien wie xerografischen und ionografischen Vorrichtungen werden Toner mit volumendurchschnittlichen Durchmesserpartikelgrößen von 9 μm (Mikron) bis 20 μm (Mikron) wirksam eingesetzt. Zudem sind in einer Anzahl von xerografischen Technologien wie dem hochvolumigen Xerox Corporation 5090 Kopienduplikator hohe bildauflösende Eigenschaften und geringer Bildhintergrund höchst erwünscht, und dieses kann durch die Verwendung der klein dimensionierten Toner erreicht werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, mit z.B. einem volumendurchschnittlichen Partikel von 2 bis 11 μm (Mikron) und vorzugsweise weniger als 7 μm (Mikron), und mit einer engen geometrischen Größenverteilung (GGV) von 1,16 bis 1,3. Zusätzlich sind in xerografischen Systemen, in denen Prozessfarbe eingesetzt wird, wie in Farbbildanwendungen, gefärbte Toner mit kleiner Partikelgröße, vorzugsweise von 3 bis 9 μm (Mikron), notwendig, um ein Aufrollen des Papiers zu vermeiden. Das Papieraufrollen wird insbesondere in Bild- oder Prozessfarbanwendungen beobachtet, bei denen drei bis vier Lagen des Toners auf das Papier übertragen und damit verbunden werden. Während des Verbindungsschrittes wird Feuchtigkeit aus dem Papier bedingt durch die hohen Verbindungstemperaturen von 130 °C bis 160 °C ausgetrieben, die auf das Papier durch die Fusionsvorrichtung aufgetragen werden. Wo nur eine Schicht Toner vorhanden ist, wie in schwarzen oder in "Highlight"-xerografischen Anwendungen, da kann die Menge der Feuchtigkeit, die während der Bindung ausgetrieben wird, proportional durch das Papier wieder absorbiert werden, und der resultierende Druck bleibt relativ flach mit minimalem Aufrollen. In Farbbildverfahrensanwendungen, bei denen drei bis vier gefärbte Tonerschichten vorhanden sind, kann eine dickere Tonerplastikmenge, die nach dem Fusionsschritt vorhanden ist, das Papier daran hindern, ausreichend die Feuchtigkeit zu absorbieren, die während des Fusionsschrittes verloren geht, und es resultiert das Aufrollen des Bildpapiers. Diese und andere Nachteile und Probleme werden mit den Tonerverfahren der vorliegenden Erfindung vermieden oder minimiert. Toner, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, ermöglichen in Ausführungsformen die Verwendung niedrigerer Bildfusionstemperaturen wie von 120 °C bis 150 °C, wodurch das Papieraufrollen vermieden oder minimiert wird. Niedrigere Fusionstemperaturen minimieren den Verlust an Feuchtigkeit aus dem Papier, wodurch das Aufrollen des Papiers verringert oder eliminiert wird. Zudem ist in Farbprozessanwendungen und insbesondere in Farbbildanwendungen die Kompatibilität von Toner- zu Papierglanz höchst erwünscht. Die Glanzkompatibilität wird als die Kompatibilität des Glanzes des Tonerbildes mit dem Glanz des Papiers bezeichnet. Zum Beispiel wird, wenn ein Bild mit wenig Glanz von vorzugsweise 1 bis 30 Glanzeinheiten erwünscht wird, Papier mit niedrigem Glanz, wie 1 bis 30 Glanzeinheiten, wie sie durch die Gardner-Glanzmesseinheit gemessen werden, verwendet, und wonach die Bildbildung mit Tonern mit kleiner Partikelgröße, vorzugsweise von 3 bis 5 μm (Mikron) und das Fixieren danach in einem Tonerbild mit niedrigem Glanz von 1 bis 30 Glanzeinheiten resultiert, wie sie durch die Gardner-Glanzmesseinheit gemessen werden. Alternativ dazu wird, wenn ein Bild mit höherem Glanz erwünscht wird, wie mit 31 bis 60 Glanzeinheiten, wie es durch die Gardner-Glanzmesseinheit gemessen wird, ein Papier mit höherem Glanz verwendet, wie 31 bis 60 Glanzeinheiten, und wonach die Bildbildung mit Tonern mit kleiner Partikelgröße, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, von vorzugsweise 3 bis 5 μm (Mikron) und dem Fixieren danach in einem Tonerbild mit hohem Glanz von 31 bis 60 Glanzeinheiten resultiert, wie es durch die Gardner-Glanzmesseinheit gemessen wird. Die zuvor genannte Toner-zu-Papier-Kompatibilität kann mit Tonern mit kleiner Partikelgröße wie weniger als 7 μm (Mikron) und vorzugsweise weniger als 5 μm (Mikron) wie 1 bis 4 μm (Mikron) erhalten werden, wodurch die Aufbauhöhe der Tonerschicht oder -schichten als niedrig und akzeptabel angesehen wird. Zudem ist es bevorzugt, kleine Tonerpartikelgrößen auszuwählen, wie 1 bis 7 μm (Mikron), und mit hoher Pigmentbeladung wie 5 bis 12 Gew.-% an Toner, so dass die Masse der Tonerschichten, die auf dem Papier abgesetzt wird, verringert wird, um die gleiche Qualität des Bildes zu erhalten, und in einer dünneren Plastiktonerschicht auf dem Papier nach dem Verbinden resultiert, wodurch das Papieraufrollen minimiert oder vermieden wird.
Es sind viele Verfahren zur Herstellung von Tonern wie z. B. konventionelle Verfahren bekannt, worin ein Harz mit einem Pigment schmelzverknetet oder extrudiert, mikronisiert und pulverisiert wird, um Tonerpartikel mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 9 μm (Mikron) bis 20 μm (Mikron) und mit einer breiten geometrischen Größenverteilung von 1,4 bis 1,7 zu ergeben. In diesen Verfahren ist es üblicher Weise notwendig, die zuvor genannten Toner einem Klassifizierungsverfahren auszusetzen, so dass die geometrische Größenverteilung von 1,2 bis 1,4 erhalten wird. Zudem können in dem zuvor konventionellen Verfahren niedrige Tonerausbeuten nach den Klassifizierungen erhalten werden. Im Allgemeinen liegen während der Herstellung von Tonern mit durchschnittlichen Partikeldurchmessern von 11 μm (Mikron) bis 15 μm (Mikron) die Tonerausbeuten nach der Klassifizierung im Bereich von 70 Prozent bis 85 Prozent. Zusätzlich können während der Herstellung von Tonern mit kleiner Größe mit Partikelgrößen von 7 μm (Mikron) bis 11 μm (Mikron) niedrigere Tonerausbeuten wie 50 Prozent bis 70 Prozent nach der Klassifizierung erhalten werden. Mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung werden in Ausführungsformen kleine durchschnittliche Partikelgrößen von z.B. 3 μm (Mikron) bis 9 μm (Mikron) und vorzugsweise von 5 μm (Mikron) ohne die Inanspruchnahme von Klassifizierungsverfahren erhalten, und wobei enge geometrischen Größenverteilungen wie 1,16 bis 1,30 und vorzugsweise 1,16 bis 1,25 erhalten werden. Hohe Tonerausbeuten wie 90 Prozent bis 98 Prozent werden auch in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten. Zusätzlich können durch das Tonerpartikelherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung in Ausführungsformen Toner mit kleinen Partikelgrößen von 3 μm (Mikron) bis 7 μm (Mikron) ökonomisch in hohen Ausbeuten wie 90 Prozent bis 98 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht aller Tonermaterialinhaltsstoffe wie Tonerharz und Pigment hergestellt werden.
