ES2265534T3 - Particulas de toner tratadas superficialmente, proceso para formarlas y revelador electrostatografico que las contiene. - Google Patents
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Abstract
Una composición de tóner electrostatográfico que consta de: partículas de tóner poliméricas lineales sin eslabones de átomos en cruz; de aproximadamente 0, 7% en peso a aproximadamente 4% en peso de partículas de sílice hidrófoba dispuestas sobre la superficie de dichas partículas de tóner; y de aproximadamente 0, 1% en peso a aproximadamente 2% en peso de partículas de una sal metálica de un ácido graso dispuestas sobre la superficie de dichas partículas de tóner, en donde los porcentajes en peso de dichas partículas de sílice hidrófoba y dichas partículas de una sal metálica de un ácido graso se basan en el peso de dichas partículas de tóner poliméricas.
Description
Partículas de tóner tratadas superficialmente,
proceso para formarlas y revelador electrostatográfico que las
contiene.
Esta invención se refiere en general a la
formación de imágenes electrostatográficas y, más particularmente,
a composiciones electrostatográficas que comprenden partículas de
tóner tratadas en superficie con una mezcla de partículas de sílice
y partículas de una sal metálica de un ácido alifático, y además a
un proceso para formar las partículas de tóner.
Se están desarrollando productos de impresión
electrostatográfica digital para imprimir textos de alta calidad e
imágenes de medio tono; así que hay una necesidad de formular
tóneres electrostatográficos y de reveladores que produzcan una
calidad de imagen mejorada. El tratamiento superficial de tóneres
con sílice pirógena y/o polvos de dióxido de titanio produce tóner
y formulaciones de revelador que tienen propiedades de flujo de
polvo mejoradas y reproducen textos y puntos de medio tono más
uniformemente, sin vacíos de carácter. La fluidez de polvo mejorada
del tóner o del revelador puede, sin embargo, producir una densidad
de impresión no deseada en áreas de fondo blanco.
A lo largo de la "vida" de un revelador
electrostatográfico, sus características de carga triboeléctrica
cambian cuando se hacen las impresiones. Esta inestabilidad en el
nivel de carga es uno de los factores que requieren sistemas de
control de proceso activos en impresoras electrostatográficas para
mantener una densidad de imagen constante de una impresión a
otra.
Hay una necesidad en la técnica de reveladores
que tengan una estabilidad mejorada y que proporcionen las ventajas
de una capacidad de transferencia electrostática mejorada y una
densidad más alta.
En electrografía, una imagen de carga
electrostática se forma en una superficie dieléctrica, típicamente
la superficie de un elemento de grabación fotoconductivo. El
desarrollo de esta imagen se lleva a cabo típicamente al ponerla en
contacto con un revelador de dos componentes que comprende una
mezcla de partículas resinosas pigmentadas, conocidas como tóner, y
partículas atraíbles magnéticamente, llamadas portadoras. Las
partículas portadoras sirven de emplazamientos contra los que
pueden incidir las partículas de tóner no magnéticas y, de este
modo, adquirir una carga triboeléctrica opuesta a aquélla de la
imagen electróstatica. Durante el contacto entre la imagen
electróstatica y la mezcla reveladora, las partículas de tóner se
sueltan de las partículas portadoras a las cuales estaban antes
adheridas triboeléctricamente, mediante las fuerzas electrostáticas
relativamente fuertes asociadas a la imagen de carga. De esta
manera, las partículas de tóner se depositan sobre la imagen
electrostática para hacerla visible.
Es conocida en general la aplicación de
composiciones de revelador del tipo mencionado más arriba a imágenes
electrostáticas por medio de un aplicador magnético que comprende
un manguito cilíndrico de material no magnético que tiene un núcleo
magnético situado en el interior. El núcleo usualmente comprende una
pluralidad de tiras magnéticas paralelas dispuestas alrededor de la
superficie del núcleo para presentar campos magnéticos alternos
orientados al norte y al sur. Estos campos se proyectan radialmente
a través del manguito y sirven para atraer la composición de
revelador hasta la superficie externa del manguito, formando de este
modo lo que comúnmente se llama en la técnica un "pelo
peinado". El manguito cilíndrico y el núcleo rotan, o bien uno o
los dos, uno respecto a otro para hacer que el revelador avance
desde un sumidero de suministro hasta una posición en la que se
ponga en contacto con la imagen electrostática a revelar. Después
del revelado, las partículas portadoras vaciadas de tóner se
devuelven al sumidero para la reposición de tóner.
Convencionalmente, se han empleado partículas
portadoras compuestas de materiales magnéticos blandos para
transportar y entregar las partículas de tóner a la imagen
electrostática. Las patentes de EE.UU. nº^{s} 4.546.060,
4.473.029, y 5.376.492 enseñan el uso de materiales magnéticos duros
como partículas portadoras y también de un dispositivo para el
revelado de imágenes electrostáticas utilizando tales partículas
portadoras magnéticas duras. Estas patentes requieren que las
partículas portadoras comprendan un material magnético "duro"
que presente un campo coercitivo de al menos 300 Oersted cuando esté
magnéticamente saturado, y un momento magnético inducido de al
menos 20 EMU/g cuando esté en un campo magnético aplicado de 1000
Oersted. Cuando se alude a materiales magnéticos, los términos
"duro" y "blando" tienen el significado aceptado en
general indicado en la página 18 de B.D. Cullity, Introduction to
Magnetic Materials, Addison-Wesley Publishing
Company, 1972. Los materiales portadores magnéticos duros
representan un gran avance sobre el uso de materiales portadores
magnéticos blandos por cuanto la velocidad de revelado aumenta
notablemente, acompañado por un revelado de imagen bueno. Se han
demostrado velocidades tan altas como cuatro veces la velocidad
máxima utilizada en el uso de partículas portadoras magnéticas
blandas.
