EP1725912A2 - Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung - Google Patents

Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung

Info

Publication number
EP1725912A2
EP1725912A2 EP05701239A EP05701239A EP1725912A2 EP 1725912 A2 EP1725912 A2 EP 1725912A2 EP 05701239 A EP05701239 A EP 05701239A EP 05701239 A EP05701239 A EP 05701239A EP 1725912 A2 EP1725912 A2 EP 1725912A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
droplets
dispersion
toner particles
liquid phase
polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05701239A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Paffhausen
Ulrich Morf
Joachim Kretschmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pelikan Hardcopy Production AG
Original Assignee
Pelikan Hardcopy Production AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102004004554A external-priority patent/DE102004004554B4/de
Application filed by Pelikan Hardcopy Production AG filed Critical Pelikan Hardcopy Production AG
Publication of EP1725912A2 publication Critical patent/EP1725912A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/0802—Preparation methods
    • G03G9/0804—Preparation methods whereby the components are brought together in a liquid dispersing medium
    • G03G9/0806—Preparation methods whereby the components are brought together in a liquid dispersing medium whereby chemical synthesis of at least one of the toner components takes place
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/0802—Preparation methods
    • G03G9/0815—Post-treatment
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08775—Natural macromolecular compounds or derivatives thereof
    • G03G9/08782—Waxes
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08784—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775
    • G03G9/08793—Crosslinked polymers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08784—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775
    • G03G9/08795—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775 characterised by their chemical properties, e.g. acidity, molecular weight, sensitivity to reactants
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08784—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775
    • G03G9/08797—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775 characterised by their physical properties, e.g. viscosity, solubility, melting temperature, softening temperature, glass transition temperature