In dem U.S. Patent 5,593,807 wird ein Verfahren für die Herstellung von Tonerzusammensetzungen dargestellt, das die Herstellung eines Emulsionslatex, der aus natriumsulfonierten Polyesterharzpartikeln von 5 bis 500 Nanometern in der Durchmessergröße durch das Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C bis 95 °C be steht; das Herstellen einer Farbmitteldispersion durch das Dispergieren von 10 bis 25 Gew.-% des natriumsulfonierten Polyesters und 1 bis 5 Gew-% eines Farbmittels durch Dispergieren in Wasser; die Zugabe der Farbmitteldispersion zu der Latexmischung, gefolgt durch die Zugabe eines Alkalihalogenids wie Calciumchlorid in Wasser bis eine Aggregation resultiert, wie sie durch die Erhöhung in der Latexviskosität um 2 mPa·s (Centipoise) bis 100 mPa·s (Centipoise) angezeigt wird; das Erwärmen der resultierenden Mischung auf eine Temperatur von 45 °C bis 80 °C, wodurch eine weitere Aggregation bewirkt wird, und das Ermöglichen des Verschmelzens, was in Tonerpartikeln von 4 bis 9 μm (Mikron) im volumendurchschnittlichen Durchmesser und mit einer geometrischen Verteilung von weniger als 1,3 resultiert; und optional das Abkühlen der Produktmischung auf ungefähr 25 °C, und danach das Waschen und Trocknen umfasst. Das Verfahren dieses Patents kann dahingehend nachteilig sein, dass z.B. das ausgewählte dikationische Alkalimetall in einem fertigen Tonerharz resultieren kann, der ein wenig Vernetzung oder elastische Verstärkung hauptsächlich bedingt durch die Metallsalzfunktionen als eine Vernetzungsstelle zwischen den Sulfonatgruppen, die in dem Polyesterharz enthalten sind, aufzeigt, was eine Erhöhung in der Viskosität und eine Verringerung oder Verlust der niedrigen Glanzeigenschaften des Polyesterharz bewirkt. Diese und andere Nachteile und Probleme werden mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung minimiert oder vermieden. Zudem wird mit der vorliegenden Erfindung ein kontinuierliches Verfahren und das kontinuierliche Wachstum von Submikronpolyesterpartikeln in dem 20 bis 30 Nanometerbereich zu größennormierten Tonerpartikeln von 3 bis 10 μm (Mikron) als volumendurchschnittlicher Durchmesser ermöglicht, wie es durch bekannte Verfahren wie einem Coulter-Zähler bestimmt wird, und wobei die Verfahren gesteuerte Erhöhungen in der Ionenstärke bestimmen können.
In dem U.S. Patent 4,996,127 wird ein Toner aus assoziierten Partikeln aus sekundären Partikeln dargestellt, die primäre Partikel eines Polymers mit sauren oder basischen polaren Gruppen und ein Farbmittel umfassen. Die Polymere, die für die Toner des '127er Patents ausgewählt wurden, können durch ein Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt werden, siehe z.B. die Spalten 4 und 5 dieses Patents. In Spalte 7 dieses '127er Patents wird angezeigt, dass der Toner durch das Vermischen der benötigten Menge des Farbmittels und eines optionalen Ladungshilfsmittels mit einer Emulsion des Polymers mit einer sauren oder basischen polaren Gruppe, die durch Emulsionspolymerisation erhalten wurde, hergestellt werden kann. In dem U.S. Patent 4,983,488 wird ein Verfahren zur Herstellung von Tonem durch die Polymerisierung eines polymerisierbaren Monomers offenbart, das durch Emulgierung in der Gegenwart eines Farbmittels und/oder eines magnetischen Pulvers zur Herstellung einer prinzipiellen Harzkomponente dispergiert wird, und dann das Bewirken der Koagulation der resultierenden Polymerisierungsflüssigkeit in einer solchen Weise, dass die Partikel in der Flüssigkeit nach der Koagulation Durchmesser aufweisen, die für einen Toner geeignet sind. Es wird in Spalte 9 dieses Patents gezeigt, dass koagulierte Partikel von 1 bis 100 und insbesondere 3 bis 70 erhalten werden. Der Nachteil von z.B. einer schlechten geometrischen Größenverteilung (GVV) setzen eine Klassifizierung voraus, die in niedrigen Tonerausbeuten resultiert, in Bezug auf z.B. das U.S. Patent 4,797,339, worin ein Verfahren zur Herstellung von Tonern durch Harzemulsionspolymerisierung offenbart wird, worin ähnlich zu dem '127er Patent bestimmte polare Harze ausgewählt werden, und das U.S. Patent 4,558,108, worin ein Verfahren zur Herstellung eine Copolymers aus Styrol und Butadien durch spezielle Suspensionspolymerisierung offenbart wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einfache und ökonomische Verfahren für die direkte Herstellung von schwarzen oder gefärbten Tonerzusammensetzungen mit z.B. exzellentem Farbmittel wie einer Pigmentdispersion und engem GVV bereit zu stellen, und worin monokationische Salze wie Natriumchlorid, Natriumbromid, Natriumiodid, Kaliumchlorid, Kaliumbromid und Ähnliche ausgewählt werden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einfache und ökonomische in situ tensidfreie Verfahren für schwarze und gefärbte Tonerzusammensetzungen durch ein Emulsionsaggregationsverfahren bereit zu stellen, und worin ein sulfonierter Polyester als das Harz ausgewählt ist.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur in situ-Herstellung von Polyestertoner bereit zu stellen, worin die monokationische Salzkonzentration und die Temperatur der Aggregation und Verschmelzung die erhaltene endgültige Tonerpartikelgröße bestimmt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen mit bestimmten wirksamen Partikelgrößen durch die Steuerung der Temperatur der Aggregation bereit zu stellen, das das Rühren und Erwärmen ungefähr unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) umfasst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung von Tonern bereit zu stellen, bei dem die Aggregation und Koaleszenz/Verbinden gleichzeitig erreicht wird, und bei der gleichen Temperatur, und worin die Temperatur 45 °C bis 60 °C oder 2 °C bis 8°C unterhalb der Tg des Latexharz beträgt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein ökonomisches Verfahren für die Herstellung von Tonerzusammensetzungen bereit zu stellen, die nach dem Fixieren auf Papiersubstrate in Bildern mit einem Glanz von 20 GGE (Gardner-Glanzeinheiten) bis zu 70 GGE, wie es durch ein Garndner-Glanzmeter gemessen wird, resultieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Verbundtoner aus polymerem Harz mit Farbmittel und optionalem Ladungssteuerungsmittel in hohen Ausbeuten von 90 Prozent bis 100 Gewichtsprozent des Toners ohne die Inanspruchnahme einer Klassifizierung bereit zu stellen, und wobei Tenside vermieden werden; und worin Toner direkt aus Polyesteremulsionen mit einem Größendurchmesser von 20 bis 30 Nanometern erhalten werden können, und wobei unerwünschte Flockung oder Aggregation vermieden oder minimiert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein tensidfreies Verfahren zur Herstellung eines Toners, umfassend das Vermischen von Partikeln eines sulfonierten Polyesterharz und Wasser und das Erwärmen der Mischung bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harz, um ein Emulsionslatex zu erhalten; das Vermischen des Emulsionslatex und einer Dispersion aus Farbmittelpartikeln und dann die Zugabe eines monovalenten, kationischen Salzes zu der Mischung bis es zu einer Erhöhung der Latexviskosität um 2 bis 100 mPa·s (Centipoise) kommt, wobei die Mischung eine Ionenstärke von 0,001 Molar (M) bis 5 Molar besitzt; das Erwärmen der Mischung bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg), wodurch gleichzeitig die Aggregation und das Verschmelzen von Partikeln aus Harz und Farbmittel ermöglicht wird; und das Abkühlen der Produktmischung gefolgt durch die Rückgewinnung des Tonerproduktes, Waschen und Trocknen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
Die folgenden Ausführungsformen sind bevorzugt:
Das ausgewählte Salz ist Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumbromid oder Kaliumbromid.