En los métodos enseñados en las patentes
anteriores, el revelador se mueve, esencialmente, a la misma
velocidad y en al misma dirección que la imagen electrostática a
revelar por rotación de alta velocidad del núcleo magnético
multipolar dentro del manguito, con el revelador dispuesto en la
superficie externa del manguito. El portador resiste mecánicamente
las transiciones de polo rápidas, debido a su alto campo coercitivo.
Las partículas de tóner dispuestas en la superficie de las
partículas portadoras que comprende el "pelo peinado" del
portador rápidamente se mueven de golpe en el manguito, a fin de
alinearse con las inversiones del campo magnético impuestas por el
núcleo magnético en rotación; y como resultado, se mueven con el
tóner en el manguito a través de la zona de revelado en contacto
con o en estrecha relación con la imagen electrostática sobre un
fotoconductor. Este proceso se discute, por ejemplo, en la patente
de EE.UU. nº 4.531.832.
Las transiciones de polo rápidas, por ejemplo,
tantas como 600 por segundo en la superficie del manguito cuando el
núcleo magnético se rota a una velocidad de 2000 rpm, crean un
movimiento altamente energético y vigoroso del revelador al moverse
a través de la zona de revelado. Esta acción vigorosa recicla
constantemente el tóner a la superficie del manguito y luego
retrocede al exterior del "pelo" para suministrar tóner para el
revelado. Esta acción de movimiento brusco produce también una
alimentación continua de partículas de tóner frescas a la imagen.
Como se describió en las patentes antes mencionadas, este método
proporciona imágenes de alta densidad y alta calidad a velocidades
de revelado relativamente altas.
La interacción directa del "pelo" revelador
con el componente de la imagen hace que el revelador retroceda
hacia el lado de entrada de la zona de revelado. Este retroceso
amplía el contacto entre el revelador y el componente de la imagen
y, de este modo, mejora la terminación del revelado del sistema.
Los sistemas de revelado descritos antes, que
utilizan tales reveladores portadores magnéticos duros pueden tener
una tendencia a mostrar una cantidad creciente de capa de polvo con
el tiempo durante el uso. El fenómeno de la formación de capa de
polvo tiene lugar cuando las partículas de tóner que tienen una
carga relativamente baja a masa (q/m) salen disparadas literalmente
del "pelo" revelador del rodillo de tóner de núcleo magnético
de rotación. Se cree que la muy violenta acción de movimiento brusco
en cadena característica de estos sistemas de revelado contribuye
al problema de la formación de capa de polvo. Aunque no se desea que
sea obligatorio en teoría, se piensa que el mecanismo responsable
de tal capa de polvo es que la velocidad de carga del tóner de
reposición fresco disminuye como resultado de la pérdida de
capacidad de carga del portador por factores tales como, por
ejemplo, la acumulación progresiva de capas de impurezas y
finos.
La presente invención está dirigida a una
composición de tóner electrostatográfico que consta de: partículas
de tóner poliméricas lineales sin eslabones de átomos en cruz, de
aproximadamente 0,7% en peso a aproximadamente 4% en peso de
partículas de sílice hidrófoba dispuestas sobre la superficie de las
partículas de tóner, y de aproximadamente 0,1% en peso a
aproximadamente 2% en peso de partículas de una sal metálica de un
ácido graso dispuestas sobre la superficie de las partículas de
tóner, en donde los porcentajes en peso de las partículas de sílice
hidrófoba y las partículas de una sal metálica de un ácido graso se
basan en el peso de las partículas de tóner poliméricas. Se forma
un revelador electrostatográfico mediante la mezcla de la
composición de tóner así formada con partículas portadoras
magnéticas duras.
Los reveladores electrostatográficos hechos a
partir de la superficie de partículas de tóner tratada tanto con
sílice como con una sal metálica de un ácido alifático de acuerdo
con la presente invención presentan características de carga
inferiores comparados con aquéllos de partículas de tóner que fueron
tratados sólo con sílice pirógena ultrafina. Las composiciones de
partículas de tóner de la presente invención también presentan
características de formación de capa de polvo inferiores comparadas
con las partículas de tóner tratadas en superficie sólo con una sal
metálica de un ácido alifático.
Se ha descrito anteriormente formulaciones para
partículas de tóner tratadas con sílice, como se enseñó en las
patentes de EE.UU. nº^{s} 5.700.616, 5.827.632, 5.789.131,
5.702.858, y 5.486.420; con sales de ácidos grasos, como se enseñó
en la patente de EE.UU. nº. 4.920.023; y con partículas de núcleo de
sílice recubiertas con sales de ácidos grasos, como se enseñó en la
patente de EE.UU. nº. 5.248.581, las descripciones de todas ellas
están incluidas en la presente memoria como referencia.
