SE456119B - Knottrig toner for elektrofotografisk kopiering eller elektrostatisk tryckning samt sett for dess framstellning - Google Patents

Description

456119 10. 15. 20. 25. 2 får kopior. Partiklarnas vidhåftning till fototrumman kan vara så stark att de inte heller av- Man därigenom bleka lågsnas från "fototrumman av de rengöringssystem som är överförts till erhålles avsedda att ta *bort tonerrester, som ej papperet. På grund av denna starka vidhäftning snart en stark försämring av kvaliteten på erhållna kopior.

Vi har nu funnit att om pigmenterade tonerpartiklar först (med pigmentet framställes genom suspensionspolymerisation monomeren) och sedan belâgges än partiklar inblandat redan i med polymerpartiklar, som är väsentligt mindre själva erhålles alls _uppvisar "knottriga" sfäriska att ha Adhesionen kan t o m bli tonerpartikeln, som inte nackdelen stark adhesion till toner framställd genom den konventionella malningsmetoden. för elektrostatisk tryckning fototrumman. lägre än för Uppfinningen avser därmed en toner elektrofoto- grafisk kopiering eller samt ett sätt att framställa en sådan med de i patentkraven angivna kännetecknen. på tonerpar- enkelt Påläggning av de små polymerpartiklarna på ett så UIOHOIHEFEF yta kan genomföras tekniskt hela från till de tonerpartiklarna blir ekonomiskt fördelaktig. tiklarnas sätt att processen belagda Grundpartiklarna framställes genom suspensionspoly- merisation. Först blandas monomerer, monomerlöslig ini- tiator, pigment och ev. laddningsregleraren samt disperge- för med användning av Lämpligt kolloidsystem. ringsmedel pigmentet. Blandningen emulgeras i vatten Efter evakuering sfä- 2-25 höjes temperaturen för polymerisation varvid erhålles riska partiklar. Medeldiametern på dessa kan vara 30,lpm, företrädesvis 3-15 pm. 35.

Med internt pigmenterad grundpartikel avses partiklar som framställts på det sättet att pigmentet blandats med monomeren före polymerisation och därigenom föreligger mer eller mindre jämnt fördelat i den färdigt polymeriserade grundpartikeln. för ställning av grundpartiklarna kan användas styren och olika Som monomerer, ensamma eller i blandning, fram- derivat av styren, estrar av akrylsyra eller metakrylsyra, akrylnitril, vinylklorid, vinylfluorid, vinylidenfluorid, 10. 15. 20. 25. 30. 35. 456119 3 vinylacetat etc. För att åstadkomma viss förnätning kan flerfunktionella monomerer användas, exempelvis divinyl- bensen, etylenglykoldiakrylat, etylenglykoldimetakrylat, trimetylolpropantriakrylat etc. Mängden förnätare kan vara upp till 10 Z, företrädesvis upp till 1 X av monomerbland- ningen.

Vid framställning av grundpartiklarna användes mono- exempelvis dialkylperoxidikarbonat- merlösliga initiatorer, estrar, tertbutylperoxipivalat, oktanoylperoxid, lauroyl- peroxid, tertbutylperoxi-2-etylhexanoat, bensoylperoxid, 2,2'-azobisisobutyronitrit, 2,2'-azobis-2,4-dimetyl-valero- nitril och liknande föreningar.

Som skyddskolloid kan kolloidsystemet för framställning kolloider i av grundpartiklarna användas vattenlösliga av typ cellulosaderivat, typ kiselsyra etc. polyvinylalkohol etc eller pulver- stabilisatorer av svârlösliga fosfater, metallhydro- xider, Pulverstabilisatorerna användes före- trädesvis tillsammans med Lämplig co-stabilisator. organiska fall att Som färgåmne i grundpartiklarna, användes black I förväg ytbehandla pigmenten för färgämnen magnetit eller Carbon etc. vissa är det lämpligt att de skall hålla sig finfördelade inuti Storleken 1 monomerdropparna. på de finkorniga partiklar bildar ut- buktningar yta skall vara än Således bör på de finkorniga partiklarna vara maximalt ca 33 Z företrädes- Storleks- SOIH på grundpartiklarnas väsentligt mindre grundpartikeln själv. diametern vis maximalt 15 X av grundpartikelns diameter. gränsen nedåt avgörs den minsta storlek som den önskade till Redan "knottror" i storleksordningen 0.005 pm ger förminskad de ha kornstorlek inom intervallet 0,005-5;n, företrädesvis 0,02-2 /Jfll- av ger effekten av förminskad adhesion fototrumman. adhesion. Lämpligen kan finkorniga partiklarna en En faktor år yta annan av betydelse täckningsgraden, dvs hur stor andel av grundpartikelns som täckes av Tåtast 91 Z av grundpartikelns finkorniga partiklar. täckning motsvarar yta. För dock täckningsgrad möjliga att minska vid- så hög täck- ungefär häftningen till ningsgrad fototrumman behövs inte användas. _50 Z Har visat sig ge 456119 10. 15. 20. 25. 35. 4 mycket stark minskning av vidhäftningen. En positiv effekt erhålles dock redan vid 20 Z täckningsgrad. Täckningsgraden bör således vara mellan 20 Z och 91 Z, företrädesvis 30- 80 Z.

