DE102011005272A1

DE102011005272A1 - Beschichtete Träger

Info

Publication number: DE102011005272A1
Application number: DE102011005272A
Authority: DE
Inventors: Daryl W. Vanbesien; Michael S. Hawkins; Corey Tracy; Richard P N. Veregin
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2011-09-29
Also published as: CA2734197C; BRPI1101384A2; RU2011108230A; US20110236815A1; CA2734197A1; GB201104890D0; US8227163B2; GB2479244A; GB2479244B; JP2011197671A; RU2538259C2; JP5632778B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung schafft Träger zur Verwendung mit Tonerzusammensetzungen. In Ausführungsformen kann ein Träger einen Kern mit einer polymeren Beschichtung auf zumindest einem Teil davon umfassen. Die Polymerbeschichtung besitzt Kationen bindende Gruppen. Verfahren zur Beschichtung solcher Träger mit der polymeren Beschichtung werden ebenfalls dargestellt.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft ganz allgemein Tonerzusammensetzungen und genauer gesagt Tonerzusammensetzungen, die beschichtete Trägerkomponenten umfassen. In Ausführungsformen können die beschichteten Trägerpartikel mit polymeren Komponenten unter Verwendung von Trockenpulververfahren hergestellt werden.
Beim elektrophotographischen Drucken werden Tonerpartikel eingesetzt, die mittels einer Vielzahl an Verfahren hergestellt werden können. Ein solches Verfahren umfasst ein Emulsion-Aggregation(„EA”)-Verfahren, das Tonerpartikel bildet, wobei bei der Bildung einer Latexemulsion Tenside verwendet werden. Siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 6,120,967 als ein Beispiel für ein solches Verfahren.
In dem EA-Verfahren können Kombinationen aus amorphen und kristallinen Polyester verwendet werden. Diese Harzkombination kann Toner einen hohen Glanz und relativ niedrige Schmelzpunkteigenschaften verleihen (die gelegentlich als niedrig schmelzend, ultraniedrig schmelzend oder ULM (ultra low melt) bezeichnet werden), was ein energieeffizienteres und schnelleres Drucken ermöglicht. Die Verwendung von Zusatzstoffen zusammen mit den EA-Tonerpartikeln kann wichtig sein, um ein optimales Betriebsverhalten des Toners zu realisieren, insbesondere im Bereich der Aufladung, wo kristalline Polyester auf der Partikeloberfläche zu einer schlechten Aufladung der A-Zone führen können.
Die Empfindlichkeit der Toneraufladung gegenüber relativer Luftfeuchtigkeit (RH, relative humidity) kann zu einem beträchtlichen Verlust an Tonerkonzentration(TC)-Spielraum führen, so dass die TC genauer kontrolliert werden muss, um eine gute Entwicklung und einen guten Hintergrund zu ermöglichen. Eine hohe triboelektrische Aufladung bei niedriger RH schränkt die Entwicklung ein, während eine geringe triboelektrische Aufladung bei hoher RH Hintergrund erzeugt und sowohl die hohe als auch die niedrige triboelektrische Aufladung führt zu einer schlechten Druckqualität.
Zudem sind die jüngsten Trends zu ultraniedrig schmelzenden (ULM)-Tonern aufgrund der Verwendung von Polyesterharzen, die möglicherweise kristalline Polyester umfassen, noch empfindlicher gegenüber der relativen Luftfeuchtigkeit. Ebenso wird mit dem Trend zu noch kleineren Tonerpartikeln die triboelektrische Aufladung und der TC-Spielraum verringert und kann keine große Ladungsdifferenz mit der Umgebung mehr vertragen. Zum Beispiel besteht bei Toner, die Partikel mit einer Größe von 4 Mikrometer oder weniger aufweisen, ein sehr viel kleinerer Spielraum zwischen Entwicklung bei geringer RH und Hintergrund bei hoher RH. So ist bei diesen Toner eine ausgezeichnete triboelektrische Aufladung/RH-Empfindlichkeit sehr wichtig.
Es bleibt ein Bedarf für die Verbesserung der Verwendung von Zusatzstoffen bei der Bildung von Toner bestehen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung schafft Träger, die den Tonern zugesetzt und in Zusammensetzungen verwendet werden können, einschließlich in elektrophotographischen Entwicklern. In Ausführungsformen kann ein Träger der vorliegenden Offenbarung einen magnetischen Kern und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns umfassen, wobei die polymere Beschichtung eine Kationen bindende Gruppe umfasst, die mindestens eine cyclische Struktur umfasst.
Zusammensetzungen, die solche Träger enthalten, werden ebenfalls geschaffen. In Ausführungsformen kann eine Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung einen Toner, der mindestens ein Harz und ein oder mehrere optionale Bestandteile wie z. B. Farbmittel, Wachse und Kombinationen davon umfasst, und einen Träger umfassen, der einen magnetischen Kern und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns umfasst, wobei die polymere Beschichtung eine Kationen bindende Gruppe, wie z. B. Kronenether, Kryptanden, Cyclene, Porphin, Porphyrine sowie Kombinationen davon umfasst.
In weiteren Ausführungsformen kann eine Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung einen mindestens ein Harz umfassenden Toner und mindestens einen Träger umfassen, wobei der Träger einen magnetischen Kern und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns umfasst, wobei die polymere Beschichtung mindestens ein Harz mit einem Kohlenstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 umfasst und eine Kationen bindende Gruppe wie z. B. Kronenether, Kryptanden, Cyclene, Porphin, Porphyrine sowie Kombinationen davon aufweist, wobei der Toner eine Aufladung der A-Zone von etwa –15 μC/g bis etwa –80 μC/g und eine Aufladung der C-Zone von etwa –15 μC/g bis etwa –80 μC/g aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Im Folgenden werden hier nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei:
1 ein Diagramm ist, das die Aufladungseigenschaften der A-Zone und C-Zone über 60 Minuten bei Trägern der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ein Diagramm ist, das die Aufladungseigenschaften der A-Zone und C-Zone über 60 Minuten bei Tonern, die Träger der vorliegenden Offenbarung umfassen, darstellt; und
3 ein Diagramm ist, das den elektrischen Widerstand bei Trägern der vorliegenden Offenbarung darstellt.
DETAILLERTE BESCHREIBUNG
In Ausführungsformen schafft die vorliegende Offenbarung Trägerpartikel, die einen Kern, in Ausführungsformen ein Kernmetall, in Ausführungsformen ein magnetisches Kernmetall, mit einer Beschichtung darüber umfassen. Die Beschichtung kann ein Polymer umfassen, das eine Kationen bindende Gruppe umfasst. Die Kationen bindende Gruppe kann Teil eines Monomers sein, das zur Bildung eines Polymers oder Copolymers verwendet wird, oder kann nach der Polymerisation separat zum Polymer gegeben werden. In Ausführungsformen kann die verwendete Beschichtung auf Polymeren mit einem hohen Kohlenstoff-zu-Sauerstoff(C/O)-Verhältnis basieren. In Ausführungsformen kann das Kationen bindende Monomer cyclisch sein. Da Toner dazu neigen, in feuchten Umgebungen Wasserdampf zu absorbieren, was zu schlechten, RH-abhängigen Aufladungsverhältnissen und schlechter Bildqualität führt, können Beschichtungsmaterialien der vorliegenden Offenbarung, die eine Kombination aus hydrophoben Monomeren mit einem hohen C/O-Verhältnis umfassen, eine beträchtliche Verbesserung der Empfindlichkeit gegenüber der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) bieten, was eine bessere RH-Empfindlichkeit des Entwicklers gegenüber Aufladung ermöglicht, wie durch das RH-abhängige Aufladungsverhältnis nachgewiesen.
Zudem verringert die Toneralterung die Wirksamkeit von Zusatzstoffen und das Betriebsverhalten fällt zurück auf die schlechte Aufladung des ursprünglichen Toners. Darüber hinaus können Zusatzstoffe die Aufladung des ursprünglichen Toners in der A-Zone nicht verbessern, was das Zusatzstoffkonzept einschränkt. Das Zufügen einer Kationen bindenden Gruppe der vorliegenden Offenbarung zu einem mit Pulver beschichteten Träger, der mit einem Harz mit einem hohen C/O-Verhältnis hergestellt wird, kann eine ausgezeichnete Aufladung des ursprünglichen Toners und RH-Empfindlichkeit und eine ausgezeichnete endgültige Toneraufladung bieten. Wie hier verwendet, kann ein hohes C/O-Verhältnis größer als 3 sein, in Ausführungsformen von etwa 3:1 bis etwa 8:1, in Ausführungsformen von etwa 3:1 bis weniger als etwa 5:1, in weiteren Ausführungsformen von etwa 5:1 bis etwa 8:1.