La patente de EE.UU. nº. 5.510.220, cuya
descripción está incluida en la presente memoria como referencia,
describe una composición de revelador que contiene partículas de
tóner cargadas negativamente que esencialmente constan de
partículas de resina de poliéster con eslabones de átomos en cruz,
partículas de pigmento, y una mezcla aditiva de superficie que
comprende de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,5% en peso cada
uno de una sal metálica de un ácido graso y de partículas de sílice
no metalizadas, y de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 1% en
peso de un óxido metálico tal como dióxido de titanio; y partículas
portadoras que comprenden un núcleo recubierto con un componente
conductivo.
Una composición de tóner de la presente
invención consta de: partículas de tóner poliméricas,
aproximadamente 1% en peso de partículas de sílice hidrófobas
dispuestas sobre la superficie de las partículas de tóner, y de
aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 2% en peso de
partículas de una sal metálica de un ácido graso dispuestas sobre
la superficie de las partículas de tóner. Preferiblemente, la
composición de tóner contiene al menos 0,5% en peso, más
preferiblemente, al menos aproximadamente 1% en peso, lo más
preferiblemente, al menos aproximadamente 1,5% en peso de las
partículas de sal metálica de ácido graso, basado en el peso de las
partículas de tóner polimérico. El tratamiento de superficie de las
partículas de tóner de acuerdo con la presente invención puede
bajar la carga y mantener características de formación de capa de
polvo inferiores de un revelador que contenga la composición de
partícula de tóner resultante. Las partículas de tóner así
obtenidas se combinan con partículas portadoras magnéticas duras
para formar, de acuerdo con la presente invención, composiciones de
revelador especialmente útiles para la impresión digital a todo
color. Las partículas portadoras incluidas en la composición de
revelador son preferiblemente partículas de ferrita magnética dura
recubiertas con una resina aislante.
Las partículas de tóner y los reveladores de la
presente invención difieren en varios aspectos importantes de
aquéllos descritos en la patente de EE.UU. nº. 5.510.220 tratada
anteriormente. Por ejemplo, las partículas de tóner de la presente
invención se forman a partir de un polímero lineal sin eslabones de
átomos en cruz, lo cual se prefiere para la formación de imágenes a
todo color, y contienen partículas de óxido no metálico, lo cual
tendría un efecto desfavorable en la eficacia del revelado. Además,
los reveladores de la presente invención incluyen, además de las
partículas de tóner descritas, partículas portadoras magnéticas
duras, preferiblemente partículas de ferrita magnética dura
recubiertas con una resina aislante, y se caracterizan por una
resistividad muy alta, de aproximadamente 10^{12}
ohm-cm a aproximadamente 10^{15}
ohm-cm.
La expresión "características de formación de
capa de polvo" como se emplea en la presente memoria, se refiere
a las cantidades de partículas con baja carga o no cargadas que se
producen cuando se mezcla tóner de reposición fresco con revelador
envejecido. Son deseables reveladores que produzcan muy bajos
niveles de polvo. En una impresora, se añade tóner de reposición a
la estación reveladora para reponer el tóner que se transfiere en
el proceso de impresión de copias, como se describe, por ejemplo, en
las patentes de EE.UU. nº^{s} 3.938.992 y 3.944.493. Este tóner
fresco añadido no está cargado y consigue una carga triboeléctrica
al mezclarse con el revelador. Durante este proceso de mezcla, las
partículas no cargadas o con baja carga pueden llegar a ser
aerotransportadas y producir un fondo sobre las copias o
contaminación de polvo dentro de la impresora. Más abajo, en la
presente memoria, se describe un "ensayo de formación de capa de
polvo" para evaluar el potencial para que un tóner de reposición
forme fondo o polvo.
La expresión "características de carga
baja" como se emplea en la presente memoria, se refiere a la
relación de carga a masa del tóner en un revelador. Los tóneres de
carga baja son más fáciles de transportar a través del proceso
electrostatográfico, por ejemplo, desde la estación reveladora al
fotoconductor, desde el fotoconductor al papel, etc. La carga baja
es particularmente importante en procesos de transferencia multicapa
en impresoras a color, porque permite que sea minimizado el voltaje
sobre las capas ya transferidas, facilitando de este modo la
transferencia de las capas posteriores de tóner. Sin embargo,
típicamente los tóneres de carga baja también producen
indeseablemente una capa de polvo significativa. Son deseables
reveladores que produzcan muy bajos niveles de polvo. Típicamente
los tóneres que presentan relaciones carga a masa altas, presentan
bajos niveles de polvo, y viceversa. Deben ser muy deseables los
tóneres que presentan tanto relaciones carga a masa bajas como
características de polvo bajas. Para un tóner de tamaño de partícula
de 8 \mum (volumen medio), una deseable carga a masa debe ser
menos que aproximadamente 50 \muC/g, preferiblemente,
aproximadamente 20-40 \muC/g.