I princip strävar man efter att endast ha de finkor- niga partiklarna i ett monopartikulårt skikt, men åtminstone delvis kan skiktet vara flera partiklar tjockt.

Det år önskvärt att de finkorniga partiklarna år fast förankrade i grundpartiklarnas yta. Detta kan åstad- kommas genom att grundpartiklarna mjukgöres genom små mång- der mjukningsmedel eller genom uppvärmning. Därigenom kan de finkorniga partiklarna smältas fast i ytan. Lämpligt år att finkorniga partiklarna smälter in i grundpartikeln till ett djup motsvarande ca halva diametern pâ finkorniga partikeln.

De små polymerpartiklarna som lägges på grundpartik- larnas yta ska i huvudsak vara sfäriska och kan framställas genom emulsionspolymerisation eller mikrosuspensionspolyme- risation.

Vid framställning av finkorniga partiklarna enligt emulsionspolymerisation emulgeras monomerer i vatten med hjälp av emulgatorer. För initiering våljes vattenlöslig initiator av typ persulfat, våteperoxid, hydroperoxid etc.

Efter polymerisation erhålles en latex av mycket finkorniga polymerpartiklar.

Vid framställning av finkorniga Vpartiklar enligt mikrosuspensionspolymerisationsmetoden användes företrädes- vis monomerlösliga initiatorer av liknande typ som angivits för grundpartiklarna. Vid mikrosuspensionsmetoden kan ladd- blandas med Likaså kan man ningsreglerare monomererna. blanda in färgämnen. Monomerblandningen emubgeras sedan i vatten med användande av emulgatorer och höga skjuvkraf- tèr”.

Polymersammansättningen i de finkorniga partiklarna pâ grundpartiklarnas yta kan vara densamma som i grundpar- tikeln. Det kan dock vara fördelaktigt att välja en mer högsmältande polymertyp i de finkorniga partiklarna på ytan. En högre smältpunkt medför nämligen mindre risk för att de agglomeras sinsemellan i finkorniga partiklarna u 10. 15. 20. 25. 30. 35. 456119 stället för adheras till vid pâ- läggningsoperationen. För att göra de finkorniga partiklarna att grundpartikelns yta pâ ytan speciellt svârsmälta kan de förnåtas i högre grad än grundpartiklarna.

De finkorniga partiklarna kan läggas pâ ytan av grund- partiklarna enligt såväl våt som torr metod.

Enligt en särskild utföringsform av uppfinningen framställes tonern pâ det sättet att en vattendispersion av den pigmenterade grundpartikeln bringas i kontakt med en latex av det finkorniga polymerisatet, varefter ett skyddskolloidsystem utbildas i vattendispersionen och tem- peraturen höjes så att de finkorniga partiklarna vidhäftes till grundpartikelns yta. vid lämpligen framställning enligt denna metod desaktiveras först skyddskolloidsystemet, som använts för suspensionspolymerisationssteget för grundpartiklarna. Om exempelvis vissa oorganiska pulverstabilisatorer använts som skyddskolloid kan dessa lösas upp genom att man surgör vattensuspensionen av grundpartiklar. Sedan tillsättes långsamt latexen av de finkorniga partiklarna. Därvid bör man ha sådana betingelser att latexen av finkorniga partik- lar inte faller omedelbart när den kommer ned i suspensionen risk att istället av grundpartiklar. Det föreligger nämligen då en de för att lägga sig pâ ytan av grundpartiklarna. små kornen i latexen agglomereras sinsemellan Efter en viss tids omröring har de finkorniga partik- larna fallit ut pâ grundpartiklarnas yta. Dä alkaliseras systemet för âterbildande av skyddskolloidsystemet. Därmed föreligger ingen risk för agglomerering av partiklarna då dispersionen värmes för insmältning av finkorniga partik- larna i ytan av grundpartiklarna. Därefter surgöres och tvättas. i För att ge rätt triboelektrisk laddning på tonern måste de finkorniga partiklarna pâ ytan ha bestämd tribo- laddning.