Träger
Für die Träger und Entwickler der vorliegenden Offenbarung können verschiedene, geeignete, feste Kernmaterialien verwendet werden. Typische Kerneigenschaften umfassen solche, die den Tonerpartikeln in Ausführungsformen ermöglichen, eine positive Ladung oder eine negative Ladung anzunehmen, und Trägerkerne, die in dem in einem elektrophotographischen Bilderzeugungsgerät vorhandenen Entwicklerbehälter wünschenswerte Fließeigenschaften ermöglichen. Weitere wünschenswerte Eigenschaften des Kerns umfassen zum Beispiel geeignete magnetische Eigenschaften, die eine Magnetbürstenbildung in Magnetbürstenentwicklungsverfahren erlauben, wünschenswerte mechanische Alterungseigenschaften und eine wünschenswerte Oberflächenmorphologie, um eine elektrische Leitfähigkeit eines beliebigen Entwicklers, der den Träger und einen geeigneten Toner umfasst, zu ermöglichen.
Beispiele für Trägerkerne, die verwendet werden können, umfassen Eisen und/oder Stahl, wie z. B. zerstäubte Eisen- oder Stahlpulver, die von der Hoeganaes Corporation oder Pomaton S. p. A (Italien) erhältlich sind; Ferrite, wie z. B. Cu/Zn-Ferrit, das zum Beispiel etwa 11 Prozent Kupferoxid, etwa 19 Prozent Zinkoxid und etwa 70 Prozent Eisenoxid enthält, einschließlich solcher, die käuflich von der D. M. Steward Corporation oder Powdertech Corporation erhältlich sind, Ni/Zn-Ferrit, das von der Powdertech Corporation erhältlich ist, Sr(Strontium)-ferrit, das zum Beispiel etwa 14 Prozent Strontiumoxid und etwa 86 Prozent Eisenoxid enthält und käuflich von der Powdertech Corporation erhältlich ist, und Ba-Ferrit; Magnetite, einschließlich der käuflich zum Beispiel von der Hoeganaes Corporation (Schweden) erhältlichen; Nickel; Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen können die erhaltenen Polymerpartikel verwendet werden, um Trägerkerne von beliebiger bekannter Art mittels verschiedener bekannter Verfahren zu beschichten, wobei diese Träger dann mit einem bekannten Toner zusammengebracht werden, um einen Entwickler für elektrophotographisches Drucken zu bilden. Weitere geeignete Trägerkerne werden zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4,937,166 , 4,935,326 und 7,014,971 dargestellt und können granuliertes Zirkon, granuliertes Silicium, Glas, Siliciumdioxid, Kombinationen davon und dergleichen umfassen. In Ausführungsformen können geeignete Trägerkerne eine mittlere Partikelgröße von zum Beispiel etwa 20 Mikrometer bis etwa 400 Mikrometer im Durchmesser, in Ausführungsformen von etwa 40 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer aufweisen.
In Ausführungsformen kann ein Ferrit als der Kern verwendet werden, das ein Metall wie z. B. Eisen und mindestens ein weiteres Metall wie z. B. Kupfer, Zink, Nickel, Mangan, Magnesium, Calcium, Lithium, Strontium, Zirkonium, Titan, Tantal, Bismut, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Strontium, Barium, Yttrium, Lanthan, Hafnium, Vanadium, Niob, Aluminium, Gallium, Silicium, Germanium, Antimon, Kombinationen davon und dergleichen umfasst.
Die polymere Beschichtung auf mindestens einem Teil der Oberfläche des Kernmetalls umfasst ein Latex. In Ausführungsformen kann ein als die Beschichtung eines Trägerkerns verwendetes Latexcopolymer mindestens ein Acrylat, Methacrylat, Kombinationen davon und dergleichen sowie ein Kationen bindendes Monomer umfassen. In Ausführungsformen kann das Acrylat ein aliphatisches Cycloacrylat sein. Geeignete Acrylate und/oder Methacrylate, die bei der Bildung der Polymerbeschichtung verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Methylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Cyclopropylacrylat, Cyclobutylacrylat, Cyclopentylacrylat, Cyclohexylacrylat, Cyclopropylmethacrylat, Cyclobutylmethacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Isobornylacrylat, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen kann eine polymere Beschichtung für den Trägerkern ein Copolymer umfassen, das sich von einem aliphatischen Cycloacrylat und mindestens einem zusätzlichen Acrylat ableitet. In weiteren Ausführungsformen kann eine Beschichtung ein Copolymer aus Cyclohexylmethacrylat mit Isobornylmethacrylat umfassen, wobei das Cyclohexylmethacrylat in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 99,9% Gew.-% des Copolymers, in Ausführungsformen von etwa 35 Gew.-% bis etwa 65 Gew.-% des Copolymers vorhanden ist und das Isobornylmethacrylat in einer Menge von etwa 99,9 Gew.-% bis etwa 0,1 Gew.-% des Copolymers, in Ausführungsformen von etwa 65 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% des Copolymers vorhanden ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Ladungskontrollmittel offenbart, das speziell entwickelt wurde, um die Aufladung des ursprünglichen Toners unter Verwendung von Tonerharzen zu verbessern, die eine funktionelle Gruppe mit ionischem Charakter enthält. Zum Beispiel kann ein negativ aufladender Toner eine ionische funktionelle Gruppe umfassen, die an die Harzkette gebunden ist und eine negative Ladung aufweist, und das kationische Gegenion kann eine positive Ladung aufweisen. Geeignete ionische funktionelle Gruppen auf dem Harz umfassen zum Beispiel Carbonsäuren und Sulfonsäuren, Salze solcher Säuren, Kombinationen davon und dergleichen. Diese Endgruppen werden üblicherweise in Tonerharzen gefunden wie zum Beispiel Acrylsäure oder β-CEA in Emulsion-Aggregation-Tonern aus Styrol/Acrylat, oder Carbonsäuren oder deren Salze in ausgestoßenen oder Emulsion-Aggregation-Polyestertonerharzen. In Ausführungsformen kann das kationische Gegenion eine Endgruppe sein, zum Beispiel H⁺, Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca²+, Al³⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, NH₄ und/oder NR₄ ⁺, wobei R Wasserstoff oder eine organische Gruppe wie z. B. eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Alkylgruppe, Kombinationen davon und dergleichen sein kann. Wie in Gleichung I unten folgend dargestellt führt die Wechselwirkung einer Kationen bindenden Gruppe auf dem Trägerharz, die mit KB bezeichnet ist, mit einem positiven Gegenion auf dem Tonerharz zu einer positiven Überführung vom Toner zum Träger, was wiederum zu einer negativen Aufladung des Toners und einer positiven Aufladung des Trägers führt. (Tonerharz)-COO^(–)(+)H + KB-(Trägerharz) → (Tonerharz)-COO^(–) + ⁽ ⁺ ⁾H:KB-(Trägerharz) (I)
Der resultierende Komplex kann sich bei geringer und hoher relativer Luftfeuchtigkeit gleich gut bilden, was eine gute RH-Empfindlichkeit bietet.
Die in der polymeren Beschichtung enthaltenen Kationen bindenden Gruppen können ein Monomer oder eine an ein Monomer gebundene funktionelle Gruppe sein, die dann an das Polymer oder Copolymer der Beschichtung polymerisiert werden kann. Alternativ kann die Kationen bindende Gruppe als ein separater Bestandteil zu einem Monomer gegeben werden, wobei das Polymer dann in ein Polymer oder Copolymer der Beschichtung umgewandelt wird. In einem weiteren alternativen Ansatz kann das Kationen bindende Monomer oder die funktionelle Gruppe in einem Lösungsmittel zusammen mit dem Beschichtungspolymer gelöst werden und zur Herstellung eines Latex verwendet werden, wie z. B. durch Phaseninversion oder dergleichen, wie in der anhängigen US-Patentanmeldung der Anmeldenummer Nr. 2010/0015544 beschrieben.