Las partículas de tóner en una composición de la
presente invención se pueden hacer a partir de un aglutinante
polimérico lineal sin eslabones de átomos en cruz, con o sin un
colorante, y con o sin un agente de control de carga. El polímero
aglutinante se puede seleccionar de entre poliésteres y polímeros de
adición de vinilo; un polímero aglutinante preferido es un
poliéster derivado de bis-fenol A. En la Tabla 1 se
muestra una formulación de partícula de tóner ejemplar.
| Componente | Partes en Peso | Suministrador |
| Bisfenol A propoxilado-ácido fumárico | 100 | Reichhold Chemicals Inc. |
| Ftalocianina de cobre, Pigmento Azul, 15:3 | 5 | BASF Corporation |
| LUPRETON BLUE SE1163^{TM} | ||
| Agente de Control de Carga; sales de Al o | 2 | Orient Chemical Corporation |
| Zn de ácido di-t-butilsalicílico |
Los componentes se mezclaron en polvo, se
combinaron en fundición, se molieron en un molino de chorro de aire,
y se clasificaron por tamaño de partícula. El tóner resultante
tiene un tamaño de partícula medio de volumen mediano, como se
determinó por un Contador Coulter, de preferiblemente
aproximadamente 2 \mum a aproximadamente 20 \mum, más
preferiblemente, de aproximadamente 4 \mum a aproximadamente 10
\mum, lo más preferiblemente, de aproximadamente 7,5 \mum a
aproximadamente 8,5 \mum, y un área de superficie específica de
0,7-0,8 m^{2}/mL.
En una realización de la invención, las
partículas de polímero de tóner electrostatográfico que tengan una
estrecha distribución de tamaños se pueden preparar por medio de un
proceso químico de disolvente orgánico/acuoso calificado como una
"coalescencia limitada" (proceso de CL). En la práctica de esta
técnica, las partículas de tóner se preparan a partir de cualquier
tipo de polímero que sea soluble en un disolvente que sea inmiscible
con agua. Así, se pueden predeterminar y controlar el tamaño y la
distribución de las partículas resultantes mediante las cantidades
relativas del polímero particular empleado, el disolvente, la
cantidad y el tamaño del estabilizador en suspensión particulada de
sólidos insolubles en agua, típicamente sílice o látex, y el tamaño
al cual las gotitas de disolvente-polímero se
reducen mediante agitación.
Se han descrito técnicas de coalescencia
limitada de este tipo en numerosas patentes relacionadas con la
preparación de las partículas de tóner electrostático, porque tales
técnicas típicamente producen la formación de partículas de tóner
que tienen una distribución de tamaños sustancialmente uniforme. En
las patentes de EE.UU. nº^{s} 4.833.060 y 4.965.131 se describen
procesos de coalescencia limitada representativos empleados en la
preparación de tóner. El método implica disolver un material
polimérico en un disolvente orgánico y, opcionalmente, un pigmento
y un agente de control de carga para formar una fase orgánica;
dispersar la fase orgánica en una fase acuosa que comprenda un
estabilizador particulado y homogeneizar la mezcla; evaporar el
disolvente, y lavar y secar el producto resultante.
En la Tabla 2 se hace una lista de ejemplos de
óxidos inorgánicos pirógenos que se pueden utilizar para tratamiento
de superficie de partículas de tóner. Las partículas de sílice
hidrófoba útiles en la presente invención tienen preferiblemente un
tamaño de partícula de aproximadamente 0,005 \mum a
aproximadamente 0,05 \mum y un área superficial de
aproximadamente 30 m^{2}/g a aproximadamente 450 m^{2}/g. Las
partículas de sílice hidrófoba se disponen preferiblemente sobre la
superficie de las partículas de tóner en una cantidad igual a de
aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 10% en peso de la
cantidad de las partículas de tóner.
| Óxido | Nombre | Área | Tamaño de | Reactivo | Suministrador |
| Inorgánico | superficial | Partícula | |||
| BET (m^{2}/g) | Principal | ||||
| Medio (nm) | |||||
| Sílice Ultrafina | R972 | 130\pm25 | 16-18 | Diclorodimetilsilano | Degussa |
| Sílice Ultrafina | RY200 | 100\pm20 | 11-13 | Polidimetilsiloxano | Degussa |
| Sílice Ultrafina | RY300 | 200\pm20 | 6-8 | Polidimetilsiloxano | Degussa |
| Dióxido de | T805 | 50\pm15 | 20-30 | Octiltrimetoxisilano | Degussa |
| Titanio Ultrafino | |||||
| Dióxido de | MPT313 | 90\pm15 | 7-12 | Hexiltrimetoxisilano | Ishihara Sangyo |
| Titanio Ultrafino | Kaysha Ltd. |
En la Tabla 3 se hace una lista de algunas sales
de ácidos grasos que se pueden emplear para el tratamiento de
superficie de partículas de tóner. Preferiblemente, las partículas
de la sal metálica de ácido graso tienen un tamaño de partícula de
aproximadamente 0,5 \mum a aproximadamente 3 \mum y están
dispuestas sobre la superficie de las partículas de tóner en una
cantidad igual a de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente
500% en peso de la cantidad de las partículas de sílice
hidrófoba.