Definitions

  • the invention relates to the field of laser printing and copying technology. It relates in particular to toner particles as well as a method and a plant for their production according to the preamble of the independent claims.
  • Toners have long been known in various technical copying areas. For example, they are used in conventional copying processes (roller transfer) or are used in laser printers.
  • the toner is provided as a toner powder, which consists of the smallest toner particles, which usually have a particle size of 5 to 10 ⁇ m. Furthermore, the toner particles should have good melting properties, a minimal fixing temperature and a low gloss, good mechanical properties with regard to pulverizability, a low tendency towards so-called “housing stability", sufficient strength on the paper and good pigment compatibility.
  • the individual toner particles are essentially structured as follows: in addition to the colorant or the colorants, in particular a pigment or pigments, one or more additives are usually incorporated into the polymeric materials: these are, for example, resins, charge control substances, surface-active additives and other, substances controlling the properties.
  • additives are usually incorporated into the polymeric materials: these are, for example, resins, charge control substances, surface-active additives and other, substances controlling the properties.
  • Typical polymeric materials, which serve as a binder matrix in the individual toner particles are based on monomers or oligomers, which form a polymer matrix by polymerization, in which the colorants are incorporated.
  • the polymers formed usually have a glass transition temperature of about 50 to 70 ° C.
  • monomers or oligomers are used which are based in particular on styrene, acrylates, methacrylates and / or butadiene. In individual cases it is also advantageous to use the starting monomers or oligomers of polyester.
  • the polymeric materials serve as carrier substances for the pigments and the additives and give the individual toner particles a comparatively defined shape and size.
  • Waxes can be incorporated into the toner particles as further additives, this being understood to mean a material which is kneadable at 20 ° C, solid to brittle, hard, coarse to fine crystalline, translucent to opaque, but not glassy, and as a rule about 50 to 90 ° C, in exceptional cases also up to about 200 ° C, in the meltable, low-viscosity state without decomposition and is relatively low viscosity and not stringy just above the melting point.
  • waxes it is also possible to use substances which have appropriate physical properties or are “wax-like”.
  • waxes which can replace silicone oils
  • the introduction of waxes, which can replace silicone oils, is intended, for example, to enable the toner particles to be released from the printing roller in the customary copying processes have a significantly lower temperature during melting than the polymers forming the matrix of the toner particles and also show a different temperature-viscosity relationship.
  • the charge control substances serve to set the required charge level in the individual toner particles. This makes it possible to specifically attract the individual toner particles during the printing or copying process from the corresponding printing devices, such as the printing roller.
  • Charge control substances of this type have a predefined charge capacity, so that the toner particles are charged in a defined manner in accordance with the amount added or are attracted by a charge carrier, for example a printing roller which is charged differently on the surface in accordance with the image to be printed.
  • a charge carrier for example a printing roller which is charged differently on the surface in accordance with the image to be printed.
  • iron oxides are used as charge control substances.
  • the surface-active additives are said to impart the desirable physical property to the surface of the toner particles, in particular to promote the toner flow and the adhesion when used in copying and printing devices.
  • These are in particular silicas, titanium oxide compounds and organometallic salts. Fumed silicas, which are of particular advantage, generally have an average particle size of about 7 to 40 nm (300 to 50 m 2 / g surface area according to BET), good initial flow and low adhesion properties.
  • Pigments are preferably used as colorants. In this context, pigments are understood to mean colorants which are insoluble in aqueous media. Instead of or in addition to pigments, soluble dyes can be used.
  • the pigments contained in the toner particles preferably have a diameter of approximately 0.015 to 0.5 ⁇ m.
  • the toner particles can contain magnetic materials, such as magnetite.
  • magnetic materials such as magnetite.
  • the toner particles are used mixed with powdery magnetic material (two-component toner) as well as toners that do without iron oxide (one-component Toner).
  • the toners are produced by various and in some cases relatively complex processes:
  • the colorant in particular a pigment, such as carbon black
  • a magnetic material for example magnetite polymeric materials are extruded into a strand at an elevated temperature in an extruder. This material is then cooled. Then it is ground up in a complex process. This is followed by an aerodynamic classification with regard to the desirable particle size.
  • the toner particles are generally subjected to a further surface treatment in order to set the desired properties.
  • a disadvantage of the process just described is first of all the great energy expenditure which is required for the extrusion and grinding, and also that an exact adjustment of the toner particle size is not possible. Rather, toner particles are formed with a widely scattered particle size distribution, so that the toner particles produced have to be subjected to complex classification after they have been produced. Due to the imprecise setting options for the toner particle size, the proportion of toner particles separated or sorted out by classification, which are not suitable for further use due to their particle diameter being too small or too large, is comparatively large, so that the amount of rejects toner is high. The scrap is either returned to the manufacturing process or disposed of as hazardous waste.
  • a precise setting of the desired toner particle size should be made possible with comparatively little technical and economic effort.
  • variant A droplets, partially solidified toner particles or the solid toner particles are deposited on one another. Moving conveyor belt steered on which the polymerization reaction takes place, continued or is completed. Variant B takes up this idea in an abstract form.
  • the above object is achieved by a method according to variant A for the production of toner powder, in which the individual toner particles of the toner powder contain colorants, in particular pigments, embedded in at least one polymer, and that characterized in that a liquid phase based on a monomer and / or oligomer is provided as the starting material for the polymer, the colorants in this liquid .
  • Dispersed phase finest droplets, in particular with a predetermined droplet size, are generated from the dispersion and by irradiating the droplets with electromagnetic waves or electrons in the individual droplets, a particularly defined polymerization reaction of the monomers and / or oligomers to form the polymer is effected, the polymerized droplets that form the toner particles of the toner powder.
  • the above object is achieved by toner powder with toner particles, obtainable by the method described above.
  • part of the solution to the above object is also a plant for the production of toner powder, in which the individual toner particles of the toner powder contain pigments bound in at least one polymer, this plant being characterized by a storage container for a dispersion of colorants, in particular pigments, in a liquid phase on the basis of monomers and / or oligomers, which serve as starting materials for the polymer of the toner particles, a droplet generator connected to the storage container with a plurality of nozzles for producing the finest dispersion droplets with a particularly defined droplet size and a radiation device for irradiating the dispersion droplets produced by the droplet generator with electromagnetic Waves or electrons.
  • polymerization is the generic term for the conversion of some kind of low molecular weight compounds, namely monomers and / or oligomers, into high molecular weight compounds, ie polymers, macromolecules or polymers.
  • Polymerization can also be understood to mean a "polyreaction" with the sub-terms of polyaddition and polycondensation.
  • polymer is used for polyadducts (polyaddition products) or polycondensates. The addition reactions take place without elimination of low molecular weight compounds, often with a shift of hydrogen atoms.
  • the polyaddition products include in particular those products which are based on monomers and / or oligomers with unsaturated compounds, in particular special double bond decrease. These are, for example, monomers and / or oligomers based on acrylate, methacrylate, styrene and / or butadiene. However, there are also addition reactions in which such double bonds are not present, but rather cyclic starting monomers expand to an oligomer and later to a polymer in the course of a ring opening. Polyurethanes are to be given here as an example.
  • the polycondensation products which are less preferred as “polymers” in the context of the invention are based on a polyreaction in which condensation takes place between bi- or higher-functional monomers.
  • Important polymers that include this include polyamides, polyimides, polyesters, polycarbonates, amino plastics and phenoplasts.
  • the low-molecular compounds formed and excreted by the polycondensation must be easy to remove. In most cases it is water. Therefore, the temperature at which the hot droplets are generated must be relatively high and must remain at a comparatively high temperature in order to remove the water.
  • Oligomers are compounds in whose molecule only a few atoms or atom groups (constitutional units) of the same or different types are repeatedly linked to one another and whose physical properties change significantly when the molecular size is changed by adding or removing one or more of the constitutional units. Oligomers are deliberately obtained either by polyreactions (oligopolymerization) from one monomer or mixtures of different monomers or by degradation of polymers.
  • oligomers are already used for the generation of the droplets in the context of the invention, then care must be taken that the degree of polymerization is not too high (at elevated temperature).
  • An excessively high degree of polymerization leads to an excessively high viscosity within the droplets produced, which has an adverse influence on the droplet size and thus also on the size of the toner particles and also on their shape.
  • a high viscosity sometimes leads to the toner particles not having the desirable spherical shape.
  • An essential idea on which the invention is based is the formation of a polymer matrix, the starting monomers or oligomers being present in the liquid phase or else as the liquid phase before the polymerization, so that the colorants, in particular pigments, and, if appropriate further additives, such as charge control substances, can on the one hand be uniformly mixed with the monomers or oligomers, while on the other hand the viscosity of the liquid phase can be adjusted in such a way that suitable processes, such as the inkjet process or the bubble jet process, result from the resulting dispersion. Processes that can produce droplets with a defined droplet size.
  • a volatile liquid in particular a slightly volatile liquid
  • the share of this volatile solvent is preferably less than 15 wt .-%, in particular less than 10 wt .-%.
  • These are preferably inert liquids which have no negative influence on the desired chemical reactions.
  • These solvents are able to at least partially dissolve the monomeric and / or oligomeric starting materials and also the polymer already formed therefrom. The solvent is at least partially evaporated during curing, which accelerates the polymerization.
  • the evaporation is preferably carried out with the supply of energy, in particular thermal energy, but can also take place by itself or can be accelerated by a vacuum or a blower.
  • a solvent also promotes mixing of the monomeric and / or oligomers with the colorant (s) and the additives, so that a selection of the starting materials is less critical and mixing can take place more quickly and more cost-effectively. It is particularly advantageous if a mixture of water and a low-boiling alcohol, such as in particular isopropyl alcohol and / or isobutanol, is used as the volatile solvent.
  • ketones in particular acetone and methyl ethyl ketone, are also suitable, for example.
  • the boiling point of these inert solvents which are optionally additionally used is preferably below 125 ° C., in particular below 100 ° C.
  • Another essential idea of the invention is based on a targeted and defined polymerization reaction of the monomers and / or oligomers in the dispersion by irradiation with electromagnetic waves, such as UV rays, or electrons cause.
  • electromagnetic waves such as UV rays, or electrons cause.
  • the dose for the UV rays is preferably in the range from 0.5 to 3.5 J / cm 2 , in particular from 1.0 to 2.0 J / cm 2 .
  • the radiation dose is preferably in the range from 5 to 500 kJ / m 2 , in particular from 10 to 300 kJ / m 2 .
  • Initiators are related to the polymerization in the sense of the invention in order to start (initiate) chemical reactions and to be consumed during the initiation step, partly with incorporation of the initiators (fragments) into the resulting compounds. They are widely used in polymerization reactions.
  • an active species is generated from the initiator by chemical, thermal or photochemical reaction, which reacts with a monomer molecule to form a product to which a large number of other monomer molecules are attached.
  • the initiators include, for example, azo compounds, peroxides, hydroperoxides and peresters, furthermore so-called redox initiators, systems composed of oxidizing and reducing components, for example hydrogen peroxide / iron (II ions), in the course of which radicals are generated. Since many monomers can polymerize spontaneously without the addition of an initiator, for example also by treatment with electromagnetic waves In this case, initiators only have an accelerating effect, they are often referred to as accelerators.
  • the individual toner particles with suitable additives, such as charge control agents, crosslinking aids, chain transfer agents based on monomers and / or oligomers, so that these can be incorporated into the poly merized toner particles are incorporated. It is also possible to apply some of these additives to the surfaces of the toner particles only after the toner particles have hardened, for example by mixing or spraying. Furthermore, additional dyes can be added to the dispersion of monomers and / or oligomers and pigments in order to increase the brilliance of the toner particles, which are likewise incorporated into the polymer matrix of the toner particles.
  • suitable additives such as charge control agents, crosslinking aids, chain transfer agents based on monomers and / or oligomers
  • the present invention is not subject to any relevant restriction.
  • Dyes can also be used.
  • the colorants can be organic pigments and / or inorganic pigments.
  • suitable inorganic pigments are titanium dioxide, zinc sulfide, iron oxides, chromium oxides, nickel or chromium antimony titanium oxides, cobalt oxides and bismuth vanadates.
  • dyes which may be used, can be used for fine adjustment with regard to the desired color tones. In principle, a distinction is made between the color pigments, the inorganic color pigments, the organic color pigments and the effect pigments.
  • organic color pigments Ca-Iaked Azo, Quinacridone are preferably used for the magenta pigments, phthalocyanines are used for the cyan pigments and diarylide, monoazo and isoindoline, benzimidazolone and azo condensation product and naphthol red for the yellow pigments.
  • Organic color pigments can also be broken down according to the main main classes as follows: azo pigments, polycyclic pigments and pigments based on phthalocyanine.
  • the dyes can also be differentiated according to natural and synthetic dyes.
  • the best-known synthetic dyes include: phthalocyanines, triphenylmethanes, anthraquinones (cyan / blue), monoazo / disazo (magenta / red), Tartrazine (yellow), xanthene, disazo / polyazo, azo / metal complexes
  • the colorants used, in particular pigments, should be as finely divided as possible, 95% and in particular 99% of the colorant particles preferably having a particle size of 500 nm or less.
  • the average particle size is preferably less than 200 nm.
  • the morphology of the colorants or pigment particles can differ greatly.
  • the particles should preferably have a spherical shape.
  • the viscosity When compiling the starting materials for the dispersion of very fine droplets, which are produced in the course of the method according to the invention and are converted into the toner particles, it is advantageous to place the viscosity in an optimal range.
  • the viscosity is generally between about 1 and 50 mPas, in particular between 5 and 30 mPas.
  • This viscosity range favors a variety of processes. If the viscosity is too high, this means a higher technical effort.
  • compliance with this viscosity range means that the process product is formed in an advantageous form, for example the finished toner particles have the desired size, shape and uniformity.
  • the advantageous viscosity control can be carried out by including a low-boiling liquid.
  • droplets with high repeatability and defined droplet size can be generated from the dispersion before the polymerization, while a polymerization reaction of the monomers and oligomers in the droplets produced is triggered by the irradiation immediately after they have emerged from a corresponding droplet generator and the droplets are "frozen” in their droplet shape, so that each hardened droplet forms a toner particle of the toner powder.
  • the toner particles produced according to the invention are characterized in particular by a constant and constant particle size. Furthermore, the cured toner particles have an at least approximately uniform spherical shape, since the droplets before the polymerization reaction are at least approximately spherical in shape due to the surface tension of the dispersion, and the droplets are frozen in this spherical shape by the polymerization reaction brought about from the outside, with a particularly smooth surface on the finished toner particles.
  • the polymerization in the context of the invention is controlled taking into account all relevant parameters, for example the irradiation time and irradiance, such that the number-average molecular weight of the polymerization product obtained is preferably 3,000 to 500,000, while the weight-average molecular weight is preferably between about 5,000 and 2,000,000 lies.
  • the invention is based in particular on the idea of producing the finest droplets that are as uniform as possible and with a defined droplet size in a short time.
  • a droplet generator which has a large number of nozzles for producing the dispersion droplets, each of which is assigned a thermoelectric or piezoelectric transducer on the principle of an inkjet print head.
  • the nozzle channel of the respective nozzle is briefly contracted so strongly with the aid of the piezoelectric transducer that a dispersion droplet is expelled from the nozzle.
  • thermoelectric converter is used to disperse the dispersion contained in a nozzle channel assigned to the respective nozzle heated to the extent that a gas bubble suddenly forms in the dispersion, which leads to the ejection of a dispersion droplet from the nozzle.
  • thermoelectric or piezoelectric transducers which are used, for example, in inkjet printers, are distinguished by an extremely precise adjustment of the droplet size with a very high repeatability rate, so that finest droplets of defined droplet size from the droplet generator over a long period of time. producers can be expelled.
  • these transducers are electrically controlled to eject the droplets while the dispersion is being fed to the nozzles from a dispersion reservoir.
  • a piezo inkjet print head which is used, for example, for producing large-area printouts, is particularly suitable as a droplet generator.
  • the piezo inkjet print head is permanently installed in a holder, connected to a dispersion reservoir and sprays the droplets onto a correspondingly provided collecting device, for example a conveyor belt.
  • the droplet size of the finest droplets ejected is preferably controlled by modulating the power supply to the transducers: the droplet output of the droplet generator per second and nozzle is in the range from 1,000 to 50,000 Hz, so that a sufficient amount of droplets can be generated.
  • the trajectory of the droplets can be extended in a targeted manner so that the droplets are separated from one another for as long as possible and are evenly surrounded by the atmosphere prevailing in the room into which they are ejected. In this way, at least an initial hardening or solidification of the toner particles formed from the droplets is achieved before they collect after ejection.
  • the droplets are pre- preferably irradiated with UV rays or with electron beams.
  • irradiating the droplets with UV rays has the advantage that the polymerization reactions between the monomers and / or oligomers can be set and influenced in a targeted manner by setting a specific wavelength or a specific wavelength range and the intensity of the UV rays, so that a defined one Degree of crosslinking in the polymer of the finished toner particle is predetermined during its production and the individual toner particle can be specifically adapted to its desired area of use.
  • the finest droplets ejected electrostatically so that they repel each other through their charges.
  • the electrostatic charging is preferably carried out by applying an electric field to the outlet opening of the droplet generator, through which the droplets fly when ejected.
  • the droplets can also be electrostatically charged immediately when they are generated. If agglomerates do occur in individual cases, they can easily be destroyed by mechanical action, for example by simple grinding.
  • the droplets, the already partially solidified toner particles or the solid toner particles be directed onto a conveyor belt which preferably moves at high speed, on which they are distributed over a large area in order to carry out the solidification process or complete.
  • the solidified toner particles are then swept or smeared off the conveyor belt and then fed for further processing.
  • the conveyor belt in the case of electrostatically charged toner particles or electrostatically charged droplets with opposite polarity.
  • the droplets ejected are deposited uniformly on the conveyor belt.
  • a more heavily loaded collector for example a loaded drum
  • the droplet size of the finest droplets ejected from the droplet generator is preferably set such that the particle size of the toner particles obtained is between approximately 2 and 9 ⁇ m, in particular between approximately 4 and 7 ⁇ m.
  • the exact setting of the droplet size described above makes it possible to set the particle size of the finished toner particles in such a way that the production of toner powder with toner particles is possible, in which almost all toner particles have at least approximately the same particle size. As a result, not only can the classification of the toner particles previously required in the known methods be eliminated.
  • the reject quantity of toner particles with too small or too large a particle size tends to zero, as a result of which the production method according to the invention offers a far-reaching economic advantage over the previously known methods.
  • the use of energy is significantly lower in the process according to the invention, which makes its high economic efficiency a further significant advantage, especially in the large-scale production of toner powder offers.
  • the invention relates to a system according to claim 20 for producing toner powder, in which the individual toner particles of the toner powder are formed from pigments incorporated in at least one polymer.
  • the system according to the invention has a storage container for a dispersion of colorants, in particular pigments, in a liquid phase of monomers and / or oligomers which serve as starting materials for the polymer of the toner particles, a droplet generator connected to the storage container and having a large number of nozzles to produce the finest dispersion droplets of largely defined droplets large and an irradiation device, which serves to irradiate the dispersion droplets generated by the droplet generator with electromagnetic waves or electrons, preferably for irradiation with UV light or electron beams.
  • each nozzle of the droplet generator is assigned a piezoelectric or a thermoelectric converter, with which a pressure pulse is generated in a nozzle channel assigned to the respective nozzle by contraction or heating, by means of which a droplet of a defined size is expelled from the nozzle.
  • the transducers in order to ensure uniform droplet formation, they are combined, at least in groups, with an electrical control. With the aid of the control, voltage pulses for actuating the transducers are generated, the droplet size being set in a defined manner by changing the voltage amplitude, and the number of droplets per time unit being predefined by changing the number of pulses per unit time.
  • the use of a conventional inkjet print head as a droplet generator has proven to be particularly advantageous for droplet generation. Such inkjet print heads are characterized by a very long service life and very high repeatability. Furthermore, the droplet size can be set very precisely.
  • a mixing device for dispersing the pigments in the liquid phase based on monomers and / or oligomers into the system.
  • This mixing device can either be provided as a separate unit in which the dispersion is mixed separately from the droplet generation. Or the mixing device is connected to the reservoir of the droplet generator. It is also conceivable here for several storage containers to be supplied by several droplet generators at the same time from a common mixing device.
  • the droplets are sprayed onto a conveyor belt which preferably moves past the nozzles at high speed.
  • a conveyor belt has the advantage that the polymerization of the monomers and / or oligomers in the droplets can be decoupled in time from being ejected from the nozzles by transporting the droplets adhering to the conveyor belt away from the location of the droplet generator.
  • the irradiation device directly downstream of the droplet generator, so that the dispersion droplets can be irradiated as soon as they emerge from the droplet generator and excited for polymerization.
  • a conveyor belt it is also possible to eject the droplets into a closed irradiation room into which the irradiation device irradiates. This is advantageous, for example, if the manufacturing process is to be encapsulated from the outside.
  • the invention relates to toner powder with toner particles which have been produced by the method according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a system according to the invention for the production of toner powder
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a nozzle body of an inkjet print head used in the system
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of the nozzle body immediately before the dispersion droplet is ejected
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the nozzle body when ejecting a dispersion droplet
  • Fig. 5 is a schematic representation of a modified embodiment of the system according to the invention for the production of toner powder shown in Fig. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system 10 according to the invention for producing toner powder.
  • the system 10 has a storage container 12, in which a dispersion 16 is contained, which consists of the starting materials for the individual toner particles 14, the same monomers and / or oligomers, in the liquid phase, with pigments and optionally other dyes, surface-active additives, charge control agents and similar substances is formed.
  • a mixing device not shown.
  • An outlet 18 is provided near the bottom of the storage container 12 which is connected via a line system 20 to an inkjet print head 22 which serves as a droplet generator.
  • the construction and the mode of operation of the inkjet print head 22 will be briefly explained below with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the inkjet print head 22 has a nozzle body 24 made of a piezo material, in which a multiplicity of nozzle channels 26 running parallel to one another are formed, which are in flow connection with the outlet 18 of the storage container 14 via a distributor (not shown) stand.
  • a nozzle plate 28 is attached to the end face of the nozzle body 24, in which nozzle openings 30 are provided for every second nozzle channel 26.
  • Two four electrodes 32 are assigned to each nozzle channel 26. The electrodes 32 are connected to a controller, not shown.
  • the nozzle channels 26 run parallel to one another. If a voltage is now applied to the electrodes 32 of a nozzle channel 26, the voltage causes a deformation of those which limit the nozzle channel 26 3, which leads to an increase in volume of the nozzle channel 26, so that a small amount of additional dispersion can flow from the outlet 20 into the nozzle channel 26. If the voltage applied to the electrodes 32 is switched off, the walls 34 return to their original starting position, as shown in FIG. 4, as a result of which the volume of the nozzle channel 26 is reduced again. A dispersion droplet 36 is ejected from the open nozzle opening 30.
  • the droplet size of the dispersion droplet 36 and the number of dispersion droplets 36 to be generated can be set and predefined in a very simple and very precise manner.
  • the dispersion droplets 36 emerging from the inkjet print head 22 hit a conveyor belt 38 that moves past the print head 22 at high speed.
  • the speed of the conveyor belt 38 is adapted to the emerging amount of dispersion droplets 36 in such a way that the droplets lie side by side and one behind the other on the surface of the conveyor belt 38.
  • an irradiation device 40 which irradiates the dispersion droplets 36 lying on the conveyor belt 38 with UV light of a predetermined, defined wavelength range and a defined radiation intensity.
  • a polymerization reaction is triggered between the monomers and / or oligomers in the dispersion droplets 36, the degree of crosslinking of the cured polymer being able to be defined in a defined manner by means of the wavelength range set and the radiation intensity of the UV light.
  • the cured dispersion droplets 36 form the toner particles 12 of the toner powder.
  • a collecting device 42 Arranged at the end of the conveyor belt 38 is a collecting device 42 which picks up the individual toner particles 12 from the conveyor belt 38 and guides them into a collecting container 44.
  • FIG. 5 shows a modified embodiment of the system 10 shown in FIG. 1, which differs from it only in that the irradiation means direction 40 is arranged downstream of the inkjet print head 22, so that the dispersion droplets 36 emerging from the inkjet print head 22 are irradiated with UV light immediately after they have been generated and begin to polymerize in flight.
  • the dispersion droplets 36, which polymerize in flight, then fall onto the conveyor belt 38 and are transported away from the inkjet print head 22 by this.
  • the system 10 shown and its modification represent only one possible embodiment of the system according to the invention for the production of toner powder.
  • a so-called bubble jet print head instead of the described inkjet print head 22.
  • the irradiation device 40 for irradiating the conveyor belt 38 with electron beams. In this case, the radiation area would have to be sealed off from the outside.
  • the dispersion droplets can float after exiting the printhead, so that they can be irradiated in the floating state and begin to cure.
  • the individual toner particles of which contain at least one colorant, in particular at least one pigment, which is incorporated in at least one polymer a liquid phase based on a monomer and / or oligomer is provided as the starting material for the polymer at least one colorant is dispersed in this liquid phase, the dispersion is applied to a surface, cured thereon by means of polymerization and then removed from the surface.
  • any additives required for the production of the toner powder are preferably added to the liquid phase, preferably before the colorant is dispersed therein.
  • the term dispersion is to be interpreted broadly in the present context. It can be a heterogeneous mixture between a solid or liquid colorant and the liquid phase. In general, however, there will be a homogeneous mixture in which the colorant dissolves or disperses in the liquid phase.
  • Toner powder can thus be produced particularly inexpensively.
  • the dispersion contains a solvent which is preferably able to dissolve the polymer formed or to be a solvent for the monomers and / or oligomers still present.
  • the solvent is at least partially evaporated during curing, which accelerates the polymerization.
  • the evaporation is preferably carried out with the supply of energy, in particular thermal energy, but can also take place by itself or can be accelerated by a vacuum or a blower.
  • a solvent also promotes mixing of the monomers and / or oligomers with the colorant (s) and the additives, so that selection of the starting materials is less critical and mixing can take place more quickly and more cost-effectively.
  • the monomer and / or oligomer advantageously also has solvent properties in order to facilitate or improve dispersion of the colorant and / or the additives.
  • the solvent is therefore to be understood as meaning a solvent added in addition to the monomer and / or oligomer, which can be evaporated independently of the monomer and / or oligomer.
  • the dispersion is applied to the surface with an application thickness which corresponds at least approximately to a diameter of the toner particles to be produced. It is preferably taken into account whether the dispersion shrinks or expands during curing, and depending on the thickness of the applied layer, which is larger or smaller than the diameter of the toner particles to be produced.
  • the dispersion is preferably applied over the entire surface to the surface and, after removal, is comminuted, preferably ground.
  • “essentially full-area” is to be understood to mean that a predominant part of the surface, preferably more than 80 percent, is covered with the dispersion.
  • a comprehensive, gap-free application is not absolutely necessary.
  • a flat intermediate product is formed, the dimensions of which in one direction already correspond to those of the toner particles to be produced.
  • This flat intermediate product is comminuted in a further process step in order to obtain toner particles with the desired diameter. This is preferably done by grinding Already correct dimensions in one direction, the comminution can take place with far less energy and machine wear than would be the case with a complete comminution of a voluminous intermediate product, as is the case with a conventional method falls.
  • the dispersion is applied to the surface in the form of isolated droplets.
  • An average droplet diameter is chosen so that it corresponds at least approximately to a particle diameter of the toner particles to be produced.
  • preference is given to whether the dispersion is cured shrinks or expands, and depending on whether the mean droplet diameter is larger or smaller than the diameter of the toner particles to be produced, so that the toner particles of the desired size are preferably formed after curing. This procedure completely eliminates the need for the grinding process, so that the toner powder can be produced particularly efficiently and inexpensively.
  • a droplet generator which has a large number of nozzles for producing the dispersion droplets, each of which has a piezoelectric or thermoelectric nozzle based on the principle of an inkjet print head Converter is assigned.
  • the nozzle channel of the respective nozzle is briefly contracted so strongly with the aid of the piezoelectric transducer that a dispersion droplet is expelled from the nozzle.
  • the dispersion contained in a nozzle channel assigned to the respective nozzle is heated with the help of the thermoelectric converter to such an extent that a gas bubble suddenly forms in the dispersion, which leads to the ejection of a dispersion droplet from the nozzle.
  • thermoelectric or piezoelectric transducers which are used, for example, in inkjet printers, are distinguished by an extremely precise adjustment of the droplet size with very high repeatability, so that the finest droplets of defined droplet size can be ejected from the droplet generator over a long period of time.
  • these transducers are electrically controlled to eject the droplets while the dispersion is being fed to the nozzles from a dispersion reservoir.
  • a piezo inkjet print head is particularly suitable as a droplet generator, which is used, for example, for producing large-area printouts.
  • the piezo inkjet print head is permanently installed in a holder, connected to a dispersion reservoir and injects the Droplets on the surface, for example the surface of a conveyor belt.
  • the droplet size of the finest droplets ejected is preferably controlled by an electrical voltage curve at the converter.
  • the droplet output of the droplet generator per second and nozzle is in the range of 1,000 to 50,000 Hz so that a sufficient amount of droplets can be generated.
  • the surface in the case of electrostatically charged toner particles or electrostatically charged droplets with opposite polarity.
  • the droplets ejected are deposited uniformly on the surface.
  • a more highly charged collector for example a charged drum, it is also possible to detach the toner particles adhering to the surface from the surface after solidification and to further process them.
  • the droplet size of the finest droplets ejected from the droplet generator is adjusted so that the particle size of the toner particles obtained is between approximately 2 and 9 ⁇ m, in particular between approximately 4 and 7 ⁇ m.
  • the exact setting of the droplet size described above makes it possible to set the particle size of the finished toner particles in such a way that the production of toner powder with toner particles is possible, in which almost all toner particles have at least approximately the same particle size.
  • the reject quantity of toner particles increases or decreases too little large particle size towards zero, whereby the manufacturing method according to the invention offers a far-reaching economic advantage over the previously known methods.
  • Another essential idea of the invention according to variant B is based on bringing about a targeted and defined polymerization reaction of the monomers and / or oligomers in the dispersion applied to the surface by supplying energy, preferably by irradiation with electromagnetic waves, such as UV rays, or electrons.
  • electromagnetic waves such as UV rays, or electrons.
  • the method according to variant B has a broad agreement with the invention according to variant A with regard to the essential features.
  • the droplet size of the finest droplets, for the polymerization including all detailed details, for the additives in the polymerization, such as charge control agents and the like, for the type of colorants in the form of the dyes and pigments, for all details of the dispersion used , for setting the appropriate viscosity, for the advantages that result from the procedure according to Set variant A, for example the repetition accuracy, the type of irradiation, including the particular explanations regarding the irradiance, the molecular weights of the polymer obtained, all details of the respective section in which the mentioned feature is explained apply equally to the person skilled in the art should.
  • the features and measures that have been described above in connection with variant A should not apply to variant B if they clearly differ from the main idea.
  • part of the solution to the above object is a system for producing toner powder, in which the individual toner particles of the toner powder contain colorants, in particular pigments, incorporated in at least one polymer, this system being characterized by a storage container for a dispersion of colorants in a liquid phase Basis of monomers and / or oligomers, which serve as starting materials for the polymer of the toner particles, a droplet generator connected to the storage container with a plurality of nozzles for producing the finest dispersion droplets of defined droplet size and an irradiation device for irradiating the dispersion droplets generated by the droplet generator with electromagnetic waves or electrons ,
  • the invention relates to a system for producing toner powder, in which the individual toner particles of the toner powder are formed from pigments incorporated in at least one polymer.
  • the system according to the invention has a storage container for a dispersion of colorants, in particular pigments, in a liquid phase based on monomers and / or oligomers, which serve as starting materials for the polymer of the toner particles; a surface to which the dispersion can be applied for hardening; Means for applying the dispersion to the surface, which are connected to the reservoir and means for removing the cured dispersion from the surface.
  • Fig. 8 shows a further preferred embodiment of the system according to the invention.
  • a storage container 1 contains a dispersion formed from starting materials for the production of toner particles, namely from monomers and / or oligomers in the liquid phase, pigments and optionally solvents, further dyes, surface-active additives, charge control substances and similar substances.
  • starting materials for the production of toner particles namely from monomers and / or oligomers in the liquid phase
  • pigments and optionally solvents further dyes, surface-active additives, charge control substances and similar substances.
  • the monomers and / or oligomers, the pigments and the further constituents were mixed with one another using a mixing device (not shown).
  • a connection for a line system is provided near the bottom of the storage container 1, via which the dispersion 21 is applied to a surface 31 of a rotating drum 3.
  • a thickness of the applied dispersion layer can be adjusted to a desired value by means of a roller 4 which can be adjusted radially to the drum.
  • An energy supply device 5 serves to supply energy to the dispersion layer. This can be, for example, a warm air blower or an optical heater that supplies energy in the form of electromagnetic waves. If the dispersion 21 contains a solvent, it is sinuous if the energy supply device 5 can supply the energy primarily in the form of heat. If the dispersion 21 contains such monomers and / or oligomers in which a polymerization reaction can be triggered by irradiation, an energy supply device 5 is preferably used which can supply the energy primarily in the form of electromagnetic waves, in particular in the UV range.
  • a rotational speed of the drum 3 and the heating device 5 are preferably matched to one another and to a polymerization behavior of the dispersion 21 in such a way that the dispersion layer has completely hardened after passing through a region of the surface 31 which is covered by the heating device 5.
  • a scraper 4 scrapes the hardened dispersion layer off the surface 31. Fragments resulting from scraping are collected in a collecting container 6. The fragments are then ground in a grinder, not shown. 7 shows a preferred embodiment of the system according to the invention.
  • an ink jet print head 6 is provided for spraying the dispersion 21 in the form of isolated droplets 23 onto the surface 31 of the drum 3.
  • Appropriate control of the inkjet print head 5 enables toner particles to be produced directly in the desired size. This eliminates the need for a grinding process. Otherwise, the system functions in the same way as the system from FIG. 6 described above.
  • FIG. 8 shows a further preferred embodiment of the system according to the invention.
  • the energy is supplied by means of a combination of a hot air blower 51 and a UV lamp 52.
  • This embodiment is particularly advantageous if toner powder is to be produced from a dispersion 23 which contains both a solvent and monomers and / or oligomers which can trigger a polymerization reaction by irradiation.
  • a conveyor belt can advantageously be used, on the surface of which the dispersion 21 is applied.
  • the surface of the drum 3 or conveyor belt can advantageously also be heated from the inside, either instead of or in addition to an energy supply by the heating device 5.
  • the surface is preferably such that the hardened dispersion adheres to it as little as possible.
  • cured dispersion can be scraped off more easily or, if appropriate, detaches itself from the surface under the action of gravity, or can advantageously also be suctioned off.
  • a corresponding surface can advantageously be created by coating the drum 3 or the conveyor belt, for example with Teflon or silicone.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Toner­pulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmen­te, enthalten. Als Ausgangsstoff für das Polymer wird eine flüssige Phase auf Basis eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt. Anschliessend werden die Farbmittel, insbesondere Pigmente, in dieser flüssigen Phase dispergiert. Aus der Dispersion wer­den feinste Tröpfchen mit insbesondere vorgegebener Tröpfchengrösse erzeugt. Da­nach wird durch Bestrahlen der Tröpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elekt­ronen in den einzelnen Tröpfchen eine Polymerisationsreaktion der Monomeren und/oder Oligomeren zur Bildung des Polymers bewirkt, wobei die polymerisierten Tröpfchen die Tonerpartikel des Tonerpulvers bilden. Des Weiteren betrifft die Erfin­dung eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver sowie das Tonerpulver selbst. In einer weiteren Ausgestaltung bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstel­lung von Tonerpulver, dessen einzelne Tonerpartikel mindestens ein, in mindestens einem Polymer eingebundenes Farbmittel enthalten und welches folgende Schritte um­fasst: als Ausgangsstoff für das Polymer wird eine flüssige Phase auf Basis mindestens eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt; das mindestens eine Farbmittel wird in dieser flüssigen Phase dispergiert, die Dispersion wird auf eine Oberfläche aufgetragen und hierauf mittels Polymerisation der Monomere und/oder Oligomere ausge­härtet. Anschliessend wird das Verfahrenserzeugnis von der Oberfläche abgetragen und zerkleinert, insbesondere vermahlen. Die Erfindung ermöglicht mit vergleichsweise geringem technischem und wirtschaftlichem Aufwand die präzise Einstellung der ge­wünschten Tonerpartikelgrösse von Tonerpulver.