Geeignete Kationen bindende Monomere oder funktionelle Gruppen umfassen zum Beispiel solche, die eine cyclische Struktur aufweisen. In Ausführungsformen umfassen geeignete Kationen bindende Monomere oder funktionelle Gruppen Kronenetherkomplexe, Kryptanden, Cyclene, Porphin, Porphyrine, Kombinationen davon und dergleichen. Geeignete Kronenetherkomplexe umfassen zum Beispiel [12]-Krone-4, [15]-Krone-5,4-Acryloylamidobenzo[15]-krone-5, Benzo[15]-Krone-5, Methylbenzo[15]-Krone-5, Stearylbenzo[15]-Krone-5, Hydroxymethylbenzo[15]-Krone-5, Benzo[15]-Krone-5-dinitril, Aza[15]-Krone-5, Vinylbenzo[15]-Krone-5,4-Formylbenzo[15]-Krone-5 18]-Krone-6, 4-Acryloylamidobenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6, Methylbenzo[18]-Krone-6, Hydroxymethylbenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6-dinitril, Aza[18]-Krone-6, Vinylbenzo[18]-Krone-6, 4-Formylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[18]-Krone-6, Stearylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[21]-Krone-7, Dibenzo[24]-Krone-8, Bis(m-phenylen)-[32]-Krone-10, Bis(carboxy-m-phenylen)-[32]-Krone-10, Kombinationen davon und dergleichen.
Allgemeine Strukturen, die für die Kronenether geeignet sein können, umfassen in der unten folgenden Formel II dargestellte Benzokronenether und die in der unten folgenden Formel III dargestellten Dibenzokronenether:
In den Kronenethern der Strukturen II und/oder III können n und/oder m von 0 bis etwa 6 betragen, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 5. Die funktionellen Gruppen R (d. h., R₁, R₂, R₃, R₄, R₁', R₂', R₃' und R₄') können identisch oder verschieden sein und können H oder eine beliebige Alkylgruppe oder substituierte Alkylgruppe wie z. B. Methyl, Ethyl, Stearyl, Chlormethyl, Hydroxymethyl, Hydroxyethyl, Kombinationen davon und dergleichen, eine Formylgruppe, eine Carboxylgruppe oder Carboxylatgruppe oder eine beliebige aromatische Gruppe wie z. B. Phenyl oder Hydroxyphenyl, eine beliebige Halogenidgruppe, eine Nitrogruppe, eine Sulfonatgruppe, eine beliebige polymerisierbare Gruppe, einschließlich einer Vinylgruppe, Kombinationen davon und dergleichen sein.
Geeignete Kryptanden umfassen zum Beispiel 1,10-Diaza-4,7,13,16,21,24-hexaoxabicyclo[8.8.8]hexacosan, [2.2.2]Kryptand, Benzo[2.2.2]kryptand, Dibenzo[2.2.2]kryptand, Methylbenzo[2.2.2]kryptand, Bis(dimethylbenzo)[2.2.2]kryptand, Vinylbenzo[2.2.2]kryptand, Kombinationen davon und dergleichen. Geeignete Cyclene umfassen zum Beispiel 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan, Dimethylcyclen, Diacetylcyclen-12-Ane-N₄, Tetrahydroxyethyl-12-Ane-N₄, 13-Ane-N₄, 14-Ane-N₄, 15-Ane-N₄, 16-Ane-N₄, 9-Ane-N₃ 12-Ane-N₃O, Kombinationen davon und dergleichen. Porphin, auch als Porphyrin oder 21,22-Dihydroporphyrin bekannt, ist ebenfalls geeignet, wenn die Verbindung in Form der freien Base vorliegt, sodass sie kein zentrales Metallion enthält. Geeignete substituierte Porphine, die im Allgemeinen als Porphyrine bekannt sind, umfassen solche, die in Form der freien Base vorliegen und kein zentrales Metallatom enthalten und umfassen zum Beispiel meso-Tetraphenylporphyrin, Tetratolylporphyrin, Tetrabenzoporphyrin, Tetraphenylporphyrin, Phthalocyanine und Orthophenyltetraazaporphyrin, Kombinationen davon und dergleichen. Weitere geeignete Porphyrine können polymerisierbare Vinylgruppen umfassen, wie zum Beispiel 5-Mono(p-acrylamidophenyl)-10,15,20-triphenylporphin und 5,10,15,20-Tetra(α,α,α,αo-methacrylamidopheny])porphin.
In Ausführungsformen kann die Kationen bindende Gruppe mit einem Monomer wie zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, beta-Carboxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminobutylmethacrylat, Methylaminoethylmethacrylat sowie Kombinationen davon in Kontakt gebracht oder daran geknüpft werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde gefunden, dass die Zugabe eines Kationen bindenden Monomers die Überführung eines positiven Gegenions vom Toner zum Träger ermöglicht, was zu einer negativen Aufladung auf dem Toner und einer positiven Ladung auf dem Träger führt. Wenn zum Beispiel Cyclohexylmethacrylat (CHMA) und ein herkömmliches Ladungskontrollmittel wie z. B. 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat (DMAEMA) als eine Beschichtung verwendet wird, ist die Wasserabsorption stark, was ein Ladungsverhältnis von A-Zone/C-Zone von nur 0,22 bietet, so dass im Ladungsspektrographen die Q/D-Ladung in der A-Zone nur eine 5,2 mm große Verschiebung ist. Die Q/D-Aufladung in mm-Verschiebung kann durch Multiplikation mit 0,092 in eine Ladung in Femtocoulomb pro Mikrometer umgerechnet werden. Wenn die Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung mit höheren C/O-Verhältnissen in Kombination mit Kationen bindenden Monomeren verwendet werden, wird die Menge an Wasseradsorption allmählich weniger. Das höhere C/O-Verhältnis verbessert die RH-Empfindlichkeit beträchtlich und kann in Ausführungsformen eine Höhe von 0,41 erreichen, sodass die Q/D-Aufladungsverschiebung in der A-Zone 12,6 mm beträgt. Auch die C-Zonenaufladung wird durch Verwendung der Kationen bindenden Monomere erhöht, und zwar von einer Q/D-Aufladungsverschiebung von 23,2 mm bei CHMA und einem herkömmlichen Ladungskontrollmittel zu einer Q/D-Ladungsverschiebung von 33,3 mm bei Verwendung des Kationen bindenden Monomers der vorliegenden Offenbarung mit CHMA.
So kann die A-Zonenaufladung in Ausführungsformen von etwa –15 bis etwa –60 Mikrocoulomb pro Gramm (μC/g), in Ausführungsformen von etwa –20 bis etwa –55 μC/g betragen, während die C-Zonenaufladung von etwa –15 bis etwa –60 μC/g, in Ausführungsformen von etwa –20 bis etwa –55 μC/g betragen kann. Das Verhältnis von A-Zonenaufladung zu C-Zonenaufladung, das hierin gelegentlich in Ausführungsformen als das Verhältnis der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) bezeichnet wird, kann von etwa 0,40 bis etwa 1,0, in Ausführungsformen von etwa 0,6 bis etwa 0,8 betragen.
Verfahren zur Bildung der polymeren Beschichtung liegen innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten und umfassen in Ausführungsformen Emulsionspolymerisation der für die Bildung der polymeren Beschichtung verwendeten Monomere.
Im Polymerisationsverfahren können die Reaktanden in einen geeigneten Reaktor, wie z. B. einen Mischbehälter, gegeben werden. Die geeignete Menge an Ausgangsmaterialien kann gegebenenfalls in einem Lösungsmittel gelöst werden, zu der Lösung kann ein optionaler Initiator gegeben und mit mindestens einem Tensid zur Bildung einer Emulsion in Kontakt gebracht werden. In der Emulsion kann ein Copolymer gebildet werden, das anschließend gewonnen und als polymere Beschichtung für einen Trägerpartikel verwendet werden kann. Sofern verwendet, umfassen geeignete Lösungsmittel Wasser und/oder organische Lösungsmittel, einschließlich Toluol, Benzol, Xylol, Tetrahydrofuran, Aceton, Acetonitril, Tetrachlorkohlenstoff, Chlorbenzol, Cyclohexan, Diethylether, Dimethylether, Dimethylformamid, Heptan, Hexan, Methylenchlorid, Pentan, Kombinationen davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt.