| Nombre | Nombre | Contenido | Tamaño de Partícula | Punto de | Suministrador |
| Comercial | en Metal % | Medio* (\mum) | Fusión (ºC) | ||
| MCA-2 | Estearato de calcio | 6,5-7 | 0,5-1 | 145-160 | Nagase |
| América | |||||
| MZN-2 | Estearato de zinc | 10,5-11,5 | 0,7-1,5 | 116-125 | Nagase |
| América | |||||
| *Por difracción láser en agua |
En los siguientes ejemplos, se mezclaron en
polvo componentes de tóneres de poliéster que contenían un polímero
aglutinante formado a partir de Bisfenol A propoxilado y ácido
fumárico, se combinaron en fundición, se molieron en un molino de
chorro de aire, y se clasificaron por tamaño de partícula. Las
partículas de tóner resultantes tenían un tamaño de partícula medio
de volumen mediano en el margen de aproximadamente 7,8 \mum a
aproximadamente 8,5 \mum. Las partículas de tóner fueron
posteriormente tratadas superficialmente mediante combinación seca
de 25 gramos de partículas de tóner con cantidades variables de
agentes de tratamiento superficial durante 30 a 60 segundos
empleando un mezclador de alta velocidad tal como, por ejemplo, un
mezclador Waring de escala de laboratorio de alta velocidad.
En la Tabla 4 se hace una lista de los
componentes de composiciones de tóner en los Ejemplos Comparativos
1-19. El Ejemplo 1 no tiene tratamiento de
superficie de las partículas de tóner; en los Ejemplos
2-18, las partículas se han tratado con un único
material seleccionado de entre estearato de calcio y de zinc, sílice
ultrafina y dióxido de titanio ultrafino.
En la Tabla 5 se hace una lista de los
componentes de composiciones de tóner en los Ejemplos Inventivos
19-45. Todos estos ejemplos se tratan
superficialmente con una combinación de estearato de calcio y una de
las tres sílices ultrafinas. De modo similar, en la Tabla 6 se hace
una lista de los componentes de composiciones de tóner en los
Ejemplos Inventivos 46-72, todos los cuales se
tratan superficialmente con una combinación de estearato de zinc y
una de las sílices ultrafinas.
En la Tabla 7 se hace una lista de los
componentes de composiciones de tóner en los Ejemplos Comparativos
73-82, todos los cuales se tratan superficialmente
con una combinación de estearato de calcio y uno de los dos
materiales de dióxido de titanio ultrafino.
| Ejemplo | Tóner | MCA-2 | MZN-2 | Sílice | Sílice | Sílice | T805 | MPT313 |
| Comparativo | R972 | RY200 | RY300 | |||||
| (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | |
| 1 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 25 | 0,05 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 25 | 0,1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 25 | 0,125 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 25 | 0,25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 25 | 0,375 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 7 | 25 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 25 | 0 | 0,05 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 25 | 0 | 0,1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 25 | 0 | 0,125 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 25 | 0 | 0,25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 12 | 25 | 0 | 0,375 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 13 | 25 | 0 | 0,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 14 | 25 | 0 | 0 | 0,25 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0,25 | 0 | 0 | 0 |
| 16 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,25 | 0 | 0 |
| 17 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,25 | 0 |
| 18 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,25 |
| Ejemplo | Tóner | MCA-2 | Sílice | Sílice | Sílice |
| Inventivo | R972 | RY200 | RY300 | ||
| (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | |
| 19 | 25 | 0,025 | 0,25 | 0 | 0 |
| 20 | 25 | 0,0625 | 0,25 | 0 | 0 |
| 21 | 25 | 0,075 | 0,25 | 0 | 0 |
| 22 | 25 | 0,1 | 0,25 | 0 | 0 |
| 23 | 25 | 0,125 | 0,25 | 0 | 0 |
| 24 | 25 | 0,1875 | 0,25 | 0 | 0 |
| 25 | 25 | 0,25 | 0,25 | 0 | 0 |
| 26 | 25 | 0,375 | 0,25 | 0 | 0 |