Die Farbmitteldispersion wird durch Mikrofluidisierung in einem Mikroverflüssiger oder in einer Nanojet-Vorrichtung für eine Dauer von 1 Minute bis 120 Minuten generiert.
Das Farbmittel ist Kohlenstoffschwarz, Cyan, Gelb, Magenta und Mischungen davon.
Das Harz hat 0,01 bis 0,2 μm (Mikron) als volumendurchschnittlichen Durchmesser, und das Farbmittel in der Form von Partikeln hat 0,01 bis 500 Nanometer an volumendurchschnittlichem Durchmesser.
Die isolierten Tonerpartikel haben 2 bis 15 μm (Mikron) als volumendurchschnittlichen Durchmesser und die geometrische Größenverteilung davon beträgt 1,15 bis 1,35.
Es werden zu der Oberfläche der gebildeten Tonermetallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, Kieselerden, Metalloxide, einschließlich Titanoxide, Zinnoxide oder Mischungen davon, jeder in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-% der erhaltenen Tonerpartikel hinzugefügt.
Der nach dem Abschrecken erhaltene Toner hat 3 bis 15 μm (Mikron) als volumendurchschnittlichen Durchmesser und die geometrisch Größenverteilung davon beträgt 1,15 bis 1,30.
Die Tg des Harz beträgt 50 °C bis 65 °C.
Die Farbmitteldispersion wird mit einem Mikrofluidisator bei 75 °C bis 85 °C für einen Zeitraum von 1 Stunde bis 3 Stunden hergestellt.
Die Ionenstärke beträgt 0,01 bis 2 M.
Die Tonerproduktmischung wird durch das Abkühlen auf ungefähr 25 °C zurückgewonnen, und danach wird Waschen und Trocknen durchgeführt.
Das Emulsionslatex enthält ein Harz, und dieses Latex wird durch das Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von ungefähr 65 °C bis ungefähr 90 °C hergestellt; danach wird die Farbmitteldispersion unter scherenden Bedingungen hinzugefügt, gefolgt durch die Zugabe eines monokationischen Salzes zu der Mischung, bis eine Erhöhung in der Latexviskosität um ungefähr 2 Centipoise bis ungefähr 100 Centipoise resultiert, und diese Mischung besitzt eine Ionenstärke von ungefähr 0,001 bis ungefähr 5 M; das Erwärmen der resultierenden Mischung des Latex und der Farbmitteldispersion bei einer Temperatur von ungefähr 45 °C bis ungefähr 80 °C, wodurch die gleichzeitige Aggregation und das Verschmelzen der Partikel des Harz und des Farbmittels ermöglicht wird, was in einem Toner mit ungefähr 2 bis ungefähr 20 Mikron an volumendurchschnittlichem Durchmesser resultiert, wobei die Größe des Toners nach dem Abschrecken oder dem Abkühlen der Produktmischung auf ungefähr 25 °C, gefolgt durch Filtration und Trocknung, beibehalten wird.
Die Ionenstärke des monokationischen Salzes und die Temperatur der Aggregation/des Verschmelzens steuert die endgültige Tonergröße, und diese Größe beträgt ungefähr 4 bis ungefähr 9 Mikron, und das Scheren wird durch Homogenisieren bei ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute bis ungefähr 10000 Umdrehungen pro Minute vervollständigt, bei einer Temperatur von ungefähr 25 °C bis ungefähr 35 °C, und für einen Zeitraum von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 120 Minuten.
Das Emulsionslatex enthält ein Harz aus (i) einem Polyester aus Poly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(di-ethylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Copoly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(1,2-propylen-terephthalatphthalat), Copoly(1,2-propylen-diethylen-natrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(1,2-propylen-diethylen-terephthalatphthalat), Copoly-(ethylenneopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(ethylen-neopentylen-terephthalatphthalat) oder Copoly-(propoxyliertes Bisphenol A)-copoly(propoxyliertes Bisphenyl A-natrium-5-sulfoisphthalat) ; und das Salz ist Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumbromid oder Kaliumbromid.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind auf die Verteilung eines polar geladenen sulfonierten Polyesters und vorzugsweise eines natriumsulfonierten Polyesterharz in Wasser mit einem Homogenisator bei 40 °C bis 90 °C gerichtet, was in Polyesterpartikeln im Submikronbereich mit dem Durchmessergrößenbereich von 38 bis 80 Nanometern resultiert, zur Ausbildung eines Emulsionslatex, gefolgt durch Aggregation und Verschmelzen der Submikronemulsionspartikel mit Submikronfarbmittelpartikeln unter Verwendung von Natriumchlorid oder ähnlichen Chloriden als Koagulant, und wobei die Aggregation/das Verschmelzen bei einer Temperatur von z.B. 2 bis 8 Grad unterhalb der Tg des Harz durchgeführt wird. In Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren gerichtet, das die Bildung eines Latex aus einem Polyester, wie einem natriumsulfonierten Polyesterharz, in Wasser, das Vermischen des Latex mit einer Farbmitteldispersion, die ein monokationisches Halogenid wie Natriumchlorid enthält, um Aggregate auszubilden, und danach das Erwärmen der gebildeten Aggregate zur Ermöglichung der Generierung von verschmolzenen Tonerpartikeln umfasst. Somit wird die Aggregation/das Verschmelzen in einer einzelnen Sequenz ermöglicht.