In Ausführungsformen kann der Latex zur Bildung der polymeren Beschichtung in einer wässrigen, ein Tensid oder Cotensid enthaltenden Phase hergestellt werden, gegebenenfalls unter einem Inertgas wie z. B. Stickstoff. Tenside, die mit dem Harz zur Bildung einer Latexdispersion verwendbar sind, können ionische oder nichtionische Tenside in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 15 Gewichtsprozent der Feststoffe und in Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Feststoffe sein.
Anionische Tenside, die verwendet werden können, umfassen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und Sulfonate, Säuren wie z. B. Abietinsäure, die von Aldrich erhältlich ist, NEOGEN R^TM, NEOGEN SC^TM, erhalten von Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Kombinationen davon, und dergleichen. Weitere geeignete anionische Tenside umfassen in Ausführungsformen DOWFAX^TM 2A1, ein Alkyldiphenyloxid-disulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), bei dem es sich um verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate handelt. In Ausführungsformen können Kombinationen dieser Tenside und jedem der vorhergehenden anionischen Tenside verwendet werden.
Beispiele für kationische Tenside umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Ammoniumsalze, zum Beispiel Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, C12-, C15-, C17-Trimethylammoniumbromide, Kombinationen davon und dergleichen. Andere kationische Tenside umfassen Cetylpyridiniumbromid, Halogenidsalze von quarternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL und ALKAQUAT, erhältlich von der Alkaril Chemical Company, SANISOL (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen umfasst ein geeignetes kationisches Tensid SANISOL B-50, erhältlich von der Kao Corp., das hauptsächlich aus Benzyldimethylalkoniumchlorid besteht.
Beispiele für nichtionische Tenside umfassen Alkohole, Säuren und Ether, zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlauryleth er, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitan-monolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxy-poly(ethylenoxy)ethanol, Kombinationen davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt. In Ausführungsformen können kommerziell erhältliche Tenside von Rhone-Poulenc wie z. B. IGEPAL CA-210^TM, IGEPAL CA-520^TM, IGEPAL CA-720^TM, IGEPAL CO-890^TM, IGEPAL CO-720^TM, IGEPAL CO-290^TM, IGEPAL CA-210^TM, ANTAROX 890^TM und ANTAROX 897^TM verwendet werden.
Die Wahl bestimmter Tenside oder Kombinationen davon, sowie die von jedem zu verwendenden Mengen liegen innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns.
In Ausführungsformen können zur Bildung des Latex, das für die Bildung der polymeren Beschichtung eingesetzt wird, Initiatoren zugesetzt werden. Beispiele für geeignete Initiatoren umfassen wasserlösliche Initiatoren, wie z. B. Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat, sowie organisch lösliche Initiatoren, einschließlich organischer Peroxide und Azoverbindungen, einschließlich Vazoperoxide, wie z. B. VAZO 64^TM, 2-Methyl-2-2'-azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2-2'-Azobisisobutyramid-dehydrat, sowie Kombinationen davon. Andere wasserlösliche Initiatoren, die verwendet werden können, umfassen Azoamidin-Verbindungen, zum Beispiel 2,2'-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-hydroxyphenyl)-2-methylpropionamidin]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-amino-phenyl)-2-methylpropionamidin]-tetrahydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N-(phenylmethyl)propionamidin]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N-2-propenylpropionamidin]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(2-hydroxy-ethyl)-2-methylpropionamidin]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(5-methyl-2-imidazolin-2-yl)propan]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(4,5,6,7-tetrahydro-1H-1,3-diazepin-2-yl)propan]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(5-hydroxy-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]-dihydrochlorid, 2,2'-Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}-dihydrochlorid, Kombinationen davon, und dergleichen.
Initiatoren können in geeigneten Mengen zugegeben werden, wie z. B. von etwa 0,1 bis etwa 8 Gewichtsprozent, und in Ausführungsformen von etwa 0,2 bis etwa 5 Gewichtsprozent der Monomere.
Bei der Bildung der Emulsionen können die Ausgangsmaterialien, Tensid, optionales Lösungsmittel und optionaler Initiator unter Verwendung von beliebigen Mitteln innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten kombiniert werden. In Ausführungsformen kann die Reaktionsmischung von etwa 1 Minute bis etwa 72 Stunden lang vermischt werden, in Ausführungsformen von etwa 4 Stunden bis etwa 24 Stunden lang (obwohl Zeiträume außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können), während die Temperatur bei etwa 10°C bis etwa 100°C, in Ausführungsformen etwa 20°C bis etwa 90°C, in weiteren Ausführungsformen etwa 45°C bis etwa 75°C gehalten wird, obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
Fachleute werden erkennen, dass die Optimierung der Reaktionsbedingungen, Temperaturen und Initiatorbeladung variiert werden kann, um Polyester mit verschiedenen Molekulargewichten zu erzeugen, und das strukturell verwandte Ausgangsmaterialien unter Verwendung vergleichbarer Techniken polymerisiert werden können.
Sobald das als die Beschichtung für einen Träger verwendete Copolymer gebildet wurde, kann es mittels einer beliebigen Technik innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten aus der Emulsion gewonnen werden, einschließlich Filtration, Trocknen, Zentrifugieren, Sprühtrocknen, Kombinationen davon und dergleichen.
Sobald es erhalten wurde, kann das als Beschichtung für einen Träger verwendete Copolymer in Ausführungsformen mittels eines beliebigen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten, einschließlich Gefriertrocknen, gegebenenfalls in einem Vakuum, Sprühtrocknen, Kombinationen davon und dergleichen, zu Pulverformen getrocknet werden.
Partikel des Copolymers können eine Größe von etwa 40 bis etwa 200 Nanometern, in Ausführungsformen von etwa 60 bis etwa 120 Nanometern aufweisen.
Wenn die Partikelgröße der getrockneten polymeren Beschichtung zu groß ist, können die Partikel in Ausführungsformen einer Homogenisierung oder Ultraschallbehandlung unterzogen werden, um die Partikel weiter zu dispergieren und alle Agglomerate oder lose gebundenen Partikel auseinander zu brechen, wodurch Partikel mit den oben aufgeführten Größen erhalten werden. Wird ein Homogenisator verwendet (das heißt, eine stark scherende Vorrichtung), kann dieser mit einer Geschwindigkeit von etwa 6.000 UpM bis etwa 10.000 UpM, in Ausführungsformen von etwa 7.000 UpM bis etwa 9.750 UpM, über einen Zeitraum von etwa 0,5 Minuten bis etwa 60 Minuten, in Ausführungsformen von etwa 5 Minuten bis etwa 30 Minuten betrieben werden, obwohl Geschwindigkeiten und Zeiträume außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
Die als die Trägerbeschichtung verwendeten Polymere können ein mittels Gel-Permeationschromatographie (GPC) gemessenes, zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von zum Beispiel etwa 60.000 bis etwa 400.000, in Ausführungsformen von etwa 170.000 bis etwa 280.000 und ein mittels Gel-Permeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmtes, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (M) von zum Beispiel etwa 200.000 bis etwa 800.000, in Ausführungsformen von etwa 400.000 bis etwa 600.000 aufweisen.
Die als Trägerbeschichtung verwendeten Polymere können eine Glasübergangstemperatur (Tg) von etwa 85°C bis etwa 140°C, in Ausführungsformen von etwa 100°C bis etwa 130°C aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Trägerbeschichtung eine leitfähige Komponente umfassen. Geeignete leitfähige Komponenten umfassen zum Beispiel Kohlenstoffschwarz.
