EP1565792B1 - Verwendung von wachs enthaltenden kombinationen in fototonern und toner - Google Patents

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EP1565792B1
EP1565792B1 EP03757974A EP03757974A EP1565792B1 EP 1565792 B1 EP1565792 B1 EP 1565792B1 EP 03757974 A EP03757974 A EP 03757974A EP 03757974 A EP03757974 A EP 03757974A EP 1565792 B1 EP1565792 B1 EP 1565792B1
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EP
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toners
waxes
toner
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00Developers
    • G03G9/08Developers with toner particles
    • G03G9/087Binders for toner particles
    • G03G9/08775Natural macromolecular compounds or derivatives thereof
    • G03G9/08782Waxes
    • GPHYSICS
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    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00Developers
    • G03G9/08Developers with toner particles
    • G03G9/097Plasticisers; Charge controlling agents
    • G03G9/09733Organic compounds

Definitions

  • the present invention relates to the use of wax-containing combinations in photo-toners as well as photo-toners containing such combinations.
  • photo-toners which consist of resins, pigments, charge control agents and waxes and optionally flow aids.
  • the powdered photo toners usually form the copy initially to be copied on a transfer roller during the copying process, are transferred from there to the copy paper and then thermally fixed.
  • the waxes contained in the toner as a formulation component promote release of the photo-toner from the fixing roller as a release agent and anti-offset agent, act as adhesion promoters in the transfer to the paper and contribute to the homogeneous distribution of the pigments in the preparation of the toner as a dispersing aid.
  • Hydrocarbon waxes such as polyethylene or polypropylene waxes have hitherto predominantly been used as wax components in photo-toners. These waxes do not meet the demands of modern high speed copiers in all aspects. In particular, there is a need for wax components having improved anti-offset activity, improved adhesion to printing on paper, and further optimized pigment dispersing properties.
  • JP-A-1 142 560 describes the use of erucic acid amide in liquid toners. Due to its low hardness, erucaamide is only conditionally suitable for use in toners.
  • the invention therefore relates to the use of a combination of erucaamide and one or more wax (s) in photo-toners.
  • the wax is selected from the group of natural or semi-synthetic waxes.
  • the wax has a Nadelpenetrationskohl of a maximum of 10 mm -1 .
  • the wax has a melting point of 50 to 160 ° C.
  • the invention also relates to photo-toners containing a combination of erucaamide and one or more waxes.
  • the wax is selected from the group of natural or semi-synthetic waxes.
  • the wax has a Nadelpenetrationskohl of a maximum of 10 mm -1 .
  • the wax has a melting point of 50 to 160 ° C.
  • waxes for example, vegetable waxes such as carnauba or candellila wax or waxes of animal origin such. Shellac wax in question.
  • Suitable partially synthetic waxes are, for example, bleached, optionally chemically e.g. montan waxes modified by esterification and / or by partial saponification.
  • Corresponding products are described, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A 28, Weinheim 1996 in Chapters 2.2, 2.3 and 3.1-3.5.
  • Non-polar polyolefin waxes can be prepared by thermal degradation of branched or unbranched polyolefin plastics or by direct polymerization of olefins.
  • Suitable polymerization processes are, for example, free-radical processes in which the olefins, generally ethylene, are converted at higher pressures and temperatures into more or less branched waxes;
  • processes in which ethylene and / or higher 1-olefins are polymerized by means of organometallic catalysts, such as Ziegler-Natta or metallocene catalysts to give unbranched or branched waxes.
  • Polar polyolefin waxes are formed by appropriate modification of nonpolar waxes, for example by oxidation with air or by grafting polar olefin monomers, for example ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids and / or derivatives thereof, such as acrylic acid or maleic anhydride.
  • polar polyolefin waxes can be prepared by copolymerizing ethylene with polar comonomers, for example, vinyl acetate or acrylic acid; further by oxidative degradation of higher molecular weight, non-waxy ethylene homopolymers and copolymers.
  • polar comonomers for example, vinyl acetate or acrylic acid
  • Corresponding examples can be found, for example, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed., Vol. A 28, Weinheim 1996, Chap. 6.1.5.
  • the waxes used according to the invention have needle penetration numbers of not more than 10 mm -1 , preferably of not more than 5 mm -1 , and also dropping points of from 50 to 160 ° C., preferably from 60 to 120 ° C., particularly preferably from 70 to 90 ° C.