Das ausgewählte Polyesterharz enthält sulfonierte Gruppen, wodurch diese in Wasser oberhalb der Glasübergangstemperatur, Tg, des Polyesterharz verteilbar gemacht werden, d.h. sie bilden ohne die Verwendung organischer Lösungsmittel spontane Emulsionen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Tensid-freies Verfahren, und somit wird minimales Waschen eingesetzt, und wobei die Sulfopolyesterpartikel mit monovalenten kationischen Salzen wie Natriumchlorid unter hoch scherenden Bedingungen gefolgt durch Erwärmen zum Verschmelzen aggregiert werden. Das Erwärmen der Mischung oberhalb der Tg des Harz bildet Tonerpartikel mit z.B. einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 25 und vorzugsweise 2 bis 10 μm (Mikron). Es wird angenommen, dass während des Erwärmungsstadiums die Harz- und Farbmittelpartikel im Submikronbereich aggregieren und zusammen in einem einzelnen Schritt verschmelzen, um den Verbundtonerpartikel zu bilden. Zudem ist die Aggregation und das Verschmelzen ein kontinuierliches Verfahren, und daher wird ein kontinuierliches Wachstum der Partikelgröße beobachtet, wenn auf die Aggregationstemperatur erwärmt wird, wobei die optimale Temperatur in dem Bereich von 40 °C bis 60 °C und vorzugsweise in dem Bereich von 45 °C bis 55 °C liegt.
Das Scheren oder die Homogenisation wird durch Homogenisieren bei ungefähr 1000 Umdrehungen pro Minute bis ungefähr 10000 Umdrehungen pro Minute für eine Dauer von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 120 Minuten erreicht.
Die vorliegende Erfindung liegt in Verfahren für die Herstellung von tensidfreien chemischen Tonern, worin das Waschen der Tonerpartikel verringert oder eliminiert wird. Das Verfahren des Waschens in der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich für den Zweck des Entfernens jeglicher gebildeter Salze. Zudem liegt die vorliegende Erfindung in den Verfahren für die chemische oder in situ-Herstellung eines Polyestertoners, wodurch die Bildung von glänzenden Bildern mit dem Toner ermöglicht wird. Von Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist die Ionenstärke der Mischung, wie sie hierin gezeigt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf die gleichzeitige Aggregation und das Verschmelzen der Latexpartikel und der Farbmittelpartikel gerichtet, und wobei das Verfahren eine kontinuierliche Partikelwachstumsphase, bis die gewünschte Partikelgröße erreicht ist, involviert, wobei das Wachstum durch Abschrecken oder Abkühlen der Reaktorinhalte beendet wird, und wobei dadurch Tonerzusammensetzungen mit niedrigen Fusionstemperaturen von 110 °C bis 150 °C und mit exzellenten blockierenden Eigenschaften bei 50 °C bis 60 °C bereit gestellt werden.
Zum Beispiel umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Herstellung eines Emulsionslatex, das aus natriumsulfonierten Polyesterharzpartikeln von vorzugsweise weniger als 0,1 μm (Mikron) im Durchmesser und z.B. 5 bis 500 oder genauer 100 bis 200 Nanometern, und in einer Menge von 1 bis 5 Gewichtsprozent besteht, durch das Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von z.B. 45 °C bis 90 °C; die Zugabe einer vordispergierten Farbmitteldispersion, die von Sun Chemicals erhalten wurde, zu der Latexmischung und anschließend die Zugabe eines monokationischen Halogenids in einer Menge von z.B. 1 bis 2 Gewichtsprozent in Wasser, bis eine leichte Erhöhung in der Viskosität um 2 mPa·s (Centipoise) bis 100 mPa·s (Centipoise) resultiert; das Abkühlen; und das Erwärmen der resultierenden Mischung unterhalb des Tg des Harz, und genauer bei einer Temperatur von ungefähr 45 °C bis 60 °C, wodurch in einem einzelnen Schritt Aggregation und Verschmelzen bewirkt wird, und Tonerpartikel von 2 bis 25 oder vorzugsweise 4 bis 9 μm (Mikron) Größe (volumendurchschnittlicher Durchmesser) mit einer geometrischen Verteilung von weniger als 1,25 resultieren, und das Abschrecken der Produktmischung bei z.B. ungefähr 25 °C und wobei die Mischung aus Salz, Wasser, Latex und Farbmittel eine wichtige Ionenstärke von 0,001 M (Molar) bis 5 M und vorzugsweise von 0,01 M bis 2 M besitzt; gefolgt durch Filtrieren und Trocknen.
Noch mehr bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von Tonerzusammensetzungen, umfassend die Herstellung eines Emulsionslatex, bestehend aus natriumsulfonierten Polyesterharzpartikeln von 5 bis 500 Nanometern im Durchmesser durch das Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C bis 90 °C; die Zugabe einer Pigmentdispersion, die von Sun Chemical verfügbar ist, zu der Latexmischung; die Zugabe einer Natriumchloridlösung bis eine leichte Erhöhung in der Viskosität um 2 mPa·s (Centipoise) bis 100 mPa·s (Centipoise) resultiert; das Erwärmen der resultierenden Mischung auf eine Temperatur von 45 °C bis 60 °C, wodurch gleichzeitig eine Aggregation und das Verschmelzen ermöglicht wird, was in Tonerpartikeln von 4 bis 12 μm (Mikron) im volumendurchschnittlichen Durchmesser resultiert sowie mit einer geometrischen Verteilung von weniger als 1,25; und das Abschrecken der Produktmischung auf ungefähr 25 °C und die anschließende Isolierung, Filtrierung und Trocknung; wobei die tensidfreie Zubereitung der Tonerzusammensetzungen das Herstellen eines Emulsionslatex umfasst, der aus natriumsulfonierten Polyesterharzpartikeln von weniger als oder gleich 0,1 μm (Mikron) an Größe durch das Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 15 °C bis 30 °C oberhalb seiner Glasübergangstemperatur umfasst; das Vermischen mit einer Pigmentdispersion, die von Sun Chemicals verfügbar ist, unter scherenden Bedingungen, und anschließend die Zugabe eines monokationischen Salzes in einer Menge von z.B. 1 bis 2 Gewichtsprozent in Wasser bis es zur Gelierung kommt, wie z.B. durch eine Erhöhung in der Viskosität um 2 mPa·s (Centipoise) bis 100 mPa·s (Centipoise) angezeigt wird; das Erwärmen der resultierenden Mischung unterhalb der Tg des Harz auf eine Temperatur von 45 °C bis 60 °C, wodurch Aggregation und Verschmelzen ermöglicht wird, und das Abschrecken oder Abkühlen der Produktmischung mit Wasser auf ungefähr 25 °C, gefolgt durch Filtrieren und Trocknen; und die Herstellung von Tonerzusammensetzungen, umfassend die Herstellung eines Emulsionslatex, der aus natriumsulfonierten Polyesterharzpartikeln besteht, durch das Erwärmen des Harz in Wasser; die Zugabe einer Pigmentdispersion zu einer Latexmischung, die aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln in Wasser besteht, unter scherenden Bedingungen, gefolgt durch die Zugabe eines monokationischen Salzes; und das Erwärmen der resultierenden Mischung, wodurch gleichzeitig Aggregation und Verschmelzen ermöglicht wird.