Zu dem Träger kann eine Anzahl an Zusatzstoffen gegeben werden, zum Beispiel ladungsverstärkende Zusatzstoffe, einschließlich partikulärer Aminharze wie z. B. Melamin und bestimmte Fluorpolymerpulver, wie z. B. Alkylaminoacrylate und -methacrylate, Polyamide, und fluorierte Polymere wie z. B. Polyvinylidinfluorid und Poly(tetrafluorethylen) sowie Fluoralkylmethacrylate, wie z. B. 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat. Weitere ladungsverstärkende Zusatzstoffe, die verwendet werden können, umfassen quartäre Ammoniumsalze, einschließlich Distearyldimethylammoniummethylsulfat (DDAMS), Ammonium-, Natrium- und Wasserstoff- bis [1-[(3,5-disubstitutiertes 2-hydroxyphenyl)azo]-3-(monosubstituiertes-2-naphthalinolato(2-)]chromat(1-) (TRH), Cetylpyridiniumchlorid (CPC), FANAL PINK^® D4830, Kombinationen davon und dergleichen, sowie andere bekannte Ladungszusatzstoffe oder Additive. Die Ladungszusatzstoffkomponenten können in verschiedenen Mengen gewählt werden, wie z. B. von etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent und von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent, zum Beispiel basierend auf der Summe der Gewichte von Polymer/Copolymer, leitfähiger Komponente und anderen Ladungszusatzstoffkomponenten. Diese Komponenten können mittels Walzenmischen, Trommellackieren, Mahlen, Schütteln, elektrostatischem Beschichten in einer Pulverwolke, Wirbelschicht, elektrostatischer Scheibenzerstäubung und elektrostatischem Vorhang, wie z. B. im US-Patent Nr. 6,042,981 beschrieben, eingefügt werden, und wobei die Trägerbeschichtung auf den Trägerkern entweder in einem Drehrohrofen oder durch Passieren durch eine erhitzte Extrusionsapparatur verschmolzen wird.
Leitfähigkeit ist für die halbleitende Magnetbürstenentwicklung wichtig, um eine gute Entwicklung von festen Bereichen zu ermöglichen, die ansonsten schwach entwickelt werden können. Es wurde gefunden, dass der Zusatz der polymeren Beschichtung der vorliegenden Offenbarung, gegebenenfalls mit einer leitfähigen Komponente wie z. B. Kohlenstoffschwarz, zu Trägern mit verringerter triboelektrischer Reaktion des Entwicklers bei Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit um etwa 20 Prozent bis etwa 90 Prozent, in Ausführungsformen von etwa 40 Prozent bis etwa 80 Prozent führen können, dass die Aufladung beständiger ist, wenn die sich die relative Luftfeuchtigkeit verändert, und dass es so bei hoher Luftfeuchtigkeit zu einer geringeren Verringerung der Aufladung kommt, was den Hintergrundtoner auf Ausdrucken verringert, und bei geringer relativer Luftfeuchtigkeit zu einer geringeren Zunahme der Aufladung und nachfolgend einem geringeren Verlust an Entwicklung, was zu einer verbesserten Bildqualitätsleistung aufgrund der verbesserten optischen Dichte führt.
Wie oben beschrieben, kann die polymere Beschichtung in Ausführungsformen getrocknet werden und anschließend auf den Kernträger als trockenes Pulver aufgebracht werden. Pulverbeschichtungsverfahren unterscheiden sich von herkömmlichen Lösungsbeschichtungsverfahren. Lösungsbeschichten erfordert ein Beschichtungspolymer, dessen Zusammensetzung und Molekulargewichtseigenschaften dem Harz eine Löslichkeit in einem Lösungsmittel in dem Beschichtungsverfahren zu ermöglichen. Dies erfordert typischerweise ein relatives geringes Mw, verglichen mit Pulverbeschichtungen, was nicht die widerstandsfähigste Beschichtung bietet. Das Pulverbeschichtungsverfahren erfordert keine Löslichkeit in Lösungsmittel, erfordert jedoch, dass das Harz als Partikel mit einer Partikelgröße von etwa 10 nm bis etwa 2 Mikrometern, in Ausführungsformen von etwa 30 nm bis etwa 1 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von etwa 50 nm bis etwa 400 nm beschichtet werden muss.
Beispiele für Verfahren, die zur Aufbringung der Pulverbeschichtung verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Kombinieren des Trägerkernmaterials und Copolymerbeschichtung mittels Kaskadenwalzmischen, Trommellackieren, Mahlen, Schütteln, elektrostatischem Beschichten in einer Pulverwolke, Wirbelschicht, elektrostatischer Scheibenzerstäubung, elektrostatischem Vorhang, Kombinationen davon und dergleichen. Wenn die mit Harz beschichteten Trägerpartikel mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens hergestellt werden, kann der Großteil des Beschichtungsmaterials auf die Trägeroberfläche aufgeschmolzen werden kann, wodurch die Anzahl an Stellen mit Tonerimpaktion auf dem Träger verringert wird. Ein Verschmelzen der polymeren Beschichtung kann mittels mechanischer Impaktion, elektrostatischer Anziehung, Kombinationen davon und dergleichen erfolgen.
Nach dem Aufbringen der Copolymere auf den Kern kann das Erhitzen gestartet werden, um ein Fließen des Beschichtungsmaterials über die Oberfläche des Trägerkerns zu ermöglichen. Die Konzentration des Beschichtungsmaterials, in Ausführungsformen der Pulverpartikel, und die Parameter des Erhitzens können so gewählt werden, dass die Bildung eines kontinuierlichen Films der Beschichtungspolymere auf der Oberfläche des Trägerkerns ermöglicht wird oder dass eine selektive Beschichtung nur von gewählten Bereichen des Trägerkerns ermöglicht wird. In Ausführungsformen kann der Träger mit der polymeren Pulverbeschichtung über einen Zeitraum von zum Beispiel etwa 10 Minuten bis etwa 180 Minuten, in Ausführungsformen von etwa 15 Minuten bis etwa 60 Minuten auf eine Temperatur von etwa 170°C bis etwa 280°C, in Ausführungsformen von etwa 190°C bis etwa 240°C erhitzt werden, um der Polymerbeschichtung ein Schmelzen und Verschmelzen mit den Trägerkernpartikeln zu ermöglichen. Nach dem Einbau des Mikropulvers auf der Oberfläche des Trägers kann das Erhitzen gestartet werden, um ein Fließen des Beschichtungsmaterials über die Oberfläche des Trägerkerns zu ermöglichen. In Ausführungsformen kann das Mikropulver entweder in einem Drehrohrofen oder durch Passieren lassen durch eine erhitzte Extrusionsapparatur mit dem Trägerkern verschmolzen werden. Siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. 6,355,391.
In Ausführungsformen umfasst die Beschichtungsbedeckung von etwa 10 Prozent bis etwa 100 Prozent des Trägerkerns. Wenn gewählte Bereiche des metallischen Trägerkerns unbeschichtet oder exponiert bleiben, können die Trägerpartikel elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen, wenn das Kernmaterial ein Metall ist.
Die beschichteten Trägerpartikel können anschließend gekühlt werden, in Ausführungsformen auf Raumtemperatur, und zur Verwendung bei der Bildung eines Einwicklers gewonnen werden.
In Ausführungsformen können Träger der vorliegenden Offenbarung einen Kern umfassen, in Ausführungsformen einen Ferritkern, mit einer Größe von etwa 20 μm bis etwa 100 μm, in Ausführungsformen von etwa 30 μm bis etwa 75 μm, der mit etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,7 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der gegebenenfalls Kohlenstoffschwarz umfassenden Polymerbeschichtung der vorliegenden Offenbarung beschichtet ist.
So können mit den Trägerzusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Entwickler mit gewählten triboelektrischen Aufladungseigenschaften und/oder Leitfähigkeitswerten unter Verwendung einer Anzahl an verschiedenen Kombinationen formuliert werden.
Toner
Die so hergestellten beschichteten Träger können dann mit Tonerharzen, die gegebenenfalls Farbmittel aufweisen, zur Bildung eines Entwicklers der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden.
Bei der Bildung eines Toners der vorliegenden Offenbarung kann ein beliebiges Latexharz eingesetzt werden. Solche Harze können ihrerseits aus einem beliebigen, geeigneten Monomer hergestellt werden. In Abhängigkeit von dem bestimmten, einzusetzenden Polymer kann ein beliebiges, eingesetztes Monomer gewählt werden.
In Ausführungsformen können die Harze ein amorphes Harz, ein kristallines Harz und/oder eine Kombination davon sein. In weiteren Ausführungsformen kann das zur Bildung des Harzes verwendete Polymer ein Polyesterharz sein, einschließlich der in den US-Patenten Nr. 6,593,049 und 6,756,176 beschriebenen. Geeignete Harze können auch eine Mischung aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz umfassen, wie sie im US-Patent Nr. 6,830,860 beschrieben werden.