Description

Tonerpartikel sowie ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Laserdruck- und Kopiertechnik. Sie betrifft insbesondere Tonerpartikel sowie ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Toner sind seit Langem in verschiedenen technischen Kopierbereichen bekannt. So werden sie beispielsweise bei herkömmlichen Kopierverfahren (Walzenübertragung) verwendet oder kommen bei Laserdruckem zur Anwendung. Der Toner wird als Tonerpulver bereitgestellt, das aus kleinsten Tonerpartikeln besteht, welche üblicherweise eine Partikelgröße von 5 bis 10 μm aufweisen. Ferner sollen die Tonerpartikel gute Schmelzeigenschaften, eine minimale Fixiertemperatur und einen geringen Glanz, gute mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Pulverisierbarkeit, eine geringe Neigung zur sogenannten "Housing Stability", eine ausreichende Festigkeit auf dem Papier sowie eine gute Pigmentverträglichkeit aufweisen.
Die einzelnen Tonerpartikel sind im Wesentlichen wie folgt aufgebaut: neben dem Farbmittel oder den Farbmitteln, insbesondere einem Pigment oder Pigmenten, sind in die polymeren Materialien meist ein oder mehrere Zusatzstoffe eingebunden: Dabei handelt es sich beispielsweise um Harze, Ladungssteuerungsstoffe, oberflächenwirksame Additive sowie weitere, die Eigenschaften steuernde Stoffe. Typische polymere Materialien, die als Bindemittel-Matrix in den einzelnen Tonerpartikeln dienen, gehen von Monomeren oder Oligomeren aus, welche durch Polymerisation eine polymere Matrix ausbilden, in der die Farbmittel eingebunden werden. Üblicherweise haben die gebildeten Polymeren eine Glasübergangstemperatur von etwa 50 bis 70°C. Zur Herstellung der Polymer-Matrix werden Monomere bzw. Oligomere herangezogen, die ins- besondere auf Basis von Styrol, Acrylaten, Methacrylaten und/oder Butadien beruhen. In Einzelfällen ist es auch von Vorteil, die Ausgangsmonomeren bzw. -oligomeren von Polyestem heranzuziehen. Die polymeren Materialien dienen als Trägersubstanzen für die Pigmente sowie die Zusatzstoffe und geben den einzelnen Tonerpartikeln eine vergleichsweise definierte Form und Größe. Als weitere Zusatzstoffe können den Tonerpartikeln Wachse einverleibt sein, wobei hierunter ein Material verstanden wird, das bei 20°C knetbar, fest bis brüchig, hart, grob- bis feinkristallin, durchscheinend bis opak, jedoch nicht glasartig ist und das in der Regel bei etwa 50 bis 90°C, in Ausnahmefällen auch bis etwa 200°C, in den schmelzfähigen, niedrig-viskosen Zustand ohne Zersetzung übergeht und schon wenig oberhalb des Schmelzpunktes verhältnismäßig niedrigviskos und nicht fadenziehend ist. Anstelle von Wachsen können auch solche Substanzen herangezogen werden, die entsprechende physikalische Eigenschaften besitzen bzw. „wachsähnlich" sind. Das Ein- bringen von Wachsen, die Siliconöle ersetzen können, soll beispielsweise das Freigeben der Tonerpartikel von der Druckwalze bei den üblichen Kopierverfahren ermöglichen. Wachse haben beim Schmelzen eine deutlich niedrigere Temperatur als die die Matrix der Tonerpartikel bildenden Polymere. Sie zeigen auch eine unterschiedliche Temperatur-Viskositäts-Relation.
Die Ladungssteuerungsstoffe dienen der Einstellung des erforderlichen Ladungsniveaus in den einzelnen Tonerpartikeln. Hierdurch wird es möglich, die einzelnen Tonerpartikel beim Druck- oder Kopiervorgang von den entsprechenden Druckeinrichtungen, wie der Druckwalze, gezielt anzuziehen. Derartige Ladungssteuerungsstoffe besitzen eine vor- gegebene Ladungskapazität, so dass entsprechend der beigegebenen Menge die Tonerpartikel definiert aufgeladen oder durch einen Ladungsträger, beispielsweise eine entsprechend dem zu druckenden Bild an der Oberfläche unterschiedlich geladenen Druckwalze, angezogen werden. Als Ladungssteuerungsstoffe werden beispielsweise Eisenoxide eingesetzt.
Die oberflächenwirksamen Additive sollen der Oberfläche der Tonerpartikel die wünschenswerten physikalischen Eigenschaft verleihen, insbesondere den Tonerfluss und die Adhäsion bei der Anwendung in Kopier- und Druckgeräten begünstigen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Kieselsäuren, Titanoxidverbindungen sowie organs- metallische Salze. Pyrogene Kieselsäuren, die von besonderem Vorteil sind, haben im Allgemeinen eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 7 bis 40 nm (300 bis 50 m2/g Oberfläche nach BET), guten Anfangsfluss und niedrige Adhäsionseigenschaften. Als Farbmittel werden vorzugsweise Pigmente eingesetzt. Als Pigmente werden in diesem Zusammenhang in wässrigen Medien unlösliche Farbmittel verstanden. Anstelle von oder in Ergänzung zu Pigmenten können lösliche Farbstoffe eingesetzt werden. Die in den Tonerpartikeln enthaltenen Pigmente haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,015 bis 0,5 μm.
Des Weiteren können die Tonerpartikel im Falle des Einzeltoners magnetische Materialien, wie beispielsweise Magnetit, enthalten. Es gibt Anwendungsfälle, bei denen das magnetische Material nicht unmittelbar in den Tonerpartikeln enthalten ist, sondern die Tonerpartikel bei der Anwendung mit pulvrigem magnetischen Material gemischt eingesetzt werden (Zwei-Komponenten-Toner) sowie auch Toner, die ohne Eisenoxid auskommen (Ein-Komponenten-Toner).
Die Toner werden nach verschiedenen und zum Teil relativ aufwendigen Verfahren hergestellt: Bei dem am meisten verbreiteten Verfahren wird das Farbmittel, insbesondere ein Pigment, wie beispielsweise Russ, zusammen mit Ladungssteuerungsstoffen, Wachs bzw. einem wachsähnlichen Material und einem magnetischen Material, beispielsweise Magnetit, mit polymeren Materialien bei erhöhter Temperatur in einem Extruder zu einem Strang extrudiert. Dieses- Material wird dann gekühlt. Danach wird es in einem Mahlprozess aufwendig zerkleinert. Es schließt sich ein aerodynamisches Klassieren im Hinblick auf die wünschenswerte Partikelgröße an. Danach werden die Tonerpartikel im Allgemeinen einer weitergehenden Oberflächenbehandlung unterzogen, um die gewünschten Eigenschaften einzustellen.
Nachteilig bei dem eben geschilderten Verfahren ist zunächst der große Energieaufwand, der für das Extrudieren und Mahlen benötigt wird, und außerdem, dass eine genaue Einstellung der Tonerpartikelgröße nicht möglich ist. Vielmehr entstehen Tonerpartikel mit einer weit gestreuten Teilchengrößenverteilung, so dass die erzeugten Tonerpartikel nach ihrer Herstellung einem aufwendigen Klassieren unterzogen werden müssen. Aufgrund der ungenauen Einstellmöglichkeiten bei der Tonerpartikelgröße ist der Anteil der durch Klassieren abgeschiedenen bzw. aussortierten Tonerpartikel, die aufgrund ihrer zu geringen oder zu großen Partikeldurchmesser für die weitere Verwendung nicht geeignet sind, vergleichsweise groß, so dass die Menge an Ausschuss- toner hoch ist. Der Ausschuss wird entweder in den Herstellungsprozess rückgeführt oder als Sondermüll aufwendig entsorgt.
Ein weiterer Nachteil bei dem bekannten Verfahren, bei dem aus einer extrudierten Grundmasse durch Zerkleinern und Mahlen Tonerpartikel erzeugt werden, besteht darin, dass die Tonerpartikel zum einen eine rauhe Oberfläche aufweisen und deshalb dazu neigen, miteinander zu verbacken. Zum anderen entstehen insbesondere beim Zerkleinem und Mahlen der Grundmasse feinste Stäube, welche zur Vermeidung gesundheitlicher Beeinträchtigungen der Beschäftigten sowie zur Verhinderung von Staubexplosionen aufwendig ausgefiltert werden müssen, so dass die üblicherweise im großindustriellen Maßstab durchgeführte Herstellung der Toner sehr aufwendig und kostenintensiv ist.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver sowie ein entsprechendes Tonerpulver anzugeben, bei welchen die oben genannten Nachteile nicht auftreten. Darüber hinaus soll eine präzise Einstellung der gewünschten Tonerpartikelgröße mit vergleichsweise geringem technischem und wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht werden.
Die nachfolgend geschilderte Erfindung stellt sich in zwei Varianten dar, denen jeweils ein Verfahren, eine Anlage zu dessen Durchführung sowie die danach erhältlichen Tonerpartikel zuzuschreiben sind. Es wird nachfolgend zunächst die „Variante A" und danach die „Variante B" beschrieben. Diese Varianten haben eine überbrückende Gemeinsamkeit. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Variante A werden Tröpfchen, teilweise verfestigte Tonerpartikel oder die festen Tonerpartikel auf ein sich. bewegendes Förderband gelenkt, auf dem sich die Polymerisationsreaktion vollzieht, fortgeführt bzw. abgeschlossen wird. Die Variante B greift diesen Gedanken in abstrahierter Form auf.
Zur Variante A gemäß der Erfindung:
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Variante A zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmente, enthalten und das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Ausgangsstoff für das Polymer eine flüssige Phase auf Basis eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt wird, die Farbmittel in dieser flüssigen . Phase dispergiert werden, aus der Dispersion feinste Tröpfchen, insbesondere mit vorgegebener Tröpfchengröße, erzeugt werden und durch Bestrahlen der Tröpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen in den einzelnen Tröpfchen eine insbesondere definierte Polymerisationsreaktion der Monomeren und/oder Oligomeren zur Bildung des Polymers bewirkt wird, wobei die polymerisierten Tröpfchen die Tonerpartikel des Tonerpulvers bilden. Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch Tonerpulver mit Tonerpartikeln, erhältlich nach dem oben beschriebenen Verfahren.
Schließlich ist Lösungsbestandteil der obigen Aufgabe auch eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Pigmente enthalten, wobei diese Anlage gekennzeichnet ist durch einen Vorratsbehälter für eine Dispersion aus Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, in einer flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren, die als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen, einen mit dem Vorratsbehälter verbundenen Tröpfchenerzeuger mit einer Vielzahl von Düsen zum Erzeugen feinster Dispersionströpfchen mit insbesondere definierter Tröpfchengröße und einer Bestrahiungseinrichtung zum Bestrahlen der vom Tröpfchenerzeuger erzeugten Dispersionströpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen.
Wenn im Rahmen der Erfindung von Polymerisation gesprochen wird, dann ist dieser Begriff im Hinblick auf den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden technologi- sehen Sachverhalt weitgehend zu verstehen. Abstrakt handelt sich bei der Polymerisation um den Oberbegriff für die irgendwie geartete Überführung von niedermolekularen Verbindungen, nämlich Monomeren und/oder Oligomeren, in hochmolekulare Verbindungen, d.h. Polymere, Makromoleküle bzw. Polymerisate. So lässt sich unter Polymerisation auch eine "Polyreaktion" mit den Unterbegriffen der Polyaddition und Polykon- densation verstehen. Dabei wird der Begriff Polymerisate für Polyaddukte (Polyadditi- onsprodukte) oder Polykondensate gebraucht. Die Additionsreaktionen verlaufen ohne Abspaltung von niedermolekularen Verbindungen, häufig unter Verschiebung von Wasserstoff-Atomen. Zu den Polyadditionsprodukten zählen insbesondere solche Erzeugnisse, die auf Monomere und/oder Oligomere mit ungesättigten Verbindungen, insbe- sondere Doppelbindung zurückgehen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Monomere und/oder Oligomere auf Acrylat-, Methacrylat-, Styrol- und/oder Butadien- Basis. Es gibt aber auch Additionsreaktionen, bei denen derartige Doppelbindungen nicht vorliegen, sondern sich cyclische Ausgangs-Monomere im Rahmen einer Ringöff- nung zu einem Oligomer und später zu einem Polymer ausweiten. Als Beispiel sind hier Polyurethane anzugeben. Die im Rahmen der Erfindung weniger als "Polymere" bevorzugten Polykondensationsprodukte gehen auf eine Polyreaktion zurück, bei der Kondensationen zwischen bi- oder höherfunktionellen Monomeren stattfinden. Wichtige Polymere, die hierzu zählen, sind Polyamide, Polyimide, Polyester, Polycarbonate, Ami- noplaste und Phenoplaste. Allerdings müssen hierbei die durch die Polykondensation gebildeten und ausgeschiedenen niedermolekularen Verbindungen leicht entfernbar sein. In den meisten Fällen handelt es sich um Wasser. Daher muss hier die Temperatur, bei der die heißen Tröpfchen erzeugt werden, verhältnismäßig hoch sein und auch auf einer vergleichsweise hohen Temperatur verbleiben, um das Wasser zu entfernen.
Im Rahmen der Erfindung lassen sich, wie gezeigt, nicht nur Monomere zum Aufbau von Polymerisaten heranziehen, sondern auch Oligomere. Unter Oligomeren versteht man Verbindungen, in deren Molekül nur wenige Atome oder Atom-Gruppen (konstitutionelle Einheiten) gleicher oder verschiedeher Art wiederholt miteinander verknüpft sind und deren physikalische Eigenschaften sich bei Änderung der Molekülgröße durch Hinzufügen oder Wegnahme einer oder mehrerer der konstitutionellen Einheiten deutlich ändern. Oligomere werden gezielt entweder durch Polyreaktionen (Oligopolymeri- sation) aus einem Monomer bzw. Mischungen unterschiedlicher Monomeren oder durch Abbau von Polymeren gewonnen.
Werden bereits Oligomere für die Erzeugung der Tröpfchen im Rahmen der Erfindung eingesetzt, dann ist darauf zu achten, dass (bei erhöhter Temperatur) der Polymerisationsgrad nicht zu hoch ist. Ein zu hoher Polymerisationsgrad führt dazu, dass sich eine zu hohe Viskosität innerhalb der erzeugten Tröpfchen einstellt, die einen nachteiligen Einfluss auf Tröpfchengröße und damit auch auf die Größe der Tonerteilchen und zudem auf deren Gestalt hat. Eine hohe Viskosität führt gelegentlich dazu, dass die Tonerteilchen nicht die wünschenswerte Kugelform aufweisen. Ein wesentlicher Gedanke, auf dem die Erfindung beruht, ist die Ausbildung einer Polymer-Matrix, wobei die Ausgangsmonomeren bzw. -oligomeren vor der Polymerisation in der flüssigen Phase bzw. auch als flüssige Phase vorliegen, so dass die Farbmittel, insbesondere Pigmente, sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe, wie Ladungs- steuerungsstoffe, mit den Monomeren bzw. Oligomeren einerseits gleichmäßig vermengt werden können, während die Viskosität der flüssigen Phase andererseits so eingestellt werden kann, dass aus der entstehenden Dispersion durch geeignete Verfahren, wie dem InkJet-Verfahren oder dem Bubblejet-Verfahren, Tröpfchen mit definierter Tröpfchengröße hergestellt werden können. Hierbei hat es sich als besonders vor- teilhaft erwiesen, wenn der angesprochenen flüssigen Farbe zur Viskositätssteuerung und zur Optimierung der Verfahrensabläufe eine flüchtige Flüssigkeit, insbesondere leicht flüchtige Flüssigkeit, beigegeben wird. Der Anteil dieses leicht flüchtigen Lö-. sungsmittels liegt vorzugsweise bei weniger als 15 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-%. Hierbei handelt es sich bevorzugt um inerte Flüssigkeiten, die auf die ge- wünschten chemischen Reaktionen keinen negativen Einfluss haben. Diese Lösungsmittel sind in der Lage, die monomeren und/oder oligomeren Ausgangsmaterialien und auch das bereits daraus entstandene Polymer zumindest teilweise zu lösen. Dabei wird das Lösungsmittel zumindest teilweise beim Aushärten verdampft, wodurch die Polymerisation beschleunigt wird. Das Verdampfen erfolgt vorzugsweise unter Zufuhr von Energie, insbesondere Wärmeenergie, kann aber auch von selbst stattfinden oder durch Unterdruck oder ein Gebläse beschleunigt werden. Ein Lösungsmittel begünstigt zudem eine Durchmischung der monomeren und/oder Oligomeren mit dem oder den Farbmitteln und den Zusatzstoffen, so dass eine Auswahl der Ausgangsstoffe weniger kritisch ist und eine Durchmischung schneller und kostengünstiger erfolgen kann. Von besonderem Vorteil ist es, wenn man als leicht flüchtiges Lösungsmittel eine Mischung aus Wasser und einem niedrig-siedenden Alkohol, wie insbesondere Isopropylalkohol und/oder Isobutanol, einsetzt. Geeignet sind jedoch beispielsweise auch Ketone, insbesondere Aceton und Methyl ethylketon. Bevorzugt liegt der Siedepunkt dieser gegebenenfalls zusätzlich eingesetzten inerten Lösungsmittel unter 125°C, insbesondere unter 100°C.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, eine gezielte und definierte Polymerisationsreaktion der Monomeren und/oder Oligomeren in der Dispersion durch Bestrahlen mit elektromagnetischen Wellen, wie UV-Strahlen, oder Elektronen zu bewirken. Hierdurch ist es möglich, dass die Monomeren und/oder Oligomeren einerseits beim Vermengen mit den Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, und den Zusatzstoffen noch nicht oder allenfalls geringfügig mit einer Vernetzung untereinander beginnen, während andererseits unmittelbar nach der Tröpfchenbildung zwischen den Monomeren bzw. Oligomeren im jeweiligen Tröpfchen, ausgelöst durch das Bestrahlen, definierte Polymerisationsreaktionen ausgelöst werden.