| 27 | 25 | 0,5 | 0,25 | 0 | 0 |
| 28 | 25 | 0,025 | 0 | 0 | 0 |
| 29 | 25 | 0,0625 | 0 | 0,25 | 0 |
| 30 | 25 | 0,075 | 0 | 0,25 | 0 |
| 31 | 25 | 0,1 | 0 | 0,25 | 0 |
| 32 | 25 | 0,125 | 0 | 0,25 | 0 |
| 33 | 25 | 0,1875 | 0 | 0,25 | 0 |
| 34 | 25 | 0,25 | 0 | 0,25 | 0 |
| 35 | 25 | 0,375 | 0 | 0,25 | 0 |
| 36 | 25 | 0,5 | 0 | 0,25 | 0 |
| 37 | 25 | 0,025 | 0 | 0 | 0 |
| 38 | 25 | 0,0625 | 0 | 0 | 0,25 |
| 39 | 25 | 0,075 | 0 | 0 | 0,25 |
| 40 | 25 | 0,1 | 0 | 0 | 0,25 |
| 41 | 25 | 0,125 | 0 | 0 | 0,25 |
| 42 | 25 | 0,1875 | 0 | 0 | 0,25 |
| 43 | 25 | 0,25 | 0 | 0 | 0,25 |
| 44 | 25 | 0,375 | 0 | 0 | 0,25 |
| 45 | 25 | 0,5 | 0 | 0 | 0,25 |
| Ejemplo | Tóner | MZN-2 | Sílice | Sílice | Sílice |
| Inventivo | R972 | RY200 | RY300 | ||
| (g) | (g) | (g) | (g) | (g) | |
| 46 | 25 | 0,025 | 0,25 | 0 | 0 |
| 47 | 25 | 0,0625 | 0,25 | 0 | 0 |
| 48 | 25 | 0,075 | 0,25 | 0 | 0 |
| 49 | 25 | 0,1 | 0,25 | 0 | 0 |
| 50 | 25 | 0,125 | 0,25 | 0 | 0 |
| 51 | 25 | 0,1875 | 0,25 | 0 | 0 |
| 52 | 25 | 0,25 | 0,25 | 0 | 0 |
| 53 | 25 | 0,375 | 0,25 | 0 | 0 |
| 54 | 25 | 0,5 | 0,25 | 0 | 0 |
| 55 | 25 | 0,025 | 0 | 0,25 | 0 |
| 56 | 25 | 0,0625 | 0 | 0,25 | 0 |
| 57 | 25 | 0,075 | 0 | 0,25 | 0 |
| 58 | 25 | 0,1 | 0 | 0,25 | 0 |
| 59 | 25 | 0,125 | 0 | 0,25 | 0 |
| 60 | 25 | 0,1875 | 0 | 0,25 | 0 |
| 61 | 25 | 0,25 | 0 | 0,25 | 0 |
| 62 | 25 | 0,375 | 0 | 0,25 | 0 |
| 63 | 25 | 0,5 | 0 | 0,25 | 0 |
| 64 | 25 | 0,025 | 0 | 0 | 0,25 |
| 65 | 25 | 0,0625 | 0 | 0 | 0,25 |
| 66 | 25 | 0,075 | 0 | 0 | 0,25 |
| 67 | 25 | 0,1 | 0 | 0 | 0,25 |
| 68 | 25 | 0,125 | 0 | 0 | 0,25 |
| 69 | 25 | 0,1875 | 0 | 0 | 0,25 |
| 70 | 25 | 0,25 | 0 | 0 | 0,25 |
| 71 | 25 | 0,375 | 0 | 0 | 0,25 |
| 72 | 25 | 0,5 | 0 | 0 | 0,25 |
| Ejemplo | Tóner | MCA-2 | T805 | MPT313 |
| Comparativo | ||||
| (g) | (g) | (g) | (g) | |
| 73 | 25 | 0,0625 | 0,25 | 0 |
| 74 | 25 | 0,125 | 0,25 | 0 |
| 75 | 25 | 0,1875 | 0,25 | 0 |
| 76 | 25 | 0,25 | 0,25 | 0 |
| 77 | 25 | 0,5 | 0,25 | 0 |
| 78 | 25 | 0,0625 | 0 | 0,25 |
| 79 | 25 | 0,125 | 0 | 0,25 |
| 80 | 25 | 0,1875 | 0 | 0,25 |
| 81 | 25 | 0,25 | 0 | 0,25 |
| 82 | 25 | 0,5 | 0 | 0,25 |
De acuerdo con la presente invención, las
composiciones de tóner descritas se combinan con partículas
portadoras magnéticas duras, preferiblemente partículas de ferrita
magnética dura recubiertas con una resina aislante. Los reveladores
resultantes se caracterizan por valores de resistividad,
preferiblemente, de aproximadamente 10^{12}
ohm-cm a aproximadamente 10^{15}
ohm-cm, más preferiblemente, de aproximadamente
10^{14} ohm-cm a aproximadamente 10^{15}
ohm-cm.
Se prepararon reveladores electrostatográficos
mediante mezcla de composiciones de tóner en cada una de las Tablas
4, 5, 6 y 7 con partículas portadoras de ferrita magnética dura
recubiertas con una resina tal como, por ejemplo, un polímero de
tipo resina de silicona, poli(fluoruro de vinilideno),
poli(metil metacrilato), o una mezcla de
poli(fluoruro de vinilideno) y poli(metil
metacrilato). Los reveladores se hicieron a una concentración de 8%
en peso de tóner y 92% en peso de partículas portadoras recubiertas
con una resina de silicona.
Cada uno de los reveladores se mezcló en un
dispositivo que simulaba la mezcla que tiene lugar en una estación
reveladora de impresora para cargar las partículas de tóner. La
carga triboeléctrica del tóner se midió luego después de 2, 10, y
60 minutos de mezcla. El revelador posteriormente se despojó de todo
el tóner y se reconstruyó con tóner fresco. La carga triboeléctrica
del tóner se midió luego después de 2 y 10 minutos de mezcla.
En una impresora, se añade tóner de reposición a
la estación reveladora para reponer el tóner que se transfiere en
el proceso de impresión de copias. Este tóner no está cargado y
consigue una carga triboeléctrica al mezclarse con el revelador.
Durante este proceso de mezcla, las partículas no cargadas o con
baja carga pueden llegar a ser aerotransportadas y producir un
fondo sobre las copias o contaminación de polvo dentro de la
impresora.