In Ausführungsformen kann das Harz ein Polyesterharz sein, das durch Reaktion eines Diols mit einer Dicarbonsäure in Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet wird. Geeignete organische Diole zur Bildung eines kristallinen Polyesters umfassen aliphatische Diole mit von etwa 2 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen, wie z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und dergleichen, sowie aliphatische Alkalisulfodiole wie z. B. Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol, Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol, Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol, Mischungen davon und dergleichen. Das aliphatische Diol kann zum Beispiel in einer Menge von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent, in Ausführungsformen von etwa 42 bis etwa 55 Molprozent, in Ausführungsformen von etwa 45 bis etwa 53 Molprozent ausgewählt werden (obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können) und das aliphatische Alkali-sulfodiol kann in einer Menge von etwa 0 bis etwa 10 Molprozent, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 4 Molprozent des Harzes ausgewählt werden.
Beispiele für organische, zur Herstellung von kristallinen Harzen ausgewählte Dicarbonsäuren oder Diester, einschließlich Vinyldicarbonsäuren oder Vinyldiester, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacensäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, einen Diester oder ein Anhydrid davon sowie eine organische Alkalisulfodicarbonsäure wie z. B. Natrium-, Lithium- oder Kaliumsalze von Dimethyl-5-sulfoisophtalat, Dialkyl-5-sulfoisophthalat-4-sulfo-1,8-naphthalinsäureanhydrid, 4-Sulfophthalsäure, Dimethyl-4-sulfophthalat, Dialkyl-4-sulfophthalat, 4-Sulfophenyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, 6-Sulfo-2-naphthyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, Sulfoterephthalsäure, Dimethyl-sulfoterephthalat, 5-Sulfoisophthalsäure, Dialkyl-sulfoterephthalat, Sulfoethandiol, 2-Sulfopropandiol, 2-Sulfobutandiol, 3-Sulfopentandiol, 2-Sulfohexandiol, 3-Sulfo-2-methylpentandiol, 2-Sulfo-3,3-dimethylpentandiol, Sulfo-p-hydroxybenzoesäure, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethansulfonat oder Mischungen davon. Die organische Dicarbonsäure kann in Ausführungsformen in einer Menge von zum Beispiel etwa 40 bis etwa 60 Molprozent, in Ausführungsformen von etwa 42 bis etwa 52 Molprozent, in Ausführungsformen von etwa 45 bis etwa 50 Molprozent ausgewählt werden und die aliphatische Alkalisulfodicarbonsäure kann in einer Menge von etwa 1 bis etwa 10 Molprozent des Harzes ausgewählt werden.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Mischungen davon und dergleichen. Spezifische kristalline Harze können auf Polyester basieren, wie z. B. Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuccinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebacat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), Poly(decylensebacat), Poly(dodecylensebacat), Poly(decylendecanoat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylensebacat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendecanoat), Copoly(ethylenfumarat)-copoly(ethylendodecanoat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkalicopoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensuccinat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensebacat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), sowie Kombinationen davon, wobei Alkali ein Metall wie Natrium, Lithium oder Kalium ist. Beispiele für Polyamide umfassen Poly(ethylenadipamid), Poly(propylenadipamid), Poly(butylenadipamid), Poly(pentylenadipamid), Poly(hexylenadipamid), Poly(octylenadipamid), Poly(ethylensuccinimid), und Poly(propylensebacamid). Beispiele für Polyimide umfassen Poly(ethylenadipimid), Poly(propylenadipimid), Poly(butylenadipimid), Poly(pentylenadipimid), Poly(hexylenadipimid), Poly(octylenadipimid), Poly(ethylensuccinimid), Poly(propylensuccinimid), und Poly(butylensuccinimid).
Das kristalline Harz kann zum Beispiel in einer Menge von etwa 5 bis etwa 50 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten, in Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 35 Gewichtsprozent der Tonerkomponenten vorhanden sein. Das kristalline Harz kann verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, zum Beispiel von etwa 30°C bis etwa 120°C, in Ausführungsformen von etwa 50°C bis etwa 90°C. Das kristalline Harz kann ein mittels Gel-Permeationschromatographie (GPC) gemessenes zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n), von zum Beispiel etwa 1.000 bis etwa 50.000, in Ausführungsformen von etwa 2.000 bis etwa 25.000 und ein mittels Gel-Permeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmtes, gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (M_w) von zum Beispiel etwa 2.000 bis etwa 100.000, in Ausführungsformen von etwa 3.000 bis etwa 80.000 aufweisen. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann zum Beispiel von etwa 2 bis etwa 6, in Ausführungsformen von etwa 3 bis etwa 4 betragen.
Beispiele für zur Herstellung von amorphen Polyester eingesetzte Dicarbonsäuren oder Diester, einschließlich Vinyldicarbonsäuren oder Vinyldiester, umfassen Dicarbonsäuren oder Diester wie z. B. Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbemsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat sowie Kombinationen davon. Die organischen Dicarbonsäuren oder Diester können zum Beispiel in einer Menge von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Harzes, in Ausführungsformen von etwa 42 bis etwa 52 Molprozent des Harzes, in Ausführungsformen von etwa 45 bis etwa 50 Molprozent des Harzes vorhanden sein. Beispiele für Alkylenoxidaddukte von Bisphenol umfassen Polyoxypropylen-(2.2)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan, Polyoxypropylen-(3.3)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan, Polyoxyethylen-(2.0)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan, Polyoxyethylen(2.2)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan, Polyoxypropylen-(2.0)-polyoxyethylen-(2.0)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan und Polyoxypropylen-(6)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)propan. Diese Verbindungen können allein oder als eine Kombination aus zwei oder mehreren Verbindungen davon verwendet werden. Beispiele für weitere Diole, die bei der Erzeugung der amorphen Polyester verwendet werden können, umfassen 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, Pentandiol, Hexandiol, 2,2-Dimethylpropandiol, 2,2,3-Trimethylhexandiol, Heptandiol, Dodecandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol, Xyloldimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Dibutylen sowie Kombinationen davon. Die Menge an gewählten, organischen Diolen kann variieren, aber sie können zum Beispiel in einer Menge von etwa 40 bis etwa 60 Molprozent des Harzes, in Ausführungsformen von etwa 42 bis etwa 55 Molprozent des Harzes, in Ausführungsformen von etwa 45 bis etwa 53 Molprozent des Harzes vorhanden sein. Polykondensationskatalysatoren, die bei der Bildung von entweder kristallinen oder amorphen Polyester eingesetzt werden können, umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide wie z. B. Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinnverbindungen wie z. B. Dibutylzinndilaurat und Dialkylzinnoxid-hydroxide wie z. B. Butylzinnoxid-hydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinn(II)-oxid oder Kombinationen davon. Solche Katalysatoren können in Mengen von zum Beispiel etwa 0,01 Molprozent bis etwa 5 Molprozent eingesetzt werden, basierend auf der Ausgangsdicarbonsäure oder dem Ausgangsdiester, die für die Erzeugung des Polyesterharzes verwendet werden.
In Ausführungsformen umfassen geeignete amorphe Harze Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Kombinationen davon und dergleichen. Beispiele für amorphe Harze, die verwendet werden können, umfassen alkalisulfonierte Polyesterharze, verzweigte alkalisulfonierte Polyesterharze, alkalisulfonierte Polyimidharze und verzweigte alkalisulfonierte Polyimidharze. Alkalisulfonierte Polyesterharze können in Ausführungsformen von Nutzen sein, wie z. B. die Metall- oder Alkalisalze von Copoly(ethylenterephthalat)-copoly(ethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenterephthalat)-copoly(propylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(diethylenterephthalat)-copoly(diethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylendiethylenterephthalat)-copoly(propylendiethylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propylenbutylenterephthalat)-copoly(propylenbutylen-5-sulfoisophthalat), Copoly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(propoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfoisophthalat), Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-fumarat)-copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sultoisophthalat) und Copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-maleat)-copoly(ethoxyliertes Bisphenol-A-5-sulfoisophthalat, wobei das Alkalimetall zum Beispiel ein Natrium-, Lithium- oder Kaliumion ist.