Farbmittel wie Pigmente, die als nasse Kuchenform oder konzentrierte Form verfügbar sind, die Wasser enthalten, können einfach unter Verwendung eines Homogenisators oder unter Rühren dispergiert werden. Die Pigmente sind in einer trockenen Form verfügbar, wobei die Dispersion in Wasser vorzugsweise durch Mikrofluidisierung unter Verwendung eines M-110 Mikrofluidisators bewirkt wird und das Durchführen der Pigmentdispersion für 1 bis 10 Mal durch die Kammer des Mikrofluidisators oder durch Ultraschallbehandlung wie durch die Verwendung eines Branson 700 Ultraschallgerätes, oder die Verwendung vordispergierter Pigmente, die von Firmen wie Sun Chemicals, Hoechst und Ähnlichen verfügbar sind.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Latexharz ist ein sulfonierter Polyester wie ein natriumsulfonierter Polyester und insbesondere ein Polyester wie Poly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(diethylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Copoly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(1,2-propylen-terephthalatphthalat), Copoly(1,2-propylen-diethylennatrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(1,2-propylen-diethylen-terephthalatphthalat), Copoly(ethylen-neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat)copoly-(ethylen-neopentylenterephthalatphthalat), Copoly-(propoxyliertes Bisphenol A)-copoly(propoxyliertes Bisphenyl A -natrium-5-sulfoisphthalat), Bisphenylen, Bis(alkyloxy)bisphenolen und Ähnliche. Der Sulfopolyester besitzt ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht (M_n) von z.B. 1500 bis 50000 Gramm pro Mol und ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht M_w) von z.B. 6000 Gramm pro Mol bis 150000 Gramm pro Mol, wie es durch Gelpermeationschromatographie und unter Verwendung von Polystyrol als Standard gemessen wird.
Verschiedene bekannte Farbmittel, die in dem Toner in einer wirksamen Menge von z.B. 1 bis 25 Gewichtsprozent des Toners und vorzugsweise in einer Menge von 2 bis 12 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sind, die ausgewählt werden können, umfassen Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330^®; Magnetite wie Mobay Magnetite MO8029^®, MO8060^®; kolumbianische Magnetite; MAPICO BLACKS^® und oberflächenbehandelte Magnetite. Als gefärbte Pigmente können Cyan, Magenta, gelb, rot, grün, braun, blau und Mischungen davon verwendet werden.
Farbmittel umfassen Farbstoffe, Pigmente, Mischungen davon, Mischungen aus Pigmenten, Mischungen aus Farbstoffen und Ähnliche.
Der Toner kann auch bekannte Ladungsadditive in wirksamen Mengen von z.B. 0,1 bis 5 Gewichtsprozent umfassen, wie Alkylpyridiniumhalogenide, Bisulfate, die Ladungssteuerungsadditive der U.S. Patente 3,944,493; 4,007,293; 4,079,014; 4,394,430 und 4,560,635, negative ladungsverstärkende Additive wie Alumniniumkomplexe und Ähnliche.
Oberflächenadditive, die zu den Tonerzusammensetzungen nach dem Waschen oder Trocknen hinzugefügt werde können, umfassen z.B. Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloide Kieselerden, Metalloxide, Mischungen davon und Ähnliche, wobei die Additive üblicher Weise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent vorhanden sind, siehe die U.S. Patente 3,590,000; 3,720,617; 3,655,374 und 3,983,045. Bevorzugte Hilfsmittel/Additive umfassen Zinkstearat und Kieselerden, wie solche, die von der Cabot Corporation und Degussa Chemicals verfügbar sind, und mehr bevorzugt AEROSIL R972^®, das von Degussa verfügbar ist, jeweils in Mengen von 0,1 bis 2 und bevorzugt 0,9 bis 1,5 Prozent, die während der Aggregation hinzugefügt werden können oder in das gebildete Tonerprodukt gemischt werden können.
Es können Entwicklerzusammensetzungen durch das Vermischen der Toner, die mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, mit bekannten Trägerpartikeln hergestellt werden, einschließlich beschichteten Trägem wie Stahl, Ferrite und Ähnliche, siehe die U.S. Patente 4,937,166 und 4,935,326, z.B. mit 2 Prozent Tonerkonzentration bis 8 Prozent Tonerkonzentration. Es können für die Entwickler auch Trägerpartikel mit einem Kern und einem Polymer darauf aus z.B. Polymethylmethacrylat mit einer leitenden Komponente wie Kohlenstoffschwarz darin dispergiert ausgewählt werden.
Es sind auch bildgebende Verfahren mit den Tonern vorgesehen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, siehe z.B. eine Anzahl von Patente, die hierin erwähnt werden, sowie die U.S. Patente 4,265,660; 4,585,884; 4,584,253 und 4,563,408.
Die folgenden Beispiele werden bereit gestellt. Teilangaben und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht und wobei die Gesamtmenge der Feststoffe ungefähr 100 Prozent beträgt, es sei denn, dieses wird anderweitig angezeigt. Es werden auch vergleichende Beispiele und Daten zur Verfügung gestellt.
HERSTELLUNG VON SULFONIERTEN POLYESTERN
Herstellung von linearem, moderat sulfoniertem Polyester A (DF209):
Ein lineares sulfoniertes Zufallscopolyesterharz, bestehend aus 0,465 Mol.-% Terephthalat, 0,035 Natriumsulfoisophthalat, 0,475 1,2-Propandiol und 0,025 Diethylenglycol, wurde wie folgt hergestellt. In einen 1 Liter Parr-Reaktor, der mit einem Bodenablassventil, Doppelturbinenrührer und Destillataufnahme mit einem Kaltwasserkühler ausgestattet war, wurden 388 Gramm Dimethylterephthalat, 44,55 Gramm Natriumdimethylsufoisophthalat, 310,94 Gramm 1,2-Propandiol (1 molarer Überschuss der Glycole), 22,36 Gramm Diethylenglycol (1 Mol Überschuss an Glycolen) und 0,8 Gramm Butylzinnhydroxid als Katalysator geladen. Der Reaktor wurde dann auf 165 °C unter Rühren für 3 Stunden erwärmt, wobei 115 Gramm Destillat in der Destillataufnahme gesammelt wurden, und dieses Destillat bestand aus ungefähr 98 Volumenprozent Methanol und 2 Volumenprozent 1,2-Propandiol, wie mit einem ABBE-Refraktometer gemessen wurde, das von der American Optical Corporation verfügbar ist. Die Mischung wurde dann auf 190 °C über einen Zeitraum von einer Stunde erwärmt, wonach der Druck langsam von Atmosphärendruck auf ungefähr 34,7 kPa (260 Torr) über einen einstündigen Zeitraum verringert wurde, und dann auf 0,67 kPa (5 Torr) über einen zweistündigen Zeitraum unter Sammeln von ungefähr 122 Gramm Destillat in der Destillatiaufnahme verringert wurde, und wobei das Destillat aus ungefähr 97 Volumenprozent 1,2-Propandiol und 3 Volumenprozent Methanol bestand, wie durch ein ABBE-Refraktometer gemessen wurde. Der Druck wurde dann weiter auf ungefähr 0,13 kPa (1 Torr) über einen 30 minütigen Zeitraum verringert, wodurch zusätzlich 16 Gramm 1,2 Propandiol gesammelt wurden. Der Reaktor wurde dann mit Stickstoff auf Atmosphärendruck gespült und das Polymerprodukt wurde durch das Bodenventil in einen Behälter geladen, der mit Trockeneis gekühlt wurde, um 460 Gramm 3,5 Molprozent sulfoniertes Polyesterharz, Copoly(1,2-propylen-diethylen)terephthalat-copoly(natriumsulfoiso phthalatdicarboxylat) zu ergeben. Die Glasübergangstemperatur des sulfonierten Polyesterharz wurde als 59,5 °C (Beginn) unter Verwendung eines 910 Differential Scanning Calorimeter, das von E.I. DuPont verfügbar ist, das mit einer Heizgeschwindigkeit von 10 °C pro Minute arbeitet, gemessen. Das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht wurde als 3250 Gramm pro Mol gemessen und das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht wurde als 5290 Gramm pro Mol unter Verwendung von Tetrahydrofuran als das Lösungsmittel gemessen.