Se ideó un "ensayo de formación de capa de
polvo" para evaluar el potencial para que un tóner de reposición
forme fondo o polvo. La muestra de revelador se usó en una estación
reveladora de carcasa giratoria y núcleo magnético. Después de 10
minutos de uso, se añadió tóner de reposición no cargado al
revelador. Un filtro fino sobre la estación reveladora capturó
luego el polvo aerotransportado que se generó cuando se añadió el
tóner de reposición, y se pesó el polvo recogido. La cantidad de
polvo se midió después de 10 minutos de uso como miligramos de
tóner que se espolvorean por gramo de tóner fresco agregado. Después
de que el revelador se hubo despojado de todo el tóner y se hubo
reconstruido con tóner fresco, la cantidad de polvo se midió de
nuevo después de 10 minutos de uso como miligramos de tóner que se
espolvorean por gramo de tóner fresco agregado.
Cuanto menor es el valor de esta medida de
"polvo", mejor es el rendimiento del tóner. Se considera que
son características deseables bajos valores de polvo, menos que 10
miligramos por gramo de tóner añadido fresco, además de bajos
niveles de carga de tóner (menos que aproximadamente 50 \muC/g,
preferiblemente aproximadamente 20-40 \muC/g). En
las Tablas 8, 9, 10 y 11 se tabulan los resultados de los ensayos de
tasas de polvo de reposición y tribocarga para reveladores
preparados a partir de las composiciones de tóner de,
respectivamente, las Tablas 4, 5, 6 y 7. Los valores tabulados se
corresponden a la carga-a-masa en
\muC/g del minuto-2, del
minuto-10 y de 1-hora y al
porcentaje de revelado de tóner (%TC) del revelador fresco, a la
carga-a-masa en \muC/g del
minuto-2, del minuto-10 y de
1-hora y al porcentaje de revelado de tóner (TC%)
del revelador reconstruido y a los valores de polvo de agregado de
reconstruido de los reveladores frescos y envejecidos.
En la Tabla 8 se proporcionan los resultados de
medida para los reveladores que contienen las composiciones de
tóner de los Ejemplos Comparativos 1-18. En la
evaluación del revelador reconstruido que contiene la composición
de tóner del Ejemplo 1, la cual no tiene tratamiento de superficie,
el revelador reconstruido tuvo una
carga-a-masa del
minuto-10 de -55 \muC/g y un nivel de polvo
cero.
Los Ejemplos Comparativos 2 a 7 tienen
partículas de tóner tratadas superficialmente con diferentes
concentraciones de estearato de calcio, MCA-2. Los
Ejemplos Comparativos 8 a 13 tienen partículas tratadas
superficialmente con diferentes concentraciones de estearato de
zinc, MZN-2. Como se muestra en la Tabla 8, los
reveladores de ambas series presentan características de polvo
extremadamente altas.
Los Ejemplos Comparativos 14, 15 y 16 contienen
partículas de tóner tratadas superficialmente con las sílices R972,
RY200, y RY300, respectivamente. Como se muestra en la Tabla 8, el
tratamiento de superficie con sílice sola produjo una
indeseablemente alta carga-a-masa de
reconstruido del minuto-10 y niveles de polvo
deseablemente bajos. El tratamiento con dióxido de titanio solo,
como en los Ejemplos Comparativos 17 y 18, en los cuales las
partículas fueron tratadas superficialmente con los dióxidos de
titanio T805 y MPT313, respectivamente, produjo una
carga-a-masa de reconstruido del
minuto-10 deseablemente baja pero a expensas de
niveles de polvo indeseablemente altos.
Los resultados del ensayo para los reveladores
correspondientes a los Ejemplos Inventivos 19-45,
donde las partículas de tóner se tratan con una mezcla de sílice y
estearato de calcio MCA-2, se dan en la Tabla 9. De
modo similar, los resultados del ensayo para los reveladores
correspondientes a los Ejemplos Inventivos 46-72,
donde las partículas de tóner se tratan con una mezcla de sílice y
estearato de zinc MZN-2, se dan en la Tabla 10.
Por comparación con los resultados de los Ejemplos Comparativos
1-18, la inclusión de cantidades crecientes de
MCA-2 o MZN-2 produjo baja
carga-a-masa del
minuto-10 de reconstruido y bajos valores de
formación de capa de polvo. Como se muestra en las TABLAS 9 y 10,
se vieron bajas características de
carga-a-masa de reconstruido del
minuto-10 y de formación de capa de polvo, muy
deseables, particularmente en los Ejemplos Inventivos
25-27, 34-36, 43-45,
52-54, 61-63 y
72-74. En todos estos ejemplos, las partículas de
tóner se trataron en superficie con una mezcla de 1% en peso de
sílice y 1,5-2% en peso o de estearato de calcio
MCA-2 (Ejemplos 25-27,
34-36 y 43-45) o de estearato de
zinc MZN-2 (Ejemplos 52-54,
61-63 y 70-72).
En los Ejemplos Comparativos
73-82, las partículas de tóner se trataron en
superficie con una mezcla de dióxido de titanio y estearato de
calcio MCA-2. Como se muestra en los resultados en
la Tabla 11, los reveladores formados a partir de estas
composiciones de tóner presentan unos indeseablemente altos niveles
de polvo del minuto-10 de reconstruido,
independientemente del tipo de dióxido de titanio empleado.