Sådana triboelektriska egenskaper kan åstadkommas genom att i efterhand utfälla ett laddningsreglerande ämne på de belagda partiklarnas yta. Om de små ytpartiklarna framställes genom mikrosuspensionspolymerisation kan ladd~ 456 10. 15. 20. 25. 30. 35. 119 ningsreglerande ämnet alternativt inblandas i monomeren före de Slutligen kan den kemiska sammansättningen av de små ytpar- att behöver tillsats sådana redan polymerisation av finkorniga partiklarna. inte på ger positiv triboelektrisk laddning är finkorniga partiklar tiklarna väljas sådan man av extra laddningsreglerare. Exempel partiklar som av polyakrylnitril eller aminohaltig monomer. Vid användning av finkorniga partiklar av polyvinylklorid, fluorpolymer etc erhålles negativ triboelektrisk laddning. - de grundpartiklarna Vid pâläggning av finkorniga partiklarna enligt metod torkas och satsas sedan i en att hålla det fördelaktigt YIOFF blandare. För pulverbädden i jämn blandning är att även inblanda större kulor exempelvis 5 mm stora glaskulor. Till pulverbädden satsas sedan de små polymerkornen som skall läggas på ytan. De små kornen kan antingen föreligga som en dispersion i lämplig vätska varvid vätskan avdunstas i pulverbädden, eller i form av ett mycket finkornigt redan torkat pulver. Pulverbäddens temperature höjes under fortsatt blandning. De finkorniga partiklarna fastnar då pâ grundpartiklarnas yta och smälter vid de högre temperaturerna delvis in i grundpartikeln.

Ett alternativt sätt att smälta fast de små polymer- de SOIII ytan på grundpartiklarna är att belagda blandas kort zon uppvârmes till 150-400°C beroende på uppehållstiden partiklarna i grundpartiklarna in i en luftström under en i den heta zonen.

Uppfinningen belyses närmare i följande utförings- exempel. I exemplen avser delar och procent viktdelar resp viktprocent, såvida inget annat anges.

Framstållning av finkorniqt polymerisat 1,8 9 satsades i Exempel 1: 40 g totalt styren, natriumdodecylsulfat och vatten 395 g 500 ml försedd omrörare och ventil för evakuering och kvävgas- till 80°C. samtidigt som till glaskolv med kylare, tillsats. värmdes Vid 80°C 3,5 Z blandningen försattes under kvävgasatmosfär. ef! Blandningen under omrörning satsades S g väteperoxid Polymerisationen fick sedan fortlöpa under 12 timmar, 10 Z-ig seed latex.

ZOO g vilket resulterade i en 0,11/Mm 120 g av ovanstående seed latex, 5 g/kg nat- S. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 456119 7 riumdodecylsulfat, 0,4 g ca S0 Z divinylbensen, 27,6 g styren och vatten till totalt 395 g, satsades i samma ut- rustning som ovan och därefter följdes samma förfarande.

Man fick på detta sätt med en partikelštorlek av 0,16 pm. en förnätad 10 Z-ig polystyrenlatex Exemgel 2: Framstållning av finkornigt polymerisat 250 g styren, 0,8 g neozapon schuarts X 51 laddnings- (frân BASF) och 2,5 g 2,2'-azobis(2,4-dimetyl- satsades i som i reglerare valeronitril) samma utrustning exempel 1. uppvårmdes masspolymerisationen fick fortgå vid 8S°C, vilket medförde viskositetsökning vid 24°C frân 10,5 till 13 sekunder (Ford- kopp, munstycke 4 mm).

Monomerblandningen och under 2 timmar en 198 g masspolymerisat, 2 g ca 50 Z divinylbensen, 7 g 2,2'-azobis(2,4~dimetylvaleronitril) emulgerades till- sammans med 828 g 3 g/kg natriumdodecylsulfat i en Ultra Turrax under någon minut.