Um besonders vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen, ist es sinnvoll, in Abhängigkeit von der Art der jeweils ausgewählten Monomeren und Oligomeren, die Dosis der elektro- magnetischen Wellen entsprechend einzustellen. So hat es sich gezeigt, dass die Dosis bei den UV-Strahlen vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 3,5 J/cm2, insbesondere von 1,0 bis 2,0 J/cm2, liegt. Bei einer Elektronenstrahlenbehandlung liegt die Strahlendosis vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 500 kJ/m2 , insbesondere von 10 bis 300 kJ/m2. Im Allgemeinen ist es von Vorteil, das Bestrahlen zunächst mit UV-Strahlen vor- zunehmen und erst zum Abschluss der Reaktion durch Elektronenstrahlung zur weitergehenden und abschließenden Härtung eine Elektronenstrahl-Behandlung vorzunehmen, um die Polymeren-Matrix in den weitgehend duroplastischen oder hochtempera- tur-thermoplastischen Zustand zu überführen. In den meisten Fällen ist es hinlänglich, wenn die Polymerisation durch die angesprochene Bestrahlung mit elektromagneti- sehen Wellen initiiert und fortgeführt wird. Dennoch hat es sich in Einzelfällen gezeigt, dass die Einverleibung von Initiatoren den Polymerisationsablauf begünstigt.
Initiatoren stehen im Zusammenhang mit der Polymerisation im Sinne der Erfindung, um chemische Reaktionen zu starten (initiieren) und während des Initiierungsschrittes verbraucht zu werden, zum Teil unter Einbau der Initiatoren (Fragmente) in die entstehenden Verbindungen. Sie finden breite Anwendung bei Polymerisationsreaktionen. Hierbei wird aus dem Initiator durch chemische, thermische oder photochemische Reaktion eine aktive Spezies erzeugt, die mit einem Monomer-Molekül zu einem Produkt reagiert, an das eine große Zahl weiterer Monomer-Moleküle angelagert wird. Zu den Initiatoren zählen z.B. Azo-Verbindungen, Peroxide, Hydroperoxide und Perester, ferner sogenannte Redox-Initiatoren, Systeme aus oxidierenden und reduzierenden Komponenten, z.B. Wasserstoffperoxid/Eisen (II-Ionen), bei deren Reaktion Radikale erzeugt werden. Da viele Monomere auch ohne Initiator-Zusatz spontan polymerisieren können, beispielsweise auch durch Behandlung mit elektromagnetischen Wellen, die Initiatoren in diesen Fällen also quasi nur beschleunigend wirken, werden sie häufig auch als Beschleuniger bezeichnet.
Um die Eigenschaften des Tonerpulvers an den jeweiligen Anwendungszweck anpassen zu können, ist es von Vorteil, die einzelnen Tonerpartikel mit geeigneten Zusatzstoffen, wie Ladungssteuerungsmitteln, Vernetzungshilfsmitteln, Kettenübertragungsmitteln auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren aus zu starten, so dass diese in die poly- merisierten Tonerpartikel eingebunden sind. Es ist auch möglich, einzelne dieser Zusatzstoffe erst nach dem Aushärten der Tonerpartikel, beispielsweise durch Vermischen oder Besprühen, auf die Oberflächen der Tonerpartikel aufzutragen. Des Weiteren können der Dispersion aus Monomeren und/oder Oligomeren sowie Pigmenten zusätzliche Farbstoffe beigemengt werden, um die Brillanz der Tonerpartikel zu erhöhen, die gleichfalls in die Polymer-Matrix der Tonerpartikel eingebunden sind.
Bezüglich der eingesetzten Farbmittel, insbesondere der Pigmente, unterliegt die vorliegende Erfindung keiner relevanten Beschränkung. Zudem können auch Farbstoffe herangezogen werden. Es kann sich bei den Farbmitteln um organische Pigmente und/oder anorganische Pigmente handeln. Als anorganische Pigmente kommen beispielsweise Titandioxide, Zinksulfid, Eisenoxide, Chromoxide, Nickel- oder Chromanti- montitanoxide, Kobaltoxide und Bismuthvanadate in Betracht. In Einzelfällen ist es möglich, mit Vorteil allein Farbstoffe ohne den Einschluss von Pigmenten heranzuziehen. Die Farbstoffe, die gegebenenfalls herangezogen werden, können der Feinregulierung im Hinblick auf gewünschte Farbtöne dienen. Prinzipiell unterscheidet man bei den Farbpigmenten die anorganischen Farbpigmente, die organischen Farbpigmente und die Effektpigmente. Unter den organischen Farbpigmenten werden bevorzugt bei den Magenta-Pigmenten Ca-Iaked Azo, Quinacridone, bei den Cyan-Pigmenten Phtha- locyanine und bei den gelben Pigmenten Diarylid, Monoazo und Isoindolin, Benzimida- zolon und Azocondensationsprodukt sowie Naptholrot verwendet. Organische Farbpigmente lassen sich auch nach den wesentlichen Hauptklassen wie folgt gliedern: Azo- pigmente, polyzyclische Pigmente sowie Pigmente auf Phthalocyanin-Basis. Bei den Farbstoffen kann auch eine Unterscheidung nach natürlichen und synthetischen Farbstoffen erfolgen. Zu den bekanntesten synthetischen Farbstoffen zählen: Phthalocyani- ne, Triphenylmethane, Anthraquinone (Cyan/Blau), Monoazo/Disazo (Magenta/Rot), Tartrazine (Gelb), Xanthene, Disazo/Polyazo, Azo/metal complexes
(Schwarz) sowie Ruß (Schwarz).
Die verwendeten Farbmittel, insbesondere Pigmente, sollen möglichst feinteilig sein, wobei bevorzugt 95% und insbesondere 99% der Farbmittelpartikel eine Teilchengröße von gleich oder kleiner 500 nm besitzen sollten. Die mittlere Teilchengröße liegt vorzugsweise bei einem Wert von weniger als 200 nm. In Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, kann sich die Morphologie der Farbmittel bzw. Pigmentteilchen sehr stark unterscheiden. Um ein günstiges Viskosi- tätsverhalten der angesprochenen Tröpfchendispersion zu erhalten, sollten die Teilchen bevorzugt kugelförmige Gestalt besitzen.
Bei der Zusammenstellung der Ausgangsmaterialien für die Dispersion feinster Tröpfchen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt und in die Tonerpar- tikel überführt werden, ist es vorteilhaft, die Viskosität in einen optimalen Rahmen zu stellen. Die Viskosität liegt in Abhängigkeit von der Temperatur, mit der die feinsten Tröpfchen in den Bereich, in dem die elektromagnetischen Wellen auf sie einwirken, im Allgemeinen zwischen etwa 1 und 50 mPas, insbesondere zwischen 5 und 30 mPas. Dieser Viskositätsbereich begünstigt vielfältige Abläufe. Ist die Viskosität zu hoch, dann bedeutet das einen höheren technischen Aufwand. Andererseits bedeutet die Einhaltung dieses Viskositätsrahmens, dass sich das Verfahrenserzeugnis in vorteilhafter Form ausbildet, so beispielsweise die fertigen Tonerpartikel die wünschenswerte Größe, Form und Einheitlichkeit haben. Die vorteilhafte Viskositätssteuerung kann, wie vorstehend bereits angesprochen, durch die Einbeziehung einer leicht siedenden Flüs- sigkeit erfolgen.
Auf die erfindungsgemäße Weise wird es erreicht, dass aus der Dispersion vor der Polymerisation Tröpfchen mit hoher Wiederholgenauigkeit und definierter Tröpfchengröße erzeugt werden können, während eine Polymerisationsreaktion der Monomere und Oligomere in den erzeugten Tröpfchen unmittelbar nach dem Austritt aus einem entsprechenden Tröpfchenerzeuger durch das Bestrahlen ausgelöst wird und die Tröpfchen in ihrer Tröpfchenform „eingefroren" werden, so dass jedes ausgehärtete Tröpfchen ein Tonerpartikel des Tonerpulvers bildet. Dabei ist durch exaktes Einstellen der Wellenlänge und Intensität der elektromagnetischen Wellen bzw. der Elektronenstrahl- dichte der Elektronen eine sehr genaue Einstellung des Vernetzungsgrades der Monomeren und/oder Oligomeren während der Polymerisationsreaktion möglich, wodurch wiederum das Druckergebnis bei der späteren Verwendung des Tonerpulvers gezielt vorgegeben werden kann.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Tonerpartikel zeichnen sich insbesondere durch eine gleichbleibende und konstante Partikelgröße aus. Ferner zeigen die ausgehärteten Tonerpartikel eine zumindest annähernd gleichmäßige Kugelform, da die Tröpfchen vor der Polymerisationsreaktion aufgrund der Oberflächenspannung der Dispersion zumin- dest annähernd Kugelform aufweisen und die Tröpfchen durch die von außen bewirkte Polymerisationsreaktion in dieser Kugelform eingefroren werden, wobei sich eine besonders glatte Oberfläche am fertigen Tonerpartikel ausbildet.
Die Polymerisation im Rahmen der Erfindung wird unter Einbeziehung sämtlicher rele- vanter Parameter, beispielsweise der Bestrahlungsdauer und Bestrahlungsstärke, so gesteuert, dass vorzugsweise das zahlengemittelte Molekulargewicht des erhaltenen Polymerisationsproduktes 3000 bis 500 000 beträgt, während das gewichtsgemittelte Molekulargewicht vorzugsweise zwischen etwa 5000 und 2 000 000 liegt.
Weitere Vorteile der Erfindung bzw. Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Variante A ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den zugeordneten Unteransprüchen und Figuren.
Wie zuvor bereits angesprochen wurde, basiert die Erfindung insbesondere auf dem Gedanken, möglichst gleichmäßige feinste Tröpfchen mit definierter Tröpfchengröße in kurzer Zeit zu erzeugen. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Verwendung eines Tröpfchenerzeugers, der zum Erzeugen der Dispersionströpfchen eine Vielzahl von Düsen aufweist, denen nach dem Prinzip eines Inkjets-Druckkopfes jeweils ein thermo- elektrischer oder piezoelektrischer Wandler zugeordnet ist. So wird beim Piezo-Inkjet- Verfahren mit Hilfe des piezoelektrischen Wandlers der Düsenkanal der jeweiligen Düse kurzzeitig so stark kontrahiert, dass ein Dispersionströpfchen aus der Düse ausgestoßen wird. Beim Bubble-Inkjet- Verfahren wird mit Hilfe des thermoelektrischen Wandlers die in einem der jeweiligen Düse zugeordneten Düsenkanal enthaltene Dispersion soweit erwärmt, dass schlagartig eine Gasblase in der Dispersion entsteht, welche zu einem Ausstoßen eines Dispersionströpfchens aus der Düse führt.
Derartige thermoelektrische oder piezoelektrische Wandler, die beispielsweise bei Ink- jet-Druckern Verwendung finden, zeichnen sich durch eine äußert präzise Einstellung der Tröpfchengröße mit sehr hoher Wiederholgenauigkeitsrate aus, so dass über eine langen Zeitraum feinste Tröpfchen definierter Tröpfchengröße aus dem Tröpfchener- . zeuger ausgestoßen werden können. Zum Einstellen der Dispersionsmenge pro zu erzeugendem Tröpfchen werden diese Wandler elektrisch angesteuert, um die Tröpfchen auszustoßen, während die Dispersion den Düsen aus einem Dispersionsreservoir zugeführt wird.
Es hat sich gezeigt, dass sich als Tröpfchenerzeuger besonders gut ein Piezo-Inkjet- Druckkopf eignet, welcher beispielsweise zur Herstellung großflächiger Ausdrucke zum Einsatz kommt. Der Piezo-Inkjet-Druckkopf ist hierzu in einer Halterung fest eingebaut, mit einem Dispersionsreservoir verbunden und spritzt die Tröpfchen auf eine entsprechend vorgesehene Auffangeinrichtung, beispielsweise ein Förderband, auf. Die Tröpfchengröße der ausgestoßenen feinsten Tröpfchen wird vorzugsweise durch Modulation der Stromversorgung der Wandler gesteuert: Der Tröpfchenausstoß des Tröpfchener- zeugers pro Sekunde und Düse liegt in einem Bereich von 1 000 bis 50 000 Hz, damit eine ausreichende Menge an Tröpfchen erzeugt werden kann.
Durch vertikales Ausstoßen der flüssigen Tröpfchen aus den Düsen kann die Flugbahn der Tröpfchen gezielt verlängert werden, damit die Tröpfchen möglichst lange getrennt voneinander vorliegen und gleichmäßig von der in dem Raum, in den sie ausgestoßen werden, herrschenden Atmosphäre umgeben sind. Hierdurch wird bereits ein zumindest anfängliches Aushärten oder Erstarren der aus den Tröpfchen entstehenden Tonerpartikel erreicht, bevor sich diese nach dem Ausstoß sammeln. Um die Flugdauer der Tröpfchen weiter zu verlängern, wird ferner vorgeschlagen, die Tröpfchen in ein elektrisches Feld auszustoßen, in welchem sie, zumindest kurzfristig, in einem Schwebezustand gehalten werden, sofern die Tröpfchen zuvor elektrisch geladen wurden.
Zum Auslösen und zur positiven Beeinflussung der Polymerisationsreaktion zwischen den Monomeren und/oder Oligomeren in den Tröpfchen, werden die Tröpfchen vor- zugsweise mit UV-Strahlen oder mit Elektronenstrahlen bestrahlt. Insbesondere das Bestrahlen der Tröpfchen mit UV-Strahlen hat den Vorteil, dass durch Einstellen einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereiches sowie der Intensität der UV-Strahlen die Polymerisationsreaktionen zwischen den Monomeren und/oder Oligomeren gezielt eingestellt und beeinflusst werden kann, so dass ein definierter Vernetzungsgrad im Polymer des fertigen Tonerpartikels bei seiner Herstellung vorgegebenen und das einzelne Tonerpartikel an seinen gewünschten Einsatzbereich gezielt angepaßt werden kann. Um eine Agglomeration der erzeugten Tröpfchen zu verhindern, wird bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die ausgestoßenen feinsten Tröpfchen elektrostatisch aufzuladen, so dass sie sich gegenseitig durch ihre Ladungen abstoßen. Die elektrostatische Aufladung erfolgt vorzugsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes an der Austrittsöffnung des Tröpfchenerzeugers, durch das die Tröpfchen beim Ausstoßen, hindurchfliegen. Ferner können die Tröpfchen auch unmittelbar bei ihrer Erzeugung elektrostatisch aufgeladen werden. Sollten im Einzelfall doch Agglomerate anfallen, dann lassen sich diese leicht durch mechanische Einwirkung zerstören, beispielsweise durch einfaches Vermählen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäße Verfahrens wird vorgeschlagen, die Tröpfchen, die bereits teilweise verfestigten Tonerpartikel oder die festen Tonerpartikel auf ein sich vorzugsweise mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Förderband zu lenken, auf welchem sie großflächig verteilt werden, um den Verfesti- gungsprozess zu vollziehen oder abzuschließen. Die verfestigten Tonerpartikel werden anschließend von dem Förderband abgekehrt oder abgestrichen und anschließend der weiteren Verarbeitung zugeführt. Um den Polymerisationsvorgang in den Tröpfchen und Tonerpartikeln zusätzlich zu beschleunigen und zu beeinflussen, wird bei dieser Verfahrensvariante ferner vorgeschlagen, das Förderband durch geeignete Einrichtungen zu beheizen oder zu bestrahlen, damit die Tröpfchen auf ein vorgewärmtes Förderband auftreffen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, das Förderband im Falle elektrostatisch geladener Tonerpartikel bzw. elektrostatisch geladener Tröpfchen diesen gegenüber gegenpolig aufzuladen. Durch das Aufladen des Förderbandes wird erreicht, dass sich die ausgestoßenen Tröpfchen auf dem Förderband gleichmäßig niederschlagen. Durch Umkehrung der Ladungspolung des Förderbandes oder durch Vorbeiführen des Förderbandes an einem stärker geladenen Sammler, beispielsweise einer geladenen Trommel, ist es ferner möglich, die am Förderband anhaftenden Tonerpartikel nach dem Verfestigen vom Förderband zu lösen und der weiteren Verarbeitung zuzuführen. Alternativ wird vorgeschlagen, die Tröpfchen während ihres Fluges, beispielsweise im freien Fall, soweit aushärten zu lassen, dass sie bereits zumindest teilweise polymerisiert in einen Auffangbehälter gelangen oder auf ein Förderband auftref- fen. Ferner ist es denkbar, elektrostatisch aufgeladene Tröpfchen durch Anlegen eines elektrischen Feldes in einem Schwebzustand zu halten, in dem die Tröpfchen so lange gehalten werden, bis sie zumindest teilweise polymerisiert sind.