Las composiciones de tóner de la presente
invención son adecuadas para emplearlas en procesos de color
sustractivos. Los colorantes incluidos en las partículas de tóner
poliméricas pueden ser de un color primario sustractivo
seleccionado a partir del grupo que consta de cian, amarillo,
magenta y negro.
Colorantes útiles para este propósito incluyen
ftalocianina de cobre, Pigmento Azul 61,
litol-rubina, quinacridona, amarillo diarílico y
carbón.
Claims (24)
1. Una composición de tóner
electrostatográfico que consta de:
partículas de tóner poliméricas lineales sin
eslabones de átomos en cruz;
de aproximadamente 0,7% en peso a
aproximadamente 4% en peso de partículas de sílice hidrófoba
dispuestas sobre la superficie de dichas partículas de tóner; y
de aproximadamente 0,1% en peso a
aproximadamente 2% en peso de partículas de una sal metálica de un
ácido graso dispuestas sobre la superficie de dichas partículas de
tóner,
en donde los porcentajes en peso de dichas
partículas de sílice hidrófoba y dichas partículas de una sal
metálica de un ácido graso se basan en el peso de dichas partículas
de tóner poliméricas.
2. La composición de tóner de la
reivindicación 1, que contiene de aproximadamente 1% en peso a
aproximadamente 2% en peso de partículas de dichas partículas de
sílice hidrófoba.
3. La composición de tóner de la
reivindicación 1, que contiene de aproximadamente 0,5% en peso a
aproximadamente 2% en peso de partículas de dicha sal metálica de
ácido graso.
4. La composición de tóner de la
reivindicación 3, que contiene de aproximadamente 1% en peso a
aproximadamente 2% en peso de partículas de dicha sal metálica de
ácido graso.
5. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de sílice hidrófoba
tienen un tamaño de partícula de aproximadamente 0,005 \mum a
aproximadamente 0,05 \mum.
6. La composición de tóner de la
reivindicación 5, en donde dichas partículas de sílice hidrófoba
tienen un área superficial de aproximadamente 30 m^{2}/g a
aproximadamente 450 m^{2}/g.
7. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de sal metálica de
ácido graso tienen un tamaño de partícula de aproximadamente 0,5
\mum a aproximadamente 3 \mum.
8. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dicha sal metálica de ácido graso es
estearato de calcio o estearato de zinc.
9. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de tóner poliméricas
comprenden un polímero aglutinante seleccionado a partir del grupo
que consta de poliésteres y polímeros de adición de vinilo.
10. La composición de tóner de la
reivindicación 9, en donde dicho polímero aglutinante es un
bis-fenol A basado en poliéster.
11. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de tóner tienen un
tamaño de partícula de volumen medio de aproximadamente 2 \mum a
aproximadamente 20 \mum.
12. La composición de tóner de la
reivindicación 11, en donde dichas partículas de tóner tienen un
tamaño de partícula de volumen medio de aproximadamente 4 \mum a
aproximadamente 10 \mum.
13. La composición de tóner de la
reivindicación 12, en donde dichas partículas de tóner tienen un
tamaño de partícula de volumen medio de aproximadamente 7,8 \mum
a aproximadamente 8,5 \mum.
14. La composición de tóner de la
reivindicación 11, en donde dichas partículas de tóner tienen una
área de superficie BET de aproximadamente 0,4 m^{2}/g a
aproximadamente 20 m^{2}/g.
15. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de tóner comprenden un
colorante.
16. La composición de tóner de la
reivindicación 15, en donde dicho colorante comprende un color
primario sustractivo seleccionado a partir del grupo que consta de
cian, amarillo, magenta y negro.
17. La composición de tóner de la
reivindicación 15, en donde dicho colorante se selecciona a partir
del grupo que consta de ftalocianina de cobre, Pigmento Azul 61,
litol-rubina, quinacridona, amarillo diarílico y
carbón.
18. La composición de tóner de la
reivindicación 1, en donde dichas partículas de tóner comprenden un
agente de control de carga.
19. Un revelador electrostatográfico que
comprende partículas portadoras magnéticas duras y la composición
de tóner de la reivindicación 1.
20. El revelador de la reivindicación 19, en
donde dichas partículas portadoras son partículas de ferrita
magnética dura recubiertas con una resina aislante.
21. El revelador de la reivindicación 19, que
comprende de aproximadamente 80% en peso a aproximadamente 98% en
peso de dichas partículas portadoras y de aproximadamente 20% en
peso a aproximadamente 2% en peso de dicha composición de
tóner.
22. El revelador de la reivindicación 21, que
comprende aproximadamente 92% en peso de dichas partículas
portadoras y aproximadamente 8% en peso de dicha composición de
tóner.
23. El revelador de la reivindicación 19, que
tiene una resistividad de aproximadamente 10^{12}
ohm-cm a aproximadamente 10^{15}
ohm-cm.
24. El revelador de la reivindicación 23, que
tiene una resistividad de aproximadamente 10^{14}
ohm-cm a aproximadamente 10^{15}
ohm-cm.
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