In Ausführungsformen kann, wie oben dargestellt, ein ungesättigtes, amorphes Polyesterharz als ein Latexharz verwendet werden. Beispiele für solche Harze umfassen solche, die im US-Patent Nr. 6,063,827 beschrieben sind. Beispielhafte ungesättigte, amorphe Polyesterharze umfassen Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-fumarat), Poly(1,2-propylen-fumarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-maleat), Poly(1,2-propylen-maleat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-co-ethoxyliertes Bisphenol-co-itaconat), Poly(1,2-propylen-itaconat) sowie Kombinationen davon, sind aber nicht darauf beschränkt.
Des Weiteren kann in Ausführungsformen ein kristallines Polyesterharz in dem bindenden Harz enthalten sein. Das kristalline Polyesterharz kann aus einer Säurekomponente (Dicarbonsäure) und einer Alkoholkomponente (Diol) synthetisiert werden. Im Folgenden deutet eine „von Säure abgeleitete Komponente” auf eine konstituierende Einheit hin, die vor der Synthese eines Polyesterharzes ursprünglich eine Säurekomponente war, und eine „von Alkohol abgeleitete Komponente” deutet auf eine konstituierende Einheit hin, die vor der Synthese des Polyesterharzes eine alkoholische Komponente war.
Ein „kristallines Polyesterharz” meint eines, das bei der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) nicht eine schrittweise endotherme Mengenveränderung zeigt, sondern einen klaren endothermen Peak. Ein Polymer, das durch Copolymerisation der Hauptkette des kristallinen Polyesters und mindestens einer weiteren Komponente erhalten wurde, wird jedoch ebenfalls als kristalliner Polyester bezeichnet, wenn die Menge der weiteren Komponente 50 Gew.-% oder weniger beträgt.
Als die von Säure abgeleitete Komponente kann eine aliphatische Dicarbonsäure verwendet werden, wie z. B. eine Carbonsäure mit unverzweigter Kette. Beispiele für Carbonsäuren mit unverzweigter Kette umfassen Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacensäure, 1,9-Nonandicarbonsäure, 1,10-Decandicarbonsäure, 1,1-Undecandicarbonsäure, 1,12-Dodecandicarbonsäure, 1,13-Tridecandicarbonsäure, 1,14-Tetradecandicarbonsäure, 1,16-Hexadecandicarbonsäure und 1,18-Octadecandicarbonsäure sowie niedere Alkylester und Säureanhydride davon. Unter diesen können Säuren mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen wünschenswert sein, um einen geeigneten kristallinen Schmelzpunkt und Ladungseigenschaften zu ergeben. Um die Kristallinität zu verbessern, kann die Carbonsäure mit unverzweigter Kette in einer Menge von etwa 95 Mol-% oder mehr der Säurekomponente vorhanden sein und in Ausführungsformen von mehr als etwa 98 Mol-% der Säurekomponente.
Weitere Säuren sind nicht besonders eingeschränkt und Beispiele dafür umfassen herkömmlicherweise bekannte zweiwertige Carbonsäuren und zweiwertige Alkohole, zum Beispiel die im „Polymer Data Handbook: Basic Edition” (Soc. Polymer Science, Japan Ed.: Baihukan) beschriebenen. Spezifische Beispiele der Monomerkomponenten umfassen als zweiwertige Carbonsäure zweibasige Säuren wie Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure und Cyclohexandicarbonsäure sowie deren Anhydride und niedere Alkylester sowie Kombinationen davon und dergleichen.
Als die von Säure abgeleitete Komponente kann auch eine Komponente wie eine von einer Dicarbonsäure abgeleiteten Komponente mit einer Sulfonsäuregruppe verwendet werden.
Die Dicarbonsäure mit einer Sulfonsäuregruppe kann wirksam sein, um eine ausgezeichnete Dispersion eines farbgebenden Mittels wie z. B. eines Pigments zu erhalten. Darüber hinaus ermöglicht eine Sulfonsäuregruppe, wenn ein ganzes Harz zur Bildung eines Tonermutterpartikels in Wasser emulgiert oder suspendiert wird, das Emulgieren oder Suspendieren des Harzes ohne ein Tensid. Beispiele solcher Dicarbonsäuren mit einer Sulfongruppe umfassen Natrium-2-sulfoterephthalat, Natrium-5-sulfoisophthalat und Natrium-sulfosuccinat, sind aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus können zum Beispiel auch niedere Alkylester und Säureanhydride solcher Dicarbonsäuren mit einer Sulfongruppe eingesetzt werden. Unter diesen kann hinsichtlich der Kosten Natrium-5-sulfoisophthalat und dergleichen erwünscht sein. Der Gehalt der Dicarbonsäure mit einer Sulfonsäuregruppe kann von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 2 Mol-%, in Ausführungsformen von etwa 0,2 Mol-% bis etwa 1 Mol-% betragen. Wenn der Gehalt mehr als etwa 2 Mol-% beträgt, können sich die Aufladungseigenschaften verschlechtern. Hier gibt „Komponente Mol-%” den Prozentsatz an, wenn die Gesamtmenge von jeder der Komponenten (von Säure abgeleitete Komponente und von Alkohol abgeleitete Komponente) im Polyesterharz als 1 Einheit (Mol) angenommen wird.
Als Alkoholkomponente können aliphatische Dialkohole verwendet werden. Beispiele dafür umfassen Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,11-Dodecandiol, 1,12-Undecandiol, 1,13-Tridecandiol, 1,14-Tetradecandiol, 1,18-Octadecandiol und 1,20-Eicosandiol. Unter diesen können solche mit etwa 6 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen verwendet werden, um wünschenswerte, kristalline Schmelzpunkte und Ladungseigenschaften zu ergeben. Um die Kristallinität zu erhöhen, kann es von Nutzen sein, Dialkohole mit unverzweigter Kette in einer Menge von etwa 95 Mol-% oder mehr, in Ausführungsformen etwa 98 Mol-% oder mehr einzusetzen.
Beispiele für weitere zweiwertige Alkohole, die verwendet werden können, umfassen Bisphenol A, hydriertes Bisphenol A, Bisphenol A-Ethylenoxidaddukt, Bisphenol A-Propylenoxidaddukt, 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, 1,3-Butandiol, Neopentylglykol, Kombinationen davon und dergleichen. Zur Einstellung der Säurezahl und Hydroxylzahl können die folgenden verwendet werden: einwertige Säuren wie z. B. Essigsäure und Benzoesäure, einwertige Alkohole wie z. B. Cyclohexanol und Benzylalkohol; Benzoltricarbonsäure, Naphthalintricarbonsäure und deren Anhydride und niedere Alkylester, dreiwertige Alkohole wie z. B. Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan und Pentaerythrit sowie Kombinationen davon und dergleichen.
Die kristallinen Polyesterharze können unter Verwendung von gebräuchlichen, bekannten Verfahren aus einer Kombination von Komponenten synthetisiert werden, die aus den oben genannten Monomerkomponenten ausgewählt werden. Beispielhafte Verfahren umfassen das Esteraustauschverfahren und das Verfahren der direkten Polykondensation, die jeweils für sich oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können. Das Molverhältnis (Säurekomponente/Alkoholkomponente) bei der Reaktion der Säurekomponente und Alkoholkomponente kann in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen variieren. Bei der direkten Polykondensation beträgt das Molverhältnis im Allgemeinen etwa 1:1. Beim Esteraustauschverfahren kann ein Monomer wie z. B. Ethylenglykol, Neopentylglykol oder Cyclohexandimethanol, das unter Vakuum abdestilliert werden kann, im Überschuss eingesetzt werden.
Beispiele für weitere geeignete Harze oder Polymere, die eingesetzt werden können, umfassen Poly(β-carboxyethylacrylat), Poly(styrol-butadien), Poly(methylstyrol-butadien), Poly(methylmethacrylat-butadien), Poly(ethylmethacrylat-butadien), Poly(propylmethacrylatbutadien), Poly(butylmethacrylat-butadien), Poly(methylacrylat-butadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylat-butadien), Poly(butylacrylat-butadien), Poly(styrol-isopren), Poly(methylstyrol-isopren), Poly(methylmethacrylat-isopren), Poly(ethylmethacrylat-isopren), Poly(propylmethacrylat-isopren), Poly(butylmethacrylat-isopren), Poly(methylacrylat-isopren), Poly(ethylacrylat-isopren), Poly(propylacrylat-isopren), Poly(butylacrylat-isopren), Poly(styrol-propylacrylat), Poly(styrol-butylacrylat), Poly(styrol-butadien-acrylsäure), Poly(styrol-butadien-methacrylsäure), Poly(styrol-butadien-acrylnitril-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-acrylsäure), Poly(styrol-butylacrylat-methacrylsäure), Polystyrol-butylacrylat-acrylnitril) und Poly(styrol-butylacrylat-acrylnitril-acrylsäure) sowie Kombinationen davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Polymer kann ein Block-, zufälliges oder alternierendes Copolymer sein.