Die Tröpfchengröße der aus dem Tröpfchenerzeuger ausgestoßenen feinsten Tröpf- chen wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Teilchengröße der erhaltenen Tonerpartikel zwischen etwa 2 und 9 μm, insbesondere zwischen etwa 4 und 7 μm, liegt. Wie es sich gezeigt hat, ist es durch die zuvor beschriebene exakte Einstellung der Tröpfchengröße möglich, die Partikelgröße der fertigen Tonerpartikel so einzustellen, dass die Herstellung von Tonerpulver mit Tonerpartikeln möglich ist, bei dem nahezu alle Tonerpartikel zumindest annähernd die gleiche Partikelgröße aufweisen. Hierdurch kann nicht nur das bei den bekannten Verfahren bisher notwendige Klassieren der Tonerpartikel entfallen. Darüber hinaus geht die Ausschussmenge an Tonerpartikeln mit zu geringer oder zu großer Partikelgröße gegen Null, wodurch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einen weitreichenden ' wirtschaftlichen Vorteil gegenüber den bisher bekannten Verfahren bietet. Ferner ist der Energieeinsatz verglichen mit den bekannten Verfahren, insbesondere dem sehr energieintensiven, zuvor beschriebenen Extrudieren von Polymergranulaten und Mahlen der Polymergranulate zu Tonerpartikeln, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich geringer, wodurch dessen hohe Wirtschaftlichkeit vor allem bei der großindustriellen Herstellung von Tonerpulver einen weiteren wesentlichen Vorteil bietet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage gemäß Anspruch 20 zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers aus in mindestens einem Polymer eingebundenen Pigmenten gebildet sind. Die erfin- dungsgemäße Anlage weist hierzu einen Vorratsbehälter für eine Dispersion aus Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, in einer flüssigen Phase von Monomeren und/oder Oligomeren, welche als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen, einen mit dem Vorratsbehälter verbundenen Tröpfchenerzeuger mit einer Vielzahl von Düsen zum Erzeugen feinster Dispersionströpfchen weitgehend definierter Tröpfchen- große sowie eine Bestrahlungseinrichtung auf, welche zum Bestrahlen der vom Tröpfchenerzeuger erzeugten Dispersionströpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen, vorzugsweise zum Bestrahlen mit UV-Licht oder Elektronenstrahlen, dient.
Bei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist jeder Düse des Tröpfchenerzeugers ein piezoelektrischer oder ein thermoelektrischer Wandler zugeordnet, mit dem in einem der jeweiligen Düse zugeordneten Düsenkanal ein Druckimpuls durch Kontraktion oder Erwärmen erzeugt wird, durch welchen ein Tröpfchen definierter Größe aus der Düse ausgestoßen wird. Zum Ansteuern der Wandler sind diese, um eine gleichmäßige Tröpfchenbildung zu gewährleisten, zumindest gruppenweise zusammengefasst, mit einer elektrischen Steuerung verbunden. Mit Hilfe der Steuerung werden Spannungsimpulse zum Betätigen der Wandler erzeugt, wobei durch Veränderung der Spannungsamplitude die Tröpfchengröße definiert eingestellt und durch Ändern der Impulsanzahl pro Zeiteinheit die Tröpfchenanzahl pro Zeiteinheit vorgegeben werden kann. Als besonders vorteilhaft zur Tröpfchenerzeugung hat sich die Verwendung eines herkömmlichen Inkjet-Druckkopfes als Tröpfchenerzeuger gezeigt. Derartige Inkjet-Druckköpfe zeichnen sich durch eine sehr hohe Lebensdauer und eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit aus. Ferner kann die Tröpfchengröße sehr genau eingestellt werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, in die Anlage eine Mischeinrichtung zum Dispergieren der Pigmente in der flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/Oder Oligomeren zu integrieren. Diese Mischeinrichtung kann entweder als separate Einheit vorgesehen sein, in der getrennt von der Tröpfchenerzeugung die Dispersion gemischt wird. Oder die Mischeinrichtung ist mit dem Vorratsbehälter des Tröpfchenerzeugers verbunden. Hierbei ist es auch denkbar, dass mehrere Vorratsbehälter von mehreren Tröpfchenerzeugern gleichzeitig von einer gemeinsamen Mischeinrichtung versorgt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage werden die Tröpfchen auf ein sich vorzugsweise mit großer Geschwindigkeit an den Düsen vorbeibewegendes Förderband aufgespritzt. Die Verwendung eines Förderbandes hat den Vorteil, dass das Polymerisieren der Monomeren und/oder Oligomeren in den Tröpfchen zeitlich entkoppelt vom Ausstoßen aus den Düsen erfolgen kann, in dem die am Förderband anhaftenden Tröpfchen vom Standort des Tröpfchenerzeugers wegtransportiert werden. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist es ferner von Vorteil, die Bestrahlungseinrichtung entlang der Förderstrecke des Förderbandes anzuordnen und die auf dem Förderband aufliegenden Dispersionströpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen zu bestrahlen. Auf diese Weise kann der Polymerisationsvorgang in den einzelnen Tröpfchen besonders genau eingestellt und vorgegeben werden, so dass die die späteren Tonerpartikel bildenden Tröpfchen besonders gleichmäßig und einheitlich polymerisieren.
Alternativ wird vorgeschlagen, die Bestrahlungseinrichtung dem Tröpfchenerzeuger unmittelbar nachgeordnet anzuordnen, so dass die Dispersionströpfchen bereits beim Austreten aus dem Tröpfchenerzeuger bestrahlt und zur Polymerisation angeregt werden können. Anstelle der Verwendung eines Förderbandes ist es auch möglich, die Tröpfchen in einen geschlossenen Bestrahlungsraum auszustoßen, in den die Bestrahlungseinrichtung einstrahlt. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn der Herstellungsvorgang nach außen abgekapselt werden soll.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft der Erfindung gemäß Anspruch 29 Tonerpulver mit Tonerpartikeln, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind.
Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Variante A unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Tonerpulver,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch einen Düsenkörper eines in der Anlage verwendeten Inkjet-Druckkopfes,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Düsenkörpers unmittelbar vor dem Ausstoßen des Dispersionströpfchens, und Fig. 4 eine schematische Schnittansicht des Düsenkörpers beim Ausstoßen eines Dispersionströpfchens und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Tonerpulver.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage 10 zur Herstellung von Tonerpulver. Die Anlage 10 hat einen Vorratsbehälter 12, in welchem eine Dispersion 16 enthalten ist, die aus den die Ausgangsstoffen für die einzelnen Tonerpartikel 14, nämliche Monomeren und/oder Oligomeren, in flüssiger Phase, mit Pigmenten sowie gegebenenfalls weiteren Farbstoffen, oberflächenwirksamen Additiven, Ladungssteuerungsstoffen und ähnlichen Substanzen gebildet ist. Um eine möglichst gleichmäßige Durchmischung der entstehenden Dispersion 16 zu erreichen, werden die Monomere und/oder Oligomere, die Pigmente sowie die Zusatzstoffe mit einer nicht dargestellten Mischeinrichtung miteinander vermengt.
Nahe dem Boden des Vorratsbehälters 12 der ist ein Auslass 18 vorgesehen, der über ein Leitungssystem 20 mit einem als Tröpfehenerzeuger dienenden Inkjet-Druckkopf 22 in Verbindung steht. Der Aufbau und die Funktionsweise des Inkjet-Druckkopfes 22 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 kurz erläutert.
Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen, hat der Inkjet-Druckkopf 22 einen aus einem Piezomaterial gefertigten Düsenkörper 24, in dem eine Vielzahl parallel nebeneinander verlaufender Düsenkanäle 26 ausgebildet ist, welche mit dem Auslass 18 des Vorratsbehälters 14 über einen nicht dargestellten Verteiler in Strömungsverbindung stehen. An der Stirnseite des Düsenkörpers 24 ist eine Düsenplatte 28 befestigt, in welcher Düsenöffnungen 30 für jeden zweiten Düsenkanal 26 vorgesehen sind. Jedem Düsenkanal 26 sind jeweils zwei vier Elektroden 32 zugeordnet. Die Elektroden 32 sind mit einer nicht dar- gestellten Steuerung verbunden.
Im Ruhezustand, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, verlaufen die Düsenkanäle 26 parallel zueinander. Wird nun an die Elektroden 32 eines Düsenkanals 26 eine Spannung angelegt, bewirkt die Spannung eine Verformung der den Düsenkanal 26 begrenzenden Wände 34, wie es die Fig. 3 zeigt, die zu einer Volumenvergrößerung des Düsenkanals 26 führt, so dass eine geringe Menge zusätzlicher Dispersion aus dem Auslass 20 in den Düsenkanal 26 einströmen kann. Wird die an den Elektroden 32 anliegende Spannung abgeschaltet, nehmen die Wände 34 wieder ihre ursprüngliche Ausgangsla- ge ein, wie Fig. 4 zeigt, wodurch das Volumen des Düsenkanals 26 wieder vermindert wird. Dabei wird aus der offenen Düsenöffnung 30 ein Dispersionströpfchen 36 ausgestoßen. Durch entsprechendes Einstellen und Modulieren der Spannung an den Elektroden 32, beispielsweise Verändern der Spannungsamplitüde der Spannungsimpulse oder der Impulsanzahl pro Zeiteinheit, kann auf sehr einfache und sehr exakte Weise die Tröpfchengröße des Dispersionströpfchens 36 sowie die Anzahl zu erzeugender Dispersionströpfchen 36 eingestellt und vorgegeben werden.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, treffen die aus dem Inkjet-Druckkopf 22 austretenden Dispersionströpfchen 36 auf ein mit hoher Geschwindigkeit am Druckkopf 22 sich vorbeibe- wägendes Förderband 38 auf. Die Geschwindigkeit des Förderbandes 38 ist dabei so der austretenden Menge an Dispersionströpfchen 36 angepaßt, dass die Tröpfchen in einer Fläche nebeneinander und hintereinander auf der Oberfläche des Förderbandes 38 aufliegen.
In Transportrichtung T des Förderbandes 38 gesehen, dem Druckkopf 22 nachgeordnet, ist eine Bestrahlungseinrichtung 40 vorgesehen, welche die auf dem Förderband 38 aufliegenden Dispersionströpfchen 36 mit UV-Licht eines vorgegebenen, definierten Wellenlängenbereiches und einer definierten Strahlungsintensität bestrahlt. Durch das Bestrahlen der Dispersionströpfchen 36 mit UV-Licht wird zwischen den Monomeren und/oder Oligomeren in den Dispersionströpfchen 36 eine Polymerisationsreaktion ausgelöst, wobei durch den eingestellten Wellenlängenbereich und die Strahlungsintensität des UV-Lichtes der Vernetzungsgrad des ausgehärteten Polymers definiert eingestellt werden kann. Nach dem Polymerisieren bilden die ausgehärteten Dispersionströpfchen 36 die Tonerpartikel 12 des Tonerpulvers. Am Ende des Förderbandes 38 ist eine Sammeleinrichtung 42 angeordnet, welche die einzelnen Tonerpartikel 12 vom Förderband 38 aufnimmt und in einen Sammelbehälter 44 leitet.
In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Anlage 10 gezeigt, die sich von dieser lediglich dadurch unterscheidet, dass die Bestrahlungsein- richtung 40 dem Inkjet-Druckkopf 22 nachgeordnet ist, so dass die aus dem Inkjet-Druckkopf 22 austretenden Dispersionströpfchen 36 unmittelbar nach ihrer Erzeugung mit UV-Licht bestrahlt werden und bereits im Flug zu polymerisieren beginnen. Die im Flug polymerisierenden Dispersionströpfchen 36 fallen anschließend auf das Förderband 38 und werdendurch dieses vom Inkjet-Druckkopf 22 wegtransportiert.
Die dargestellte Anlage 10 sowie deren Abwandlung stellen nur eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Tonerpulver dar. So ist es beispielsweise denkbar, anstelle des beschriebenen Inkjet-Druckkopfes 22 einen sogenannten Bubbiejet-Druckkopf einzusetzen. Des Weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, die Bestrahlungseinrichtung 40 zum Bestrahlen des Förderbandes 38 mit Elektronenstrahlen auszulegen. In diesem Fall müsste der Bestrahlungsbereich nach außen hin abgekapselt sein. Ferner kann durch statisches Aufladen der Dispersionströpfchen während deren Erzeugung sowie durch Anlegen eines elektrischen Feldes im Bereich des Druckkopfes ein Schweben der Dispersionströpfchen nach dem Austreten aus dem Druckkopf erreicht werden, so dass diese im Schwebzustand bestrahlt werden können und mit der Aushärtung beginnen.
Zur Variante B gemäß der Erfindung:
Die vorstehend formulierte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren bzw. eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver der eingangs genannten Art mit den Merkmalen der Patentansprüche 30 und 37 sowie durch Tonerpartikel gemäß Anspruch 40.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Tonerpulver, dessen einzelne Tonerpartikel mindestens ein Farbmittel, insbesondere mindestens ein Pigment, enthalten, welches in mindestens einem Polymer eingebunden ist, wird als Ausgangsstoff für das Polymer eine flüssige Phase auf Basis eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt, das mindestens eine Farbmittel wird in dieser flüssigen Phase dispergiert, die Dispersion auf eine Oberfläche aufgetragen, auf dieser mittels Polymerisation ausgehärtet und anschließend von der Oberfläche abgetragen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Variante B gehen aus den Unteransprüchen 31 bis 36 sowie der erfindungsgemäßen Anlage gemäß Variante B aus den Unteransprüchen 38 bis 39 hervor, worauf verwiesen sei.
Für die Herstellung des Tonerpulvers gegebenenfalls benötigte Zusatzstoffe wie Harze, Ladungssteuerungsstoffe, oberflächenwirksame Additive, Wachse, magnetische Materialien sowie weitere, die Eigenschaften steuernde Stoffe werden dabei vorzugsweise der flüssigen Phase beigemischt, vorzugsweise bevor das Farbmittel darin dispergiert wird. Der Begriff Dispersion ist im vorliegenden Zusammenhang breit zu deuten. Es kann sich dabei um eine heterogene Mischung zwischen einem festen oder flüssigen Farbmittel und der flüssigen Phase handeln. Im Allgemeinen wird aber eine homogene Mischung vorliegen, bei welcher sich das Farbmittel in der flüssigen Phase löst bzw. dispergiert.
Da das Verfahren von einer/vorzugsweise bei Raumtemperatur, flüssigen Phase ausgeht, in welcher das mindestens eine Farbmittel dispergiert wird, entfällt die energie- und maschinenaufwendige Extrusion, die beim herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik notwendig ist. Somit kann Tonerpulver besonders kostengünstig hergestellt werden.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Dispersion ein Lösungsmittel, welches vorzugsweise in der Lage ist, das gebildete Polymer aufzulösen bzw. für die noch vorhandenen Monomere und/oder Oligomere ein Lösungsmittel zu sein. Das Lösungsmittel wird beim Aushärten zumindest teilweise verdampft, wodurch die Polymerisation beschleunigt wird. Das Verdampfen erfolgt vorzugsweise unter Zufuhr von Energie, insbesondere Wärmeenergie, kann aber auch von selbst stattfinden oder durch Unterdruck oder ein Gebläse beschleunigt werden. Ein Lösungsmittel begünstigt zudem eine Durchmischung der Monomere und/oder Oligo- mere mit dem oder den Farbmitteln und den Zusatzstoffen, so dass eine Auswahl der Ausgangsstoffe weniger kritisch ist und eine Durchmischung schneller und kostengünstiger erfolgen kann. Zur Vermeidung weitgehender Wiederholungen sei auf die vorstehenden Ausführungen zum Einsatz eines Lösungsmittels im Zusammenhang mit der Variante A verwiesen. Im vorliegenden Zusammenhang ist zu beachten, dass das Monomer und/oder Oligo- mer vorteilhaft ebenfalls Lösungsmitteleigenschaften aufweist, um eine Dispergierung des Farbmittels und/oder der Zusatzstoffe zu erleichtern bzw. verbessern. Unter dem Lösungsmittel ist somit ein zusätzlich zum Monomer und/oder Oligomer zugegebenes Lösungsmittel zu verstehen, welches unabhängig vom Monomer und/oder Oligomer verdampft werden kann.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dispersion mit einer Auftragungsdicke auf die Oberfläche aufgetragen, die zumindest annähernd einem Durchmesser der herzustellenden Tonerpartikel entspricht. Vorzugsweise wird dabei berücksichtigt, ob die Dispersion beim Aushärten schrumpft oder sich ausdehnt, und je nachdem mit einer Auftragungsdicke gearbeitet, die Größer bzw. kleiner ist als der Durchmesser der herzustellenden Tonerpartikel. Vorzugsweise wird die Dispersion dabei im Wesentlichen vollflächig auf die Oberfläche aufgetragen und nach dem Abtragen zerkleinert, vorzugsweise vermählen. Unter „im Wesentlichen voll- flächig" ist im vorliegenden Zusammenhang zu verstehen, dass ein überwiegender Teil der Oberfläche, vorzugsweise mehr als 80 Prozent, mit der Dispersion bedeckt wird. Eine flächendeckende, lückenfreie Auftragung ist hingegen nicht unbedingt erforder- lieh. Aufgrund der Auftragungsdicke entsteht nach dem Ablösen von der Oberfläche ein flächiges Zwischenprodukt, dessen Abmessungen in einer Richtung bereits denen der herzustellenden Tonerpartikel entsprechen. Dieses flächige Zwischenprodukt wird in einem weiteren Verfahrensschritt zerkleinert, um Tonerpartikel mit dem gewünschten Durchmesser zu erhalten. Dies geschieht vorzugsweise durch Vermählen. Aufgrund der bereits korrekten Abmessungen in einer Richtung kann die Zerkleinerung unter weitaus geringerem Energieeinsatz und Maschinenverschleiß erfolgen, als dies bei einer vollständigen Zerkleinerung eines voluminösen Zwischenproduktes der Fall wäre, wie es bei einem herkömmlichen Verfahren anfällt.