  • photo toners usually contain resins based on polyesters or styrene-acrylate copolymers.
  • charge control means which assist in transferring the toner from the photo-roll to the paper base, e.g. quaternary ammonium salts used for a positive charge and, for example, aluminum azo complexes for a negative charge of the toner powder.
  • quaternary ammonium salts used for a positive charge and, for example, aluminum azo complexes for a negative charge of the toner powder.
  • small amounts of highly dispersed silicic acids can be added to the toner powder.
  • suitable black or color pigments are added to the toners already in the thermoplastic mixture.
  • styrene-acrylate resin type CPR 100, manufactured by Mitsui, glass transition temperature 60 ° C., MFR / 140 ° C. 5 g / 10 min
  • a black pigment carbon black of particle size 2 ⁇ m, manufactured by Timcal
  • a charge control agent ®Copy Charge N4S, manufacturer: Clariant GmbH
  • 4 parts by weight of an erucamide-wax combination used according to the invention from Table 1 in a kneader mixed This mixture was then crushed to a toner powder of average particle size 12 microns (100% ⁇ 20 microns).
  • toner powder was now applied to a paper in an area of 20 ⁇ 100 mm.
  • This image was then fixed with a roller assembly consisting of a rigid heatable roller and an elastic cold roller at 160 ° C and a flow rate of 150 mm / s.
  • another white sheet was passed through the hot roll pair and examined for toner residues. There were no "ghost pictures" on the white sheet.
  • Table 1 Erucaamide combinations used example wax Weight ratio erucaamide: wax 1 ®Licowax E (Clariant GmbH) (NPZ approx. 1, dropping point approx.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Wachse enthaltenden Kombinationen in Fototonern sowie Fototoner, die derartige Kombinationen enthalten.
  • Üblicherweise werden in modernen Kopierverfahren sogenannte Fototoner eingesetzt, die aus Harzen, Pigmenten, Ladungssteuermitteln und Wachsen sowie gegebenenfalls Fliesshilfsmittel bestehen. Die pulverförmigen Fototoner bilden beim Kopiervorgang die zu kopierende Vorlage üblicherweise zunächst auf einer Übertragungswalze ab, werden von dort auf das Kopierpapier transferiert und anschließend thermisch fixiert.
  • Die im Toner als Rezepturkomponente enthaltenen Wachse begünstigen als Trenn- und anti-offset-Mittel die Ablösung des Fototoners von der Fixierwalze, wirken als Haftvermittler bei der Übertragung auf das Papier und tragen bei der Herstellung des Toners als Dispergierhilfe zur homogenen Verteilung der Pigmente bei.
  • Der Bedarf nach immer schneller arbeitenden Kopierern verlangt entsprechend flink ansprechende Tonersysteme und stellt hohe Anforderungen an die Einzelkomponenten der Tonerrezeptur.
  • Als Wachskomponenten in Fototonern werden bisher überwiegend Kohlenwasserstoff-Wachse wie Polyethylen- oder Polypropylenwachse eingesetzt. Diese Wachse werden den Anforderungen, die moderne schnell laufende Kopiermaschinen stellen, nicht in allen Aspekten gerecht. Insbesondere besteht Bedarf nach Wachskomponenten mit verbesserter anti-offset-Wirkung, verbesserter Wirkung bezüglich der Haftung des Drucks auf dem Papier sowie weiter optimierten pigmentdispergierenden Eigenschaften.
  • JP-A-1 142 560 beschreibt die Verwendung von Erucasäureamid in Flüssigtonern. Erucaamid ist aufgrund seiner geringen Härte nur bedingt für den Einsatz in Tonern geeignet.
  • Bisher mangelt es dem Stand der Technik aber auch an Produkten mit ausreichenden Trenneigenschaften in Tonerharzen, ohne zugleich die optischen Eigenschaften des Harzes zu beeinträchtigen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wachse enthaltende Kombination zur Verfügung zu stellen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet und sich ausgezeichnet in Fototonern verwenden lässt.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer Kombination aus Erucaamid und einem oder mehreren Wachs(en) in Fototonern.
  • Bevorzugt wird das Wachs aus der Gruppe der natürlichen oder der teilsynthetischen Wachse ausgewählt.