Emulsionen satsades sedan i en tvâ~stegs Manton Gaulin homogenisator varefter 1 g natriumdodecylsulfat satsades i en 1,5 L glasautoklav som försattes under kvåvgasatmosfär. vid 65°C 12 0,19 ;m polystyren-mikrosuspen~ Emulsionen polymeriserades under timmar. Man fick pâ detta sätt en 19 Z sion med inpolymeriserad Laddningsreglerare.

Exemgel 3: Framstållning av grundpartikel Till tillfördes lösning och till Den en lösning av 2 kg 0,16 molal trinatriumfosfat under omrörning S20 g 1,0 molal kalciumklorid- slut 150 g 0,2 % natriumdodecylbensensul- erhållna späddes till 2965 g med 0,2 Z kaliumdikromatlösning och utgör disperge- fonat-lösning. nu blandningen ringsmediet. 700 g styren, 300 g butylmetakrylat, 80 g sot "Printex V" X S1 (BASF) i en pärlkvarn till en dispergerad kol-monomer-dispersion. 10 g löstes i 990 g med dispergeringsmediet (Degussa) och 3 g neozapon schwartz revs 2,2'-azobis(2,4-dimetylvaleronitril) tillsammans Bland- kol-monomer-dispersion och satsades (2965 g) till ningen försattes under kvävgasatmosfär och fick polymerisera från en autoklav. under snabb och vidare vid 85°C under 1 uppvärmning rumstemperatur timme och måttlig omrörning. Blandningen 10. 15. 20. 25. 30. 35. ii4s6119 8 kyldes till rumstemperatur, och pH justerades till ca 3 varvid 35 g 2,2'-azobis(2,4-dimetylvaleronitril) satsades.

Efter nâgra minuters omrörning justerades pH till ca 9, varvid blandningen recirkulerades genom en dispergerings- 'enhet "Ystral" (Bergius Trading AB) och emulgerades till en lämplig droppstorlek för tonerpartiklar. Autoklaven försattes pâ nytt under kvävgasatmosfär och fick polymeri- sera under 18 timmar vid 6S°C och måttlig omrörning. Där- efter kyldes suspensionen till rumstemperatur.

En delmångd av polymerisatet överfördes till ett kärl och pH justerades med HCL till 2, varvid kalciumfosfat, som fungerar som skyddskolloid löstes upp. Suspensionen filtrerades och tvättades först med surgjort vatten och därefter med rent vatten för att till slut torkas vid 35°C.

Pâ detta sätt fick man tonerpartiklar med en korn- storlek av ca 10 pm och med en laddning av -12 pC/g mot Höganäs carrier. Kopieringsförsök med tonern i Mita DC 313 Z gav inledningsvis ett bra kopieringsresultat men ganska snart försämrades reproducerbarheten pâ grund av stark vidhåftning av de sfäriska, släta tonerpartiklarna till fototrumman.

Exempel 4: Beläggning av grundpartiklarna med finkorniga partiklar 362 g 10 Z polystyrenlatex framställd enligt exempel 3, 390 g 1,5 g/kg natriumdodecylsulfat och 2 l vatten blan- dades och utgör belâggningsdispersionen. 2 kg 1,5 g/kg natriumdodecylsulfat satsades till en autoklav innehållande ett polymerisat framställd enligt exempel 3 och därefter justerades pH till 2 med HCl. Belägg- ningsdispersionen satsades under 20 minuter vid god omrör- ning, för att därefter blandas under totalt 1 timme innan temperaturen höjdes till 6S°C. Vid 65°C justerades pH med NÉ3 till 8,3 och temperaturen höjdes vidare till 90°C.

Efter mindre än S minuter vid 90°C kyldes den nu belagda tonersuspensionen till rumstemperatur.

Därefter justerades pH med HCl till 2, varvid kalcium- fosfat; som fungerar som skyddskolloid, löstes upp. Suspen- sionen filtrerades och tvättades först med surgjort vatten och därefter med rent vatten. Provet dopades därefter med ut 10. 15. 20. 25. 30. 35. 456119 9 0,05 Z neozapan schuartz X 51 upp i vatten och blandades 1 X-ig metanollösning av laddningsregleraren, fär att där- efter filtreras på nytt. Denna åtgärd ar nödvändig eftersom PS-partiklarna pâ grundpartikelns yta skärmar av effekten genom att filterkakan efter tvättningen slammades med en av laddningsregleraren i grundpartikeln.