In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dispersion in Form von isolierten Tröpfchen auf die Oberfläche aufgetragen. Dabei wird ein mittlerer Tröpfchendurchmesser so gewählt, dass er zumindest näherungsweise einem Partikeldurchmesser der herzustellenden Tonerpartikel entspricht. Vorzugsweise wird auch hier berücksichtigt, ob die Dispersion beim Aushärten schrumpft oder sich ausdehnt, und je nachdem mit einem mittleren Tröpfchendurchmesser gearbeitet, der Größer bzw. kleiner ist als der Durchmesser der herzustellenden Tonerpartikel, so dass vorzugsweise nach dem Aushärten die Tonerpartikel in der gewünschten Größe entstehen. Bei dieser Vorgehensweise entfällt die Notwendigkeit des Mahlprozesses vollständig, so dass das Tonerpulver besonders effizient und kostengünstig hergestellt werden kann.
Dabei ist es zur Erzeugung möglichst gleichmäßiger, feinster Tröpfchen mit definierter Tröpfchengröße in kurzer Zeit besonders vorteilhaft, einen Tröpfchenerzeuger zu ver- wenden, der zum Erzeugen der Dispersionströpfchen eine Vielzahl von Düsen aufweist, denen nach dem Prinzip eines Tintenstrahl-Druckkopfes jeweils ein piezoelektrischer oder thermoelektrischer Wandler zugeordnet ist. So wird beim Piezo-Tintenstrahl- Verfahren mit Hilfe des piezoelektrischen Wandlers der Düsenkanal der jeweiligen Düse kurzzeitig so stark kontrahiert, dass ein Dispersionströpfchen aus der Düse ausgesto- ßen wird. Beim sogenannten Bubble-Tintenstrahl-Verfahren wird mit Hilfe des thermo- elektrischen Wandlers die in einem der jeweiligen Düse zugeordneten Düsenkanal enthaltene Dispersion soweit erwärmt, dass schlagartig eine Gasblase in der Dispersion entsteht, welche zu einem Ausstoßen eines Dispersionströpfchens aus der Düse führt.
Derartige thermoelektrische oder piezoelektrische Wandler, die beispielsweise bei Tintenstrahl-Druckern Verwendung finden, zeichnen sich durch eine äußerst präzise Einstellung der Tröpfchengröße mit sehr hoher Wiederholgenauigkeit aus, so dass über eine langen Zeitraum feinste Tröpfchen definierter Tröpfchengröße aus dem Tröpfchenerzeuger ausgestoßen werden können. Zum Einstellen der Dispersionsmenge pro zu erzeugendem Tröpfchen werden diese Wandler elektrisch angesteuert, um die Tröpfchen auszustoßen, während die Dispersion den Düsen aus einem Dispersionsreservoir zugeführt wird. Zur Vermeidung weitgehender Wiederholungen wird auf die vorstehenden Ausführungen zum thermoelektrischen oder piezoelektrischen Wandler im Zusammenhang mit der Beschreibung der Variante A verwiesen.
Es hat sich gezeigt, dass sich als Tröpfchenerzeuger besonders gut ein Piezo- Tintenstrahl-Druckkopf eignet, welcher beispielsweise zur Herstellung großflächiger Ausdrucke zum Einsatz kommt. Der Piezo-Tintenstrahl-Druckkopf ist hierzu in einer Halterung fest eingebaut, mit einem Dispersionsreservoir verbunden und spritzt die Tröpfchen auf die Oberfläche, beispielsweise die Oberfläche eines Förderbands, auf. Die Tröpfchengröße der ausgestoßenen feinsten Tröpfchen wird vorzugsweise einen elektrischen Spannungsverlauf am Wandler gesteuert. Der Tröpfchenausstoß des Tröpfchenerzeugers pro Sekunde und Düse liegt in einem Bereich von 1 000 bis 50 000 Hz, damit eine ausreichende Menge an Tröpfchen erzeugt werden kann.
Um eine Agglomeration der erzeugten Tröpfchen zu verhindern, wird bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, die ausgestoßenen feinsten Tröpf- chen elektrostatisch aufzuladen, so dass sie sich gegenseitig durch ihre Ladungen abstoßen. Die elektrostatische Aufladung erfolgt vorzugsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes an der Austrittsöffnung des Tröpfchenerzeugers, durch das die Tröpfchen beim Ausstoßen hindurchfliegen. Ferner können die Tröpfchen auch unmittelbar bei ihrer Erzeugung elektrostatisch aufgeladen werden. Auch hierzu wird auf die vor- stehenden Ausführungen zur Variante A verwiesen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, die Oberfläche im Falle elektrostatisch geladener Tonerpartikel bzw. elektrostatisch geladener Tröpfchen diesen gegenüber gegenpolig aufzuladen. Durch das Aufladen des Förderbandes wird erreicht, dass sich die ausge- stoßenen Tröpfchen auf der Oberfläche gleichmäßig niederschlagen. Durch Umkehrung der Ladungspolung der Oberfläche oder durch Vorbeiführen der Oberfläche an einem stärker geladenen Sammler, beispielsweise einer geladenen Trommel, ist es ferner möglich, die an der Oberfläche anhaftenden Tonerpartikel nach dem Verfestigen von der Oberfläche zu lösen und der weiteren Verarbeitung zuzuführen.
Die Tröpfchengröße der aus dem Tröpfchenerzeuger ausgestoßenen feinsten Tröpfchen wird so eingestellt, dass die Teilchengröße der erhaltenen Tonerpartikel zwischen etwa 2 und 9 μm, insbesondere zwischen etwa 4 und 7 μm, liegt. Wie es sich gezeigt hat, ist es durch die zuvor beschrieben exakte Einstellung der Tröpfchengröße möglich, die Partikelgröße der fertigen Tonerpartikel so einzustellen, dass die Herstellung von Tonerpulver mit Tonerpartikeln möglich ist, bei dem nahezu alle Tonerpartikel zumindest annähernd die gleiche Partikelgröße aufweisen. Hierdurch kann nicht nur das bei den bekannten Ver- fahren bisher notwendige Klassieren der Tonerpartikel entfallen. Darüber hinaus geht die Ausschussmenge an Tonerpartikeln mit zu geringer oder zu großer Partikelgröße gegen Null, wodurch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einen weitreichenden wirtschaftlichen Vorteil gegenüber den bisher bekannten Verfahren bietet. Ferner ist der Energieeinsatz verglichen mit den bekannten Verfahren, insbesondere dem sehr energieintensiven, zuvor beschriebenen Extrudieren von Polymergranulaten und Mahlen der Polymergranulate zu Tonerpartikeln, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich geringer, wodurch dessen hohe Wirtschaftlichkeit vor allem bei der großindustriellen Herstellung von Tonerpulver einen weiteren wesentlichen Vorteil bietet.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung gemäß Variante B beruht darauf, eine gezielte und definierte Polymerisationsreaktion der Monomeren und/oder Oligomeren in der auf die Oberfläche aufgebrachten Dispersion durch Energiezufuhr, vorzugsweise durch Bestrahlen mit elektromagnetischen Wellen, wie UV-Strahlen, oder Elektronen zu bewirken. Bei geeigneter Wahl der Monomeren und/oder Oligomeren kann so erreicht werden, dass diese einerseits beim Vermengen mit den Pigmenten und den Zusatzstoffen noch nicht oder allenfalls geringfügig mit einer Vernetzung untereinander beginnen, während andererseits unmittelbar nach dem Aufbringen der Dispersion auf die Oberfläche zwischen den Monomeren bzw. Oligomeren, ausgelöst durch das Bestrahlen, definierte Polymerisationsreaktionen ausgelöst werden.
In Verbindung mit einer Bestrahlung mit UV-Strahlen eignen sich dabei besonders gut Monomere und/oder Oligomere, wie sie in an sich bekannten UV-härtenden Lacken verwendet werden.
Das Verfahren gemäß Variante B hat bezüglich der wesentlichen Merkmale eine weitgehende Übereinstimmung mit der Erfindung gemäß Variante A. Um hier eine unangemessene Wiederholung zu vermeiden, sei bezüglich der wesentlichen gemeinsamen Größen, vom Fachmann ohne Weiteres erkennbar, auf die vorausgehenden Darstellungen zur Variante A verwiesen, insbesondere dort zu sämtlichen Ausführungen zur Tröpfchengröße der feinsten Tröpfchen, zur Polymerisation, einschließlich aller detaillierten Einzelheiten, zu den Zusatzstoffen bei der Polymerisation, wie Ladungssteue- rungsmittein und dergleichen, zur Art der Farbmittel in Form der Farbstoffe und Pigmente, zu allen Einzelheiten der herangezogenen Dispersion, so zur Einstellung der geeigneten Viskosität, zu den Vorteilen, die sich durch die Verfahrensweise gemäß Va- riante A einstellen, so z.B. die Wiederholungsgenauigkeit, zu der Art der Bestrahlung, einschließlich der besonderen Ausführungen zu der Bestrahlungsstärke, zu den Molekulargewichten des erhaltenen Polymerisats, wobei sämtliche Einzelheiten des jeweiligen Abschnitts, in dem das angesprochene Merkmal erläutert wird, nach fachmännischem Verständnis gleichermaßen gelten sollen. Mit anderen Worten sollen nur dann die Merkmale und Maßnahmen, die im Zusammenhang mit der Variante A vorstehend beschrieben wurden, für die Variante B nicht gelten, wenn sie ersichtlich von deren Kerngedanken abweichen.
Schließlich ist Lösungsbestandteil der obigen Aufgabe eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmente, enthalten, wobei diese Anlage gekennzeichnet ist durch einen Vorratsbehälter für eine Dispersion aus Farbmitteln in einer flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren, die als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen, einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen Tröpfchenerzeuger mit einer Vielzahl von Düsen zum Erzeugen feinster Dispersionströpfchen definierter Tröpfchengröße und einer Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen der vom Tröpfchenerzeuger erzeugten Dispersionströpfchen mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen.
Auch hier entsprechen die relevanten Merkmale, die sich aus dieser Lehre ergeben, weitgehenden denjenigen, die vorausgehend im Zusammenhang mit der Variante A erläutert wurden. Der Fachmann wird erkennen, welche Merkmale bzw. Maßnahmen sich hier nicht verwirklichen lassen.
Wird die Dispersion in Form von isolierten Tröpfchen auf die Oberfläche aufgebracht, und werden für die Erzeugung der Tröpfchen bereits Oligomere gemäß der Lehre der Erfindung eingesetzt, dann ist darauf zu achten, dass (bei erhöhter Temperatur) der Polymerisationsgrad nicht zu hoch ist. Ein zu hoher Polymerisationsgrad führt dazu, dass sich eine zu hohe Viskosität innerhalb der erzeugten Tröpfchen einstellt, die einen nachteiligen Einfluss auf Tröpfchengröße und damit auch auf die Größe der Tonerteilchen und zudem auf deren Gestalt hat. Eine hohe Viskosität führt gelegentlich dazu, dass die Tonerteilchen nicht die wünschenswerte Kugelform aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers aus in mindestens einem Polymer eingebundenen Pigmenten gebildet sind. Die erfϊndungsgemäße Anlage weist hierzu einen Vorratsbehälter für eine Dispersion aus Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, in einer flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren, welche als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen; eine Oberfläche, auf welche die Dispersion zum Aufhärten aufgebracht werden kann; Mittel zum Aufbringen der Dispersion auf die Oberfläche, welche mit dem Vorratsbehälter verbunden sind und Mittel zum Abtragen der ausgehärteten Dispersion von der Oberfläche auf. Eine derartige Anlage ermögliche eine besonders effiziente und kostengünstige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung gemäß Variante B werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Figuren offensichtlich.
Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Variante B unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschreiben. Es zeigen:
Fig. 6 eine erfϊndungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage,
Fig. 8 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage.
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Vorratsbehälter 1 enthält eine aus Ausgangsstoffen für eine Herstellung von Tonerpartikeln, nämlich aus Monomeren und/oder Oligomeren in flüssiger Phase, Pigmenten sowie gegebenenfalls Lösungsmitteln, weiteren Farbstoffen, oberflächenwirksamen Additiven, Ladungssteuerungsstoffen und ähnlichen Substanzen gebildete Dis- persion. Um eine möglichst gleichmäßige Durchmischung der entstehenden Dispersion zu erreichen, wurden die Monomere und/oder Oligomere, die Pigmente sowie die weiteren Bestandteile mit einer nicht dargestellten Mischeinrichtung miteinander vermengt.
Nahe dem Boden des Vorratsbehälters 1 ist ein Anschluss für ein Leitungssystem vorgesehen, über welches die Dispersion 21 auf eine Oberfläche 31 einer rotierenden Trommel 3 aufgebracht wird. Mittels einer radial zur Trommel verstellbaren Walze 4 kann eine Dicke der aufgebrachten Dispersionsschicht auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Eine Energiezuführungsvorrichtung 5 dient dazu, der Dispersionsschicht Energie zuzuführen. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Warmluftgebläse oder eine optische Heizung handeln, die Energie in Form elektromagnetischer Wellen zuführt. Enthält die Dispersion 21 ein Lösungsmittel, ist es sinrivoll, wenn die Energiezuführungsvorrich- tung 5 die Energie in erster Linie in Form von Wärme zuführen kann. Enthält die Dispersion 21 solche Monomere und/oder Oligomere, bei welchen durch Bestrahlen eine Polymerisationsreaktion ausgelöst werden kann, wird vorzugsweise eine Energiezuführungsvorrichtung 5 eingesetzt, welche die Energie in erster Linie in Form elektromagnetischer Wellen, insbesondere im UV-Bereich zuführen kann.
Eine Rotationsgeschwindigkeit der Trommel 3 und die Heizvorrichtung 5 sind vorzugsweise so auf einander und auf ein Polymerisationsverhalten der Dispersion 21 abgestimmt, dass die Dispersionsschicht nach Passieren eines von der Heizvorrichtung 5 erfassten Bereichs der Oberfläche 31 vollständig ausgehärtet ist.
Ein Schaber 4 schabt schließlich die ausgehärtete Dispersionsschicht von der Oberfläche 31 ab. Aus dem Abschaben resultierende Bruchstücke werden in einem Auffangbehälter 6 gesammelt. Anschließend werden die Bruchstücke in einem nicht gezeigten Mahlwerk vermählen. Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage. Bei dieser Ausführungsform ist ein Tintenstrahldruckkopf 6 zum Aufsprühen der Dispersion 21 in Form von isolierten Tröpfchen 23 auf die Oberfläche 31 der Trommel 3 vorgesehen. Durch geeignete Ansteuerung des Tintenstrahldruckkopfes 5 können so Tonerpartikel direkt in der gewünschten Größe hergestellt werden. Die Notwendigkeit eines Mahlprozesses entfällt somit. Ansonsten funktioniert die Anlage gleich wie die oben beschriebene Anlage aus Fig. 6.
Fig. 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Energiezufuhr mittels einer Kombination aus einem Heißluftgebläse 51 und einer UV-Lampe 52. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn Tonerpulver aus einer Dispersion 23 hergestellt werde soll, die sowohl ein Lösungsmittel enthält als auch Monomere und/oder Oligomere, bei welchen durch Bestrahlen eine Polymerisationsreaktion ausgelöst werden kann.
In sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen kann anstelle einer rotierenden Trommel 3 vorteilhaft auch ein Förderband verwendet werden, auf dessen Oberfläche die Dispersion 21 aufgebracht wird. Die Oberfläche von Trommel 3 oder Förderband kann dabei vorteilhaft auch von Innen beheizt sein, entweder anstelle oder zusätzlich zu einer Energiezufuhr durch die Heizvorrichtung 5. Vorzugsweise ist die Oberfläche so beschaffen, dass die ausgehärtete Dispersion an dieser möglichst wenig haftet. Dadurch kann ausgehärtete Dispersion leichter abgeschabt werden oder löst sich gegebenenfalls unter Schwerkrafteinwirkung alleine von der Oberfläche ab, oder kann vorteil- haft auch abgesaugt werden. Eine entsprechende Oberfläche lässt sich vorteilhaft durch Beschichtung der Trommel 3 oder des Förderbands, beispielsweise mit Teflon oder Silikon, schaffen. Bezugszeichenliste zur Variante A gemäß der Erfindung
10 Anlage 30 Düsenöffnungen
12 Tonerpartikel 32 Elektroden
14 MischeinrichtungVorratsbehälter 34 Wände
16 Dispersion 36 Dispersionströpfchen
18 RühreinrichtungAuslaß 38 , Förderband
20 Auslassleitung 40 Bestrahlungseinrichtung
22 Inkjet-Druckkopf 42 Sammeleinrichtung
24 Düsenkörper 44 Sammelbehälter
26 Düsenkanäle T Transportrichtung
28 Düsenplatte
* * *
Bezugszeichenliste zur Variante B gemäß der Erfindung
1 Vorratsbehälter 51 Heißluftgebläse
21, 22 Dispersion 52 UV-Lampe
3 Trommel 6 Auffangbehälter
31 Oberfläche 7 Tintenstrahldruckkopf
4 Walze 8 Schaber
5 Energiezuführungsvorrichtung
* * *