  • Bevorzugt weist das Wachs eine Nadelpenetrationszahl von maximal 10 mm-1 auf.
  • Bevorzugt weist das Wachs einen Schmelzpunkt von 50 bis 160°C auf.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls Fototoner, enthaltend eine Kombination aus Erucaamid und einem oder mehreren Wachsen.
  • Bevorzugt wird hierbei das Wachs aus der Gruppe der natürlichen oder der teilsynthetischen Wachse ausgewählt.
  • Bevorzugt weist das Wachs eine Nadelpenetrationszahl von maximal 10 mm-1 auf.
  • Bevorzugt weist das Wachs einen Schmelzpunkt von 50 bis 160°C auf.
  • Der Begriff "Wachs" wird hier entsprechend einer Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft als Sammelbezeichnung für eine Reihe natürlicher oder künstlich (teil- oder vollsynthetisch) gewonnener Stoffe verstanden, die folgende Eigenschaften aufweisen (Fette Seifen Anstrichmittel 76, Seite 135, 1974):
    • bei 20°C knetbar,
    • fest bis brüchig hart,
    • grob- bis feinkristallin,
    • durchscheinend bis opak, jedoch nicht glasartig,
    • oberhalb 40°C ohne Zersetzung schmelzend,
    • schon wenig oberhalb des Schmelzpunkts verhältnismäßig niedrigviskos,
    • stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit,
    • unter leichtem Druck polierbar.
  • Als natürliche Wachse kommen beispielsweise Pflanzenwachse wie Carnauba- oder Candellilawachs oder Wachse tierischer Herkunft wie z.B. Schellackwachs in Frage. Geeignete teilsynthetische Wachse sind beispielsweise gebleichte, gegebenenfalls chemisch z.B. durch Veresterung und/oder durch partielle Verseifung modifizierte Montanwachse. Entsprechende Produkte sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Vol. A 28, Weinheim 1996 in Kapitel 2.2, 2.3 und 3.1-3.5 beschrieben.
  • Weiterhin können polare oder unpolare vollsynthetische Wachse, z.B. Polyolefinwachse eingesetzt werden. Unpolare Polyolefinwachse können durch thermischen Abbau verzweigter oder unverzweigter Polyolefin-Kunststoffe oder durch direkte Polymerisation von Olefinen hergestellt werden. Als Polymerisationsverfahren kommen beispielsweise radikalische Verfahren in Frage, wobei die Olefine, in der Regel Ethylen, bei hohen Drucken und Temperaturen zu mehr oder minder verzweigten Wachsen umgesetzt werden; daneben Verfahren, bei denen Ethylen und/oder höhere 1-Olefine mit Hilfe metallorganischer Katalysatoren, beispielsweise Ziegler-Natta oder Metallocenkatalysatoren zu unverzweigten oder verzweigten Wachsen polymerisiert werden. Entsprechende Methoden zur Herstellung von Olefin-Homo- und Copolymerwachsen sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Vol. A 28, Weinheim 1996 in Kapitel 6.1.1./6.1.2. (Hochdruckpolymerisation), Kap. 6.1.2. (Ziegler-Natta-Polymerisation, Polymerisation mit Metallocenkatalysatoren) sowie Kap. 6.1.4. (thermischer Abbau) beschrieben.
    Polare Polyolefinwachse entstehen durch entsprechende Modifizierung von unpolaren Wachsen, z.B. durch Oxidation mit Luft oder durch Aufpfropfung polarer Olefinmonomere, beispielsweise α,β-ungesättigter Carbonsäuren und/oder deren Derivaten, etwa Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid. Ferner können polare Polyolefinwachse durch Copolymerisation von Ethylen mit polaren Comonomeren, beispielsweise Vinylacetat oder Acrylsäure hergestellt werden; weiterhin durch oxidativen Abbau von höhermolekularen, nicht wachsartigen Ethylen-Homo- und Copolymeren. Entsprechende Beispiele finden sich etwa in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Vol. A 28, Weinheim 1996, Kap. 6.1.5.
  • Bevorzugt wird die Verwendung einer Kombination aus Erucaamid und der aus der natürlichen oder teilsynthetischen Gruppe ausgewählten Wachse.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Wachse weisen Nadelpenetrationszahlen von maximal 10 mm-1, bevorzugt von maximal 5 mm-1 auf, ferner Tropfpunkte von 50 bis 160°C, bevorzugt von 60 bis 120°C, besonders bevorzugt von 70 bis 90°C.