Undersökning med scanning elektronmikroskop visade att polystyren-partiklarna hade adsorberats av grundpartik- smält flängden larna och pâ grund temperaturbehandlingen in i till polystyren-partiklar var anpassad så att ca 50 Z av grund- EV grundpartiklarna ungefär halva sin volym. partiklarnas ytor var täckta av latexpartiklarnas projice- Pâ detta sätt knottrig yta, som gav en laddning av -14@pC/g mot Höganäs Mita DC 3132 gav från början reproducerbarheten fortfarande rade yta. fick man tonerpartiklar med en carrier. Kopieringsförsók i bra kopior och var 30 000 kopior. och mycket en speciellt bra belagd bra efter Man kan notera bakgrund rena kopior. Fototrumman var endast med smâ mängder toner som lätt kunde avlägsnas.

Exempel S: Beläggning av grundpartiklarna med- finkorniga partiklar Grundpartiklar framställes på samma sätt som i exempel 3 och belades enligt exempel 2. med 218 g 19 Z-ig polystyrenlatex framställd hade till ungefär Mikroskopundersäkning visade att partiklarna smält halva sin volym och yttäckningsgraden var också här i adsorberats och in i grundpartiklarna stor- leksordningen S0 X. Pâ detta sätt fick man knottriga toner- där innehöll laddning av -17 Cpt/g. ladningsreglerare, som hade likhet med tonern enligt exempel 4 utmärkta kopieringsegen- partiklar, knottrorna gav en Denna toner också i skaper.

Exempel 6: Förfarandet enligt exempel 4 upprepades, med den skillnaden att mängden latex sänktes till 228 g.

Mikroskopundersökningen visade lägre täckningsgrad, ca 30-35 Z i 4. jämförelse med vad som erhölls enligt exempel tonerpartiklar med bättre framställda fick man kopi- än Trots detta eringsegenskaper tonerpartiklarna enligt exempel 3.

Claims (9)

456119 10 15 20 25 30 35 10 Patentkrav

1. Knottrig toner för elektrofotografisk kopiering eller elektrostatisk tryckning, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en internt pigmenterad termo- plastisk grundpartikel_ framställd genom suspensionspoly- . merisation med en medeldiameter inom intervallet 2-25 um, vars yta är belagd med ett finkornigt polymerisat fram- ställt genom emulsions eller mikrosuspensionspolymerisation med en partikelstorlek med en medeldiameter av 0,05-33% av grundpartikelns medeldiameter, varvid 20-91% av grund- partikelns yta är belagd med det finkorniga polymerisätet.

2. Toner enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att medeldiametern hos det finkorniga polymerisatet är 0,2-15% av grundpartikelns medeldiameter.

3. Toner enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d därav, att 30-80% av grundpartikelns yta är belagd med det finkorniga polymerisatet.

4. Toner enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d därav, att även det finkorniga polymerisatet är pigmenterat.

5. S. Toner enligt krav 1, 2 eller 4, k ä n n e t e c k- n a d därav, att de finkorniga partiklarnas smältpunkt ligger >10°C högre än grundpartiklarnas.

6. Toner enligt krav 1, 2, 4 eller 5, klä n n e- t e c k n a t därav, att de finkorniga partiklarna fram- ställts genom mikrosuspensionspolymerisation och innehåller ett laddningsreglerande ämne.

7. Sätt att framställa knottrig toner för elektro- fotografisk kopiering eller elektrostatisk tryckning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att en vatten- dispersion av en internt pigmenterad termoplastisk grund- partikel framställd genom suspensionspolymerisation och med en medeldiameter inom intervallet 2-25 um bringas i kontakt med en latex av ett finkornigt polymerisat med en par- tikelstorlek med en medeldiameter av 0,05-33% av grund- partikelns medeldiameter varefter ett skyddskolloidsystem utbildas i vattendispersionen och temperaturen höjes så att de finkorniga partiklarna vidhäftas vid grundpartikelns 10 456119 11 yta till en täckningsgrad av 20-91% av grundpartikelns yta.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att vattendispersionen av den pigmenterade grund- partikeln utgöres av polymerisationsserum från polymerisa- tionen av grundpartikeln.

9. Sätt enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att skyddskolloidsystemet desaktiveras innan till- satsen av latexen av det finkorniga polymerisatet, samt att skyddskolloidsystemet àterbildas höjningen. innan temperatur-