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel (12) des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmente, enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff für das Polymer eine flüssige Phase auf Basis eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt wird, die Pigmente in dieser flüssigen Phase dispergiert werden, aus der Dispersion feinste Tröpfchen (36) mit insbesondere vorgegebener Tröpfchengröße erzeugt werden und durch Bestrahlen der Tröpfchen (36) mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen in den einzelnen Tröpfchen (36) eine Polymerisationsreaktion der Monomeren und/oder Oligomeren zur Bildung des Polymers bewirkt wird, wobei die polymeri- sierten Tröpfchen (36) die Tonerpartikel (12) des Tonerpulvers bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff für das Polymer Monomere oder Oligomere auf Acrylat-, Methacrylat- und/oder Styrol- Basis und/oder auf Basis von Polyester bildenden Monomeren und/oder Oligomeren verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigen Phase Ladungssteuerungsstoffe beigemengt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigen Phase oberflächenwirksame Additive, Wachse und/oder Magnetit beigemengt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigen Phase Farbstoffe beigemengt werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen (36) durch Düsen (30) ausgestoßen werden, welche nach dem Prinzip eines Inkjets, insbesondere mit Hilfe von piezoelektrischen Wandlern (26, 32) oder thermoelektrischen Wandlern, Tröpfchen (36) einer definierten Tröpfchengröße erzeugen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der Tröpfchen (36) ein Piezo-Inkjet-Druckkopf (22) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchengröße der Tröpfchen (36) durch Modulation der Stromversorgung der piezoelektrischen Wandler (26, 32) oder der thermoelektrischen Wandler gesteuert wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Tröpfchenausstoß pro Sekunde und Düse (30) auf einen Bereich von
1 000 bis 50 000 Hz eingestellt wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen (36) zum Bewirken der Polymerisationsreaktion in den Tröpfchen (36) mit UV-Strahlen oder mit Elektronenstrahlen bestrahlt werden.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen (36) zur Verhinderung von Agglomerationen elektrostatisch aufgeladen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Aufladung während des Erzeugens der Tröpfchen (36) oder unmittelbar nach dem Erzeugen der Tröpfchen (36) durch Anlegen eines elektrischen Feldes hervorgerufen wird.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen (36), die teilweise verfestigten Tonerpartikel oder die festen Tonerpartikel (12) auf ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Förderband (38) gelenkt werden, auf welchem sich die Polymerisationsreaktion vollzieht, fortgeführt bzw. abgeschlossen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Förderband (28) haftenden Tröpfchen (36) mit den elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (28) im Falle elektrostatisch geladener Tröpfchen (36) diesen gegenüber gegenpolig aufgeladen wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersionströpfchen (36) während ihres Fluges ausgehärtet werden.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Tröpfchenerzeuger austretenden Dispersionströpfchen (36) in einen Schwebzustand versetzt und in diesem Schwebezustand ausgehärtet werden.
18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchengröße so eingestellt wird, dass die Teilchengröße der erhaltenen Tonerpartikel (12) zwischen etwa 2 und 9 μm, insbesondere zwischen etwa 4 und 7 μm, liegt.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase der vor der Behandlung mit Strahlen anfallenden Tröpfchen auf eine Viskosität von etwa 1 bis 50 mPa s, insbesondere von 1 bis 15 mPas, eingestellt wird.
20. Anlage zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Pigmente enthalten sind, gekennzeichnet durch einen VorratsbeTiälter für eine Dispersion aus Pigmenten in einer flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren, die als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen, einen mit dem Vόrratsbehälter (14) verbundenen Tröpfchenerzeuger (22) mit einer Vielzahl von Düsen (30) zum Erzeugen feinster Dispersionströpfchen (36) definierter Tröpfchengröße und eine Bestrahlungseinrichtung (40) zum Bestrahlen der vom Tröpfchenerzeuger (22) erzeugten Dispersionströpfchen (36) mit elektromagnetischen Wellen oder Elektronen.
21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (40) die Tröpfchen (36) mit UV-Strahlen oder Elektronenstrahlen bestrahlt.
22. Anlage nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düse (30) des Tröpfchenerzeugers (22) ein piezoelektrischer oder thermoelektrischer Wandler (26, 32) zugeordnet ist und dass die Wandler (26, 32) der Düsen (30) zumindest gruppenweise zusammengefasst mit einer elektrischen Steuerung zum Betreiben der Wandler (26, 32) verbunden sind.
23. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchenerzeuger ein herkömmlicher Inkjet-Druckkopf (22) ist.
24. Anlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch eine insbesondere mit dem Vorratsbehälter (14) verbundene Mischeinrichtung zum Dispergieren der Pigmente in der flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren.
25. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchenerzeuger (22) die Tröpfchen (36) auf ein sich mit großer Ge- schwindigkeit an den Düsen (30) vorbeibewegendes Förderband (38) aufspritzt.
26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (40) entlang der Förderstrecke des Förderbandes (38) angeordnet ist und die auf dem Förderband (38) aufliegenden Dispersionströpfchen (36) mit elektromagneti- sehen Wellen bestrahlt.
27. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung () dem Tröpfchenerzeuger (22) unmittelbar nachgeordnet ist, um die erzeugten Dispersionströpfchen (36) im Flug oder im Schwebzustand zu bestrahlen.
28. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Tröpfchenerzeuger die Tröpfchen in einen abgeschlossenen Bestrahlungsraum ausstößt, in den die Bestrahlungseinrichtung einstrahlt.
29. Tonerpulver mit Tonerpartikeln, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19.
30. Verfahren zur Herstellung von Tonerpulver, dessen einzelne Tonerpartikel mindestens ein, in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmente, enthalten und welches folgende Schritte umfasst: als Ausgangsstoff für das Polymer wird eine flüssige Phase auf Basis mindestens eines Monomers und/oder Oligomers bereitgestellt, das mindestens eine Farbmittel wird in dieser flüssigen Phase dispergiert, die Dispersion wird auf eine Oberfläche aufgetragen, die Dispersion wird auf der Oberfläche mittels Polymerisation des mindestens einen Monomers und/oder Oligomers ausgehärtet und anschließend von der Oberfläche abgetragen.
31. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Phase mindestens ein Lösungsmittel enthält, welches beim Aushärten mindestens teilweise verdampft wird.
32. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass, eine Auftragungsdicke der Dispersion in der Größenordnung eines Partikeldurchmessers des herzustellenden Tonerpulvers gewählt wird, wobei insbesondere die Auftragungsdicke kleiner als der doppelte Partikeldurchmesser ist.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion im Wesentlichen flächendeckend auf die Oberfläche aufgetragen wird und nach dem Abtragen von der Oberfläche eine Zerkleinerung, insbesondere durch Vermählen, erfolgt.
34. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion im Wesentlichen in Form von isolierten Tröpfchen auf die Oberfläche aufgetragen wird, wobei ein mittlerer Tröpfchendurchmesser in der Größenordnung eines Partikeldurchmessers des herzustellenden Tonerpulvers gewählt wird, insbesondere kleiner als der doppelte Partikeldurchmesser.
35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierten Tröpfchen von Düsen ausgestoßen werden, welche nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckkopfes, insbesondere basierend auf piezo- oder thermoelektrischen Wandlern, funktionieren.
36. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion unter Energiezufuhr, insbesondere unter Einwirkung einer Bestrahlung, ausgehärtet wird.
37. Anlage zur Herstellung von Tonerpulver, bei dem die einzelnen Tonerpartikel des Tonerpulvers in mindestens einem Polymer eingebundene Farbmittel, insbesondere Pigmente, enthalten, umfassend einen Vorratsbehälter (14) für eine Dispersion (21, 22) aus Farbmitteln, insbesondere Pigmenten, in einer flüssigen Phase auf Basis von Monomeren und/oder Oligomeren, die als Ausgangsstoffe für das Polymer der Tonerpartikel dienen, eine Oberfläche (31), auf welcher die Dispersion (21, 22) zum Aushärten mittels Polymerisation aufbringbar ist, mit dem Vorratsbehälter (1) verbundene Mittel (61, 62) zum Aufbringen der Dispersion (21, 22) auf die Oberfläche (31) und
Mittel (8) zum Abtragen der ausgehärteten Dispersion (23, 24) von der Oberfläche (31).
38. Anlage nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch Mittel (5, 51, 52) zur Be- schleunigung des Aushärtens.
39. Anlage nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aufbringen der Dispersion auf die Oberfläche eine Vielzahl von Düsen zum Erzeugen feinster Dispersionströpfchen, insbesondere vorgegebener Größe, umfassen.
40. Tonerpulver mit Tonerpartikeln, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 36.
EP05701239A 2004-01-29 2005-01-28 Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung Withdrawn EP1725912A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004004554A DE102004004554B4 (de) 2004-01-29 2004-01-29 Ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Tonerpartikeln
CH02078/04A CH697051A5 (de) 2004-01-29 2004-12-15 Tonerpartikel sowie ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung.
PCT/EP2005/000857 WO2005073815A2 (de) 2004-01-29 2005-01-28 Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1725912A2 true EP1725912A2 (de) 2006-11-29