Latexdispersionen im Submikronbereich des oben genannten sulfonierten Polyesters in destilliertem deionsierten Wasser wurden zuerst das Erwärmen des Wassers auf 65 °C (10 °C bis 15 °C oberhalb der Glasübergangstemperatur des sulfonierten Polyesterpolymers) und dann der langsamen Zugabe des Polymers unter Rühren, bis es vollständig dispergiert war, hergestellt. Das Latex hatte eine charakteristische blaue Färbung und es wurde herausgefunden, dass es eine Partikelgröße von 31 Nanometern (volumengewichtet) hat, und es wurde unter Verwendung eines Nicomp-Partikelgrößenmessgerätes gemessen. Von diesen Stammlösungen wurde herausgefunden, dass sie unbegrenzt stabil sind.
Herstellung der Latexstammlösungen:
1000 Gramm deionisiertes Wasser wurde auf 65 °C (immer °C) erwärmt, wonach 250 Gramm des oben genannten sulfonierten Polyesters langsam eingeführt und für 1 Stunde auf 65 °C erwärmt wurden, bis das Polymer vollständig dispergiert war. Das Latex hatte eine charakteristische blaue Färbung, und es wurde herausgefunden, dass es eine Partikelgröße von 57 Nanometern (nach Volumen gewichtet) aufweist, wie unter Verwendung eines Nicomp-Partikelgrößenmessgerätes gemessen wurde. Von diesen Stammlösungen wurde herausgefunden, dass sie unbegrenzt stabil sind.
BEISPIEL 1
400 Milliliter der oben genannten Emulsion wurden in einen 1 Liter Reaktionskessel platziert und es wurden 5,8 Gramm der Pigmentdispersion (40 Prozent Feststoffanteil) aus Cyan 15,3 eingebracht. Die Latexpigmentmischung wurde polytronisch behandelt, während 125 Milliliter einer 5-prozentigen Lösung aus NaCl (mit einer Ionenstärke von 0,856 M) in Wasser hinzugefügt wurden, und die Ionenstärke der resultierenden Mischung erhöhte sich von 0,045 M auf 0,238 M. Nach der Beendigung der Salzzugabe wurde der Kessel in ein Ölbad platziert und die Mischung wurde auf 45 °C unter Rühren erwärmt. Nach 6 Stunden war die Partikelgröße auf 1 μm (Mikron) angewachsen und es wurde beobachtet, dass sie verschmolz. Die Ionenstärke der Mischung wurde weiter auf 0,292 M durch die Zugabe zusätzlicher 50 Milliliter einer 5-prozentigen NaCl-Lösung erhöht, und die Temperatur wurde auf 50 °C erhöht. Es wurde über Nacht für ungefähr 18 Stunden gerührt. Die Tonerpartikelmorphologie war kugelig in ihrer Natur. Der Toner wurde filtriert und zwei Mal mit 2 Litern Wasser gewaschen, um jeglichen Salzrest zu entfernen, und getrocknet. Die resultierende Tonerpartikelgröße betrug 6,5 μm (Mikron) (volumendurchschnittlicher Durchmesser) und die GGV des Toners betrug 1,18. Das Molekulargewicht des Tonerharz war zu dem des Ausgangslatexharz identisch. Die Tg begann bei 54,5 °C und die mittlere Tg war 59,5 °C. Die Rheologie des Toners zeigte keinerlei Erhöhung in der Viskosität. Dieses zeigte keinerlei Verstärkung oder Vernetzung durch die Zugabe des monovalenten Salzes an. Ionenstärke I = 1/2 [(m+) (z+)2 + (m-) (z-)2]wobei m die Molalität (d. h. die Anzahl der Mol des gelösten Stoffes, die sich in 1 Kilogramm Lösungsmittel auflöst) und z die Ladung auf dem Ion ist (d. h. Na⁺ = 1), und die Molalität wird mit dem Quadrat der Ladung des Ions multipliziert. Somit ist eine 5 gewichtsprozentige NaCl-Lösung gleich 5 Gramm gelöstes NaCl in 100 Gramm Wasser als Lösungsmittel.
Die Mol des NaCl betragen 5 g/58,45 g/m = 0,0856 Mol;
somit beträgt die Molalität 0,0856 Mol/0,1 Kilogramm = 0,856 Mol/Kilogramm; und die Molalität beträgt 0,0856 Mol/0,100 Liter = 0,856 Mol/Liter.
Die Molalität des Polymers basiert auf der sich wiederholenden Einheit des Polymers, welches für das oben genannte Polyester einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 194 Gramm/mol entspricht; somit sind 250 Gramm in 1 Liter Wasser aufgelöstes Polymer gleich 0,774 Mol des Polymers, und da diese 0,774 Mol des Polymers 3,5 Molprozent Sulfonatgruppen enthalten, ist dies gleich 0,045 Mol Sulfonatgruppen. In einem Liter basierend auf dieser Formel ist die Molalität dann: 0,045 Mol/1,0 Kilogramm = 0,045 Mol/Kilogramm; und die Molalität beträgt 0,045 Mol/Liter.
In dem oben genannten Beispiel sind die oben genannten Änderungen in der Ionenstärke gleich:
Der Polymerbeitrag + hinzugefügtes Natriumchlorid = Gesamtionenstärke;
die Polymerionenstärke × Verdünnungsfaktor + NaCl-Ionenstärke × Verdünnungsfaktor = die Ionenstärke der Mischung, zum Beispiel,
[(0,45 M) × (400 ml/525 ml) (Gesamtvolumen der ersten Zugabe)] + [(0,856 M) × (125 ml/525 ml) = 0,238 M.