  • Fototoner enthalten als Basiskomponente in der Regel Harze auf Basis von Polyestern oder Styrol-Acrylat-Copolymeren. Als Ladungssteuermittel, die die Übertragung des Toners von der Fotowalze auf die Papierunterlage unterstützen, werden z.B. quaternäre Ammoniumsalze für eine positive Ladung und beispielsweise Aluminium-Azo-Komplexe für eine negative Aufladung des Tonerpulvers verwendet. Zur Unterstützung der Rieselfähigkeit können dem Tonerpulver geringe Mengen hochdisperser Kieselsäuren zugegeben werden.
  • Je nach gewünschter Farbe werden den Tonern bereits in der thermoplastischen Mischung geeignete Schwarz- oder Farbpigmente zugegeben.
  • Beispiele
  • Die im folgenden angeführten Nadelpenetrationszahlen wurden nach DIN 51579, die Tropfpunkte nach DIN 51801/2 bestimmt.
  • Beispiele 1 bis 3:
  • 90 Gew.-Teile eines Styrol-Acrylat Harzes (Typ CPR 100, Hersteller Fa. Mitsui; Glastemperatur 60°C; MFR/140°C 5 g/10 min) wurden mit 4 Gew.-Teilen eines Schwarzpigments (Russ mittlerer Teilchengröße von 2 µm; Hersteller: Fa. Timcal), 1 Gew.-Teil eines Ladungssteuermittels (®Copy Charge N4S, Hersteller: Clariant GmbH) und 4 Gew.-Teilen einer erfindungsgemäß eingesetzten Erucaamid-Wachs-Kombination aus Tab. 1 in einem Kneter homogen vermischt. Diese Mischung wurde nun zu einem Tonerpulver der mittleren Teilchengröße 12 µm (100 % < 20 µm) zerkleinert. Dem Tonerpulver wurden nun noch 0,5 Gew.-Teile eines Silika-basierten Fliessmittels(Typ HDK, Hersteller: Wacker) zugesetzt. 5 g dieser nun rieselfähigen Mischung wurden mit 95 g Eisenpulver vermischt und in den Vorratsbehälter eines Kopierers gefüllt.
  • Mit Hilfe der im Kopierer befindlichen photomagnetischen Walze wurde nun in einer Fläche von 20x100 mm Tonerpulver auf ein Papier aufgebracht. Dieses Bild wurde dann mit einer Walzenanordnung, bestehend aus einer starren heizbaren Walze und einer elastischen kalten Walze, bei 160°C und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 150 mm/s fixiert. Anschließend wurde ein weiteres weißes Blatt durch die heiße Walzenpaarung geführt und auf Tonerrückstände untersucht. Am weißen Blatt waren keine "ghost pictures" zu erkennen. Tabelle 1: Verwendete Erucaamid-Kombinationen
    Beispiel Wachs Gew.-Verhältnis Erucaamid:Wachs
    1 ®Licowax E (Clariant GmbH) (NPZ ca. 1, Tropfpunkt ca. 82°C) 10:1
    2 ®Licowax F (Clariant GmbH) (NPZ ca. 1, Tropfpunkt ca. 79°C) 10:1
    3 Carnaubawachs (NPZ ca. 1, Tropfpunkt 83°C) 10:1

Claims (8)

  1. Verwendung einer Kombination aus Erucaamid und einem oder mehreren Wachs(en) in Fototonern.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs aus der Gruppe der natürlichen oder der teilsynthetischen Wachse ausgewählt wird.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs eine Nadelpenetrationszahl von maximal 10 mm-1 aufweist.
  4. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs einen Schmelzpunkt von 50 bis 160°C aufweist.
  5. Fototoner, enthaltend eine Kombination aus Erucaamid und einem oder mehreren Wachs(en).
  6. Fototoner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs aus der Gruppe der natürlichen oder der teilsynthetischen Wachse ausgewählt wird.
  7. Fototoner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs eine Nadelpenetrationszahl von maximal 10 mm-1 aufweist.
  8. Fototoner nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs einen Schmelzpunkt von 50 bis 160°C aufweist.
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