Family

ID=34827944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05701239A Withdrawn EP1725912A2 (de) 2004-01-29 2005-01-28 Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1725912A2 (de)
WO (1) WO2005073815A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4607029B2 (ja) 2005-03-17 2011-01-05 株式会社リコー トナー製造方法、トナー、及びトナー製造装置
JP4209405B2 (ja) 2005-04-22 2009-01-14 株式会社リコー トナー、トナーの製造方法、及びトナーの製造装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100375925C (zh) * 2002-06-10 2008-03-19 精工爱普生株式会社 调色剂的制造方法、调色剂及调色剂制造装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005073815A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005073815A3 (de) 2006-12-21
WO2005073815A2 (de) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69230111T2 (de) Methode und vorrichtung zur herstellung von diskreten agglomeraten von einem teilchenförmigen material
DE60302623T2 (de) Kombination aus einer Tintenstrahltinte auf Wasserbasis und einem Empfänger
EP1740367B1 (de) Verfahren zur herstellung von dreidimensionalen objekten mittels elektromagnetischer strahlung und auftragen eines absorbers per inkjet-verfahren
DE69425958T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von tropfen
DE102010019612A1 (de) Beschichtungseinrichtung, insbesondere mit einem Applikationsgerät, und zugehöriges Beschichtungsverfahren, das einen zertropfenden Beschichtungsmittelstrahl ausgibt
WO2015071269A1 (de) Erzeugung von polymeren partikeln sowie rauer beschichungen mittels ink-jet-druck
WO2003106557A1 (de) Verbundmaterial enthaltend kern-mantel-partikel
EP1459871A2 (de) Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Mikrowellenstrahlung
DE102020001068A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Formgegenstands mittels schichtweisem Materialauftrag
DE1497208A1 (de) Verfahren zur Herstellung von elektrostatographischem Bildpulver
DE602004006685T2 (de) Tintenzusammensetzung für elektrostatische Tintenstrahlaufzeichnung und Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren
DE10356193A1 (de) Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Objekten mittels Mikrowellenstrahlung
WO2020094246A2 (de) Verfahren zum herstellen eines dreidimensionalen formgegenstands mittels schichtweisem materialauftrag
DE19723622A1 (de) Elektrostatische Pulverspritzpistole und elektrostatisches Beschichtungsverfahren
EP1725912A2 (de) Tonerpartikel sowie ein verfahren und eine anlage zu deren herstellung
DE102004004554B4 (de) Ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Tonerpartikeln
EP1517778A1 (de) Kombination aus baumaterial und badflüssigkeit zur verwendung in rapid-prototyping-verfahren
US20140061026A1 (en) Finely divided particles of core-shell structure
DE69701485T2 (de) Verfahren und Apparat für elektrostatische Pulverbeschichtung
DE102005034407A1 (de) Tonerpartikel sowie ein Verfahren und eine Anlage zu deren Herstellung
DE69932902T2 (de) Druckkopf zur Verwendung in einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung
DE602004003437T2 (de) Tintenzusammensetzung und Methode für den Tintenstrahldruck
DE102007043624A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kleinsten sphärischen Feststoffpartikeln mit homogener Größenverteilung
EP2580784B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum kontaktieren eines halbleitersubstrates mittels eines strahldruckverfahrens
JP5488078B2 (ja) 光硬化材料による微粒子製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20060720

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR LV MK YU

PUAK Availability of information related to the publication of the international search report

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009015

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: G06F 11/14 20060101ALI20070404BHEP

Ipc: G03G 15/34 20060101ALI20070404BHEP

Ipc: G03G 9/08 20060101AFI20070404BHEP

17Q First examination report despatched

Effective date: 20100118

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: PELIKAN HARDCOPY PRODUCTION AG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20110808