BEISPIEL II
Es wurden 400 Milliliter der oben genannten Emulsion in einen 1 Liter Reaktionskessel platziert und es wurden 23 Gramm der Pigmentdispersion (30 Prozent Feststoffanteil) Gelb 180 eingeführt. Die Latexpigmentmischung wurde polytronisch behandelt, während 125 Milliliter einer 5-prozentigen Lösung aus NaCl (mit einer Ionenstärke von 0,856 M) in Wasser hinzugefügt wurden, und die Ionenstärke der Mischung erhöhte sich von 0,045 M auf 0,238 M. Nach der Vervollständigung der Salzzugabe wurde der Kessel in ein Ölbad platziert und die Mischung wurde auf 45 °C unter Rühren erwärmt. Nach 5 Stunden wurde beobachtet, dass die Partikelgröße auf 1,5 μm (Mikron) angewachsen war und verschmolzen war. Die Ionenstärke der resultierenden Mischung wurde weiter auf 0,320 M durch die Zugabe von zusätzlichen 80 Millilitern einer 5-prozentigen NaCl-Lösung erhöht und die Temperatur wurde auf 50 °C erhöht, gefolgt durch Rühren für 5 Stunden und Abkühlen. Der Toner wurde filtriert und mit 2 Litern Wasser zwei Mal gewaschen, um jeglichen Salzrest zu entfernen, und getrocknet. Die erhaltene Partikelgröße betrug 5,9 μm (Mikron) mit einer GGV von 1,17. Das Molekulargewicht des Tonerharz war mit dem des Ausgangsmaterials identisch. Die Toner Tg begann bei 54,8 °C und der Mittelpunkt der Tg war 58,5 °C. Die Rheologie des Toners zeigte keinerlei Er höhung der Viskosität. Dieses zeigte an, dass keine Verstärkung oder Vernetzung durch die Zugabe des monovalenten Salzes zustande kam.
BEISPIEL III
400 Milliliter der oben genannten Emulsion wurden in einen 1 Liter Reaktionskessel platziert und 17 Gramm der Pigmentdispersion (30 Prozent Feststoffanteil) Kohlenstoffschwarz Black 7 wurden eingeführt. Die Latexpigmentmischung wurde polytronisch behandelt, während 125 Milliliter einer 5-prozentigen Lösung NaCl (mit einer Ionenstärke von 0,856 M) in Wasser hinzugefügt wurden, und die Ionenstärke der Mischung erhöhte sich von 0,045 M auf 0,238 M. Nach der Vervollständigung der Salzzugabe wurde der Kessel in ein Ölbad platziert und die Mischung wurde auf 45 °C unter Rühren erwärmt. Nach 5 Stunden war die Partikelgröße auf 2,1 μm (Mikron) angewachsen, und es wurde ein Verschmelzen beobachtet. Die Ionenstärke der Mischung wurde weiter auf 0,324 M durch die Zugabe weiterer 90 Milliliter einer 5-prozentigen NaCl-Lösung erhöht, und die Temperatur wurde auf 50 °C erhöht, gefolgt durch Rühren der Mischung für 5 Stunden und Abkühlen. Der Toner wurde filtriert und mit 2 Litern Wasser zwei Mal gewaschen, um jeglichen Salzrest zu entfernen, und getrocknet. Die erhaltene Tonerpartikelgröße betrug 6,3 μm (Mikron) mit einer GGV von 1,16. Das Molekulargewicht des Tonerharz war mit dem des Ausgangslatexharz identisch. Der Beginn der Tg war bei 54 °C und der Mittelpunkt der Tg war bei 58,3 °C. Die Rheologie des Tonermaterials zeigte keinerlei Erhöhung der Viskosität. Dieses zeigte an, dass keine Verstärkung oder Vernetzung durch die Zugabe des monovalenten Salzes stattgefunden hatte.
BEISPIEL IV
100 Gramm des sulfonierten Polyesterharz DF214, der in ähnlicher Weise wie das DF209 von Beispiel 1 hergestellt worden war, wurden in 400 Milliliter heißem Wasser bei 65 °C verteilt. Die erhaltene Partikelharzgröße betrug 60 Nanometer, wie mit einem Nicomp-Partikelgrößenanalysator gemessen wurde. 17 Gramm der Pigmentdispersion (30 Prozent Feststoffanteil) Rot 81.3 wurden dann in die Latexmischung eingeführt. Die resultierende Latexpigmentmischung wurde polytronisch behandelt, während 135 Milliliter einer 5-prozentigen Lösung NaCl (mit einer Ionenstärke von 0,856 M) in Wasser hinzugefügt wurden, und die Ionenstärke der Mischung erhöhte sich von 0,045 M auf 0,240 M. Nach Vervollständigung der Salzzugabe wurde der Kessel in ein Ölbad platziert und die Mischung auf 45 °C unter Rühren erwärmt. Nach 4 Stunden war die Partikelgröße auf 1,4 μm (Mikron) angewachsen, und ein Verschmelzen wurde beobachtet. Die Ionenstärke der Mischung wurde auf 0,324 M durch die Zugabe zusätzlicher 75 Milliliter einer 5-prozentigen NaCl-Lösung erhöht, und die Temperatur wurde auf 50 °C erhöht und für 4,5 Stunden gerührt, gefolgt durch Abkühlen. Der Toner wurde filtriert und mit 2 Litern Wasser zwei Mal gewaschen, um jegliche Salzreste zu entfernen, und getrocknet. Die erhaltene Tonerpartikelgröße betrug 6,2 μm (Mikron) mit einer GGV von 1,18. Das Molekulargewicht des Tonerharz war mit dem des Ausgangslatexharz identisch. Der Beginn der Tg des Tonerharz war bei 54,2 °C und die Tg am Mittelpunkt war 59,6 °C. Die Rheologie des Tonermaterials zeigte keine Erhöhung in der Viskosität. Dieses zeigte an, dass keinerlei Verstärkung oder Vernetzung durch die Zugabe des monovalenten Salzes zustande kam.
BEISPIEL V
Vergleichende schrittweise Aggregation
100 Gramm des oben hergestellten sulfonierten Polyesterharz DF209 wurden in 400 Milliliter heißem Wasser bei 65 °C verteilt. Die erhaltene Partikelgröße betrug 31 Nanometer, wie durch einem Nicomp-Partikelgrößenanalysator gemessen wurde (der die gesamte Zeit zur Messung der Größe verwendet wurde). 186 Milliliter einer 1-prozentigen Lösung des dikationischen Salzes MgCl₂ (mit einer Ionenstärke von 0,315 M) in Wasser wurden hinzugefügt, und die Ionenstärke der Mischung erhöhte sich von 0,045 M auf 0,13 M. Nach Vervollständigung der Salzzugabe wurde der Kessel in ein Ölbad platziert und die Mischung wurde unter Rühren für 3 Stunden auf 45 °C erwärmt. De Partikelgröße des Latex wuchs von 30 auf 120 Nanometer an. Dreißig (30) Gramm der oben genannten gelben 18° Pigmentdispersion (Sun Chemical, 40 Prozent Feststoffanteil) mit einer durchschnittlichen Pigmentgröße von 90 Nanometern wurden zusätzlich mit 150 Millilitern destilliertem deionisierten Wasser dispergiert, und wurden zu den Latexpartikeln hinzugefügt. 133 weitere Milliliter des 1-prozentigen MgCl₂ wurden tropfenweise zu der Lösung hinzugegeben, was die Ionenstärke auf 0,165 M erhöht, und die Temperatur wurde für 5 Stunden bei ungefähr 50 °C gehalten, gefolgt durch Abkühlen. Das Wachstum der pigmentierten Partikel war leicht in einem Labormikroskop sichtbar und die Par tikelgröße, wie sie mit einem Coulter-Zähler gemessen wurde, betrug 3,0 μm (Mikron). Es wurden zusätzliche 20 Milliliter einer 1-prozentigen MgCl₂-Lösung tropfenweise hinzugefügt, was die Ionenstärke auf 0,16 M erhöht, und die Temperatur wurde auf 52 °C erhöht. Nach 2 Stunden wurde eine Probe von ungefähr 1 Gramm entfernt und unter einem Mikroskop beobachtet, wobei sich zeigte, dass die kugelförmigen Partikel sowohl Pigment wie auch Polymer enthalten. Der Toner wurde filtriert und mit 2 Litern Wasser zwei Mal gewaschen, um jegliche Salzreste zu entfernen, und getrocknet. Eine fertige gelbe Tonerpartikelgröße von 5,0 μm (Mikron) mit einer GGV von 1,3 resultierte in gelbem Toner, der aus 92,0 Gewichtsprozent des sulfonierten Polyesters und 8,0 Gewichtsprozent des oben genannten gelben Pigments besteht. Das Molekulargewicht des Tonerharz war mit dem des Ausgangslatexharz identisch. Die Tg des Tonerharz begann bei 49 °C und der Mittelpunkt der Tg war bei 53 °C.
Der vergleichende Toner zeigte, wenn er unter ähnlichen Bedingungen gemessen wurde, dass das viskoelastische Verhalten sehr ähnlich zu solchen Materialien war, die vernetzt sind, was anzeigt, dass die Verwendung divalenter Salze wie Magnesiumchlorid als ein Koagulant in einem verbrückten Netzwerk des Polyesters und der divalenten kationischen Salze resultiert, und somit in einer Verstärkung. Diese Toner werden miteinander verbunden, wenn ein matter Tonerfinish erwünscht ist.
All die oben genannten Proben einschließlich der vergleichenden Probe wurden mit einem mechanischem Spektrometer von Rheometerics getestet, mit dem die viskoelastische Reaktion als eine Funktion der Temperatur gemessen wird, und bei einer konstanten Frequenz von einem Rad/Sekunde aufgezeichnet wird. Polyesterproben, die unter Verwendung monovalenter kationischer Salze hergestellt werden, wie NaCl, erniedrigten die Schmelzviskosität um ungefähr 3 Größenordnungen in dem Temperaturbereich des Experiments, der zwischen 80 °C und 180 °C lag, was anzeigt, dass keinerlei Verstärkung oder Vernetzung vorhanden war. Diese Toner können verwendet werden, um glänzende Bilder zu erhalten, da keine Vernetzung vorhanden ist.

Claims

Ein tensidfreies Verfahren zur Herstellung eines Toners, umfassend das Vermischen von Partikeln eines sulfonierten Polyesterharz und Wasser und das Erwärmen der Mischung bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harz, um ein Emulsionslatex zu erhalten; das Vermischen des Emulsionslatex und einer Dispersion aus Farbmittelpartikeln und dann die Zugabe eines monovalenten, kationischen Salzes zu der Mischung bis es zu einer Erhöhung der Latexviskosität um 2 bis 100 mPa·s (Centipoise) kommt, wobei die Mischung eine Ionenstärke von 0,001 Molar (M) bis 5 Molar besitzt; das Erwärmen der Mischung bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg), wodurch gleichzeitig die Aggregation und das Verschmelzen von Partikeln aus Harz und Farbmittel ermöglicht wird; und das Abkühlen der Produktmischung gefolgt durch die Rückgewinnung des Tonerproduktes, Waschen und Trocknen.
Das Verfahren von Anspruch 1, worin das Latex ein natriumsulfoniertes Polyesterharz von 5 bis 500 Nanometer im Durchmesser enthält.
Das Verfahren von Anspruch 1 oder 2, worin das Emulsionslatex durch Erwärmen des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C bis 90 °C hergestellt wird, wonach die Farbmitteldispersion unter scherenden Bedingungen hinzugefügt wird, gefolgt durch die Zugabe des monovalenten kationischen Salzes zu der resultierenden Mischung; wobei das Verfahren zusätzlich das Erwärmen der resultierenden Mischung bei einer Temperatur von 45 °C bis 80 °C umfasst, wodurch die gleichzeitige Aggregation und das Verschmelzen von Partikeln aus Harz und Farbmittel ermöglicht wird, was in einem Toner mit einem volumendurchschnittlicher Durchmesser 2 bis 20 μm (Mikron) resultiert, wobei die Größe des Toners beim Abschrecken oder Abkühlen der Produktmischung erhalten wird, gefolgt durch Filtrieren und Trocknen.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Ionenstärke des monokationischen Salzes und die Temperatur der Aggregation/Verschmelzung die fertige Tonerpartikelgröße steuert und wobei die Größe 4 bis 10 μm (Mikron) beträgt und worin das Vermischen unter scherenden Bedingungen durch Homogenisieren bei 1.000 Umdrehungen pro Minute bis 10.000 Umdrehungen pro Minute bei einer Temperatur von 25 °C bis 35 °C und für eine Dauer von einer Minute bis 120 Minuten vervollständigt wird.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Emulsionslatex ein Harz aus einem Polyester aus Poly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(neopentylen-natrium 5-sulfoisophthalat), Poly(diethylen-natrium 5-sulfoisophthalt, Copoly(1,2-propylen-natrium 5-sulfoisophthalt)-copoly-(1,2-propylen-terephthalatphthalat), Copoly(1,2-propylen-diethylen-natrium 5-sulfoisophthalat)-copoly(1,2-propylen-diethylen-terephthalatphthalat), Copoly-(ethylen-neopentylen-natrium 5-sulfoisophthalat)-copoly-(ethylen-neopentylen-terephthalatphthalat) oder Copoly(propoxyliertes Bisphenol A)-copoly-(propoxyliertes Bisphenol A-natrium 5-sulfoisophthalt) enthält; und worin das Salz Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumbromid oder Kaliumbromid ist.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zu der Oberfläche der gebildeten Tonermetallsalze Metallsalze von Fettsäuren, Kieselsäuren, Metalloxide oder Mischungen davon jeweils in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent der erhaltenen Tonerpartikel hinzugefügt wird.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Ionenstärke 0,01 bis 2 M beträgt.
Das Verfahren von einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Tonerproduktmischung durch Abkühlen auf ungefähr 25 °C zurückgewonnen wird und danach das Waschen und das Trocknen durchgeführt wird.