In Ausführungsformen können die Harze eine Glasübergangstemperatur von etwa 30°C bis etwa 80°C, in Ausführungsformen von etwa 35°C bis etwa 70°C aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die im Toner verwendeten Harze bei etwa 130°C eine Schmelzviskosität von etwa 10 bis etwa 1.000.000 Pa·S, in Ausführungsformen bei etwa 130°C von etwa 20 bis etwa 100.000 Pa·S aufweisen.
Es können ein, zwei oder mehr Tonerharze verwendet werden. In Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr Tonerharze verwendet werden, können die Tonerharze in einem beliebigen, geeigneten Verhältnis (z. B. Gewichtsverhältnis) vorliegen, wie zum Beispiel von etwa 10% (erstes Harz)/90% (zweites Harz) bis etwa 90% (erstes Harz)/10% (zweites Harz).
Das Harz kann in Ausführungsformen mittels Emulsionspolymerisationsverfahren gebildet werden.
Tenside
In Ausführungsformen können zur Bildung von Tonerzusammensetzungen eingesetzte Farbmittel, Wachse und andere Zusatzstoffe in Tenside enthaltenden Dispersionen vorliegen. Darüber hinaus können Tonerpartikel mittels Emulsion-Aggregation-Verfahren gebildet werden, bei denen das Harz und die anderen Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside gegeben und eine Emulsion gebildet wird, und Tonerpartikel aggregiert, koalesziert, gegebenenfalls gewaschen und getrocknet und isoliert werden.
Es können ein, zwei oder mehr Tenside verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nichtionischen Tensiden ausgewählt werden. Es kann jedes beliebige Tensid, das weiter oben für die Verwendung bei der Bildung des als Polymerbeschichtung für den Trägerkern verwendeten Copolymers beschrieben wurde, eingesetzt werden.
Farbmittel
Als hinzuzugebendes Farbmittel können verschiedene bekannte Farbmittel wie z. B. Farbstoffe, Pigmente, Farbstoffmischungen, Pigmentmischungen, Pigment- und Farbstoffmischungen und dergleichen im Toner enthalten sein. Das Farbmittel kann im Toner in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 bis etwa 35 Gew.-% des Toners, oder von etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Toners, oder von etwa 3 bis etwa 10 Gew.-% des Toners vorhanden sein, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können.
Als Beispiele für geeignete Farbmittel kann ein Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330^® (Cabot), Magnetite, wie z. B. Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; Kolumbianische Magnetite; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; Northem-Pigments-Magnetite, NP-604^TM, NP-608^TM; Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM und dergleichen erwähnt werden. Als gefärbte Pigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden Cyan, Magenta oder Gelb-Pigmente oder Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden im Allgemeinen als wasserbasierte Pigmentdispersionen verwendet.
Spezifische Beispiele für Pigmente umfassen die wasserbasierten Pigmentdispersionen SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE von SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, PIGMENT BLUE 1^TM, erhältlich von der Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026^TM, E. D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, erhältlich von der Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, Kanada, NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK E^TM von Hoechst, und CINQUASIA MAGENTA^TM, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours & Company, und dergleichen. Im Allgemeinen sind Farbmittel, die ausgewählt werden können, schwarz, cyanfarben, magentafarben oder gelb oder Mischungen daraus. Beispiele für Magentafarben sind 2,9-dimethylsubstituiertes Chinacridon- und Anthrachinon-Farbstoff, im Color Index als CI 60710, CI Dispersed Red 15 identifiziert; Diazofarbstoff, im Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 identifiziert, und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Cyanfarbstoffe umfassen Kupfer-tetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, im Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, Pigment Blue 15:4 aufgeführt und Anthrathren-Blau, im Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137 identifiziert, und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Gelb sind Diarylid-Yellow 3,3-Dichlorbenzidenacetoacetanilid, ein Monoazopigment, im Color Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16 identifiziert, ein Nitrophenylaminsulfonamid, im Color Index als Foron Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33 identifiziert, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, Yellow 180 sowie Permanent Yellow FGL. Als Farbmittel können auch gefärbte Magnetite, wie z. B. Mischungen von MAPICO BLACK^TM, und cyanfarbenen Komponenten ausgewählt werden. Es können auch andere bekannte Farbmittel ausgewählt werden, wie z. B. Levanyl Schwarz A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), sowie gefärbte Farbstoffe wie z. B. Neogen-Blau (BASF), Sudanblau OS (BASF), PV Echtblau B2G01 (American Hoechst), Sunsperse-Blau BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite-Blau BCA (Ciba-Geigy), Paliogen-Blau 6470 (BASF), Sudan 111 (Matheson, Coleman, Bell), Sudan II (Matheson, Coleman, Bell), Sudan IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudanorange G (Aldrich), Sudanorange 220 (BASF), Paliogen-Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), Paliogen-Gelb 152, 1560 (BASF), Lithol Echtgelb 0991K (BASF), Paliotol-Gelb 1840 (BASF), Neogen-Gelb (BASF), Novoperm-Gelb FG 1 (Hoechst), Permanent-Gelb YE 0305 (Paul Uhlich), Lumogen-Gelb D0790 (BASF), Sunsperse-Gelb YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Gelb D1355 (BASF), Hostaperm Pink E (American Hoechst), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), Lithol Scharlach D3700 (BASF), Toluidin-Rot (Aldrich), Scharlach für Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), E. D. Toluidin-Rot (Aldrich), Lithol Rubine Toner (Paul Uhlich), Lithol Scharlach 4440 (BASF), Bon Red C (Dominion Color Company), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlich), Oracet Pink RF (Ciba-Geigy), Paliogen-Rot 3 871 K (BASF), Paliogen-Rot 3340 (BASF), Lithol Echtscharlach L4300 (BASF), Kombinationen der vorhergehenden und dergleichen.
Wachs
Gegebenenfalls kann beim Bilden der Tonerpartikel auch ein Wachs mit dem Harz und dem optionalen Farbmittel kombiniert werden. Sofern vorhanden, kann das Wachs in einer Menge von zum Beispiel etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in Ausführungsformen von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können.
Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit zum Beispiel einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 20.000, in Ausführungsformen von etwa 1.000 bis etwa 10.000, obwohl Molekulargewichte außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können. Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Polyolefine wie z. B. Polyethylen-, Polypropylen-, und Polybutenwachse wie z. B. solche, die von Allied Chemical and Petrolite Corp. käuflich erhältlich sind, zum Beispiel POLYWAX^TM-Polyethylenwachse von Baker Petrolite, von Michelman Inc. und the Daniels Products Company erhältliche Wachsemulsionen, kommerziell von Eastman Chemical Products, Inc. erhältliches EPOLENE N-15, und VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit niedrigem massegemitteltem Molekulargewicht, das von Sanyo Kasel K. K. erhältlich ist, pflanzenbasierte Wachse wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Japanwachs und Jojobaöl, tierische Wachse wie z. B. Bienenwachs, mineralbasierte Wachse und erdölbasierte Wachse wie z. B. Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristalliner Wachs, und Fischer-Tropsch-Wachs, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und höheren Alkoholen erhalten wurden, wie z. B. Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und einwertigen oder mehrwertigen niederen Alkoholen erhalten werden wie z. B. Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, und Pentaerythrittetrabehenat, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholmultimeren erhalten wurden, wie z. B. Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und. Triglyceryltetrastearat, höhere Fettsäureesterwachse mit Sorbitan wie z. B. Sorbitanmonostearat und höhere Fettsäureesterwachse mit Cholesterin wie z. B. Cholesterylstearat. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Amine, Amide, zum Beispiel AQUA SUPERSLIP 6550^TM, SUPERSLIP 6530^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, zum Beispiel POLYFLUO 190^TM, POLYFLUO 200^TM, POLYSILK 19^TM, POLYSILK 14^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, zum Beispiel MICROSPERSION 19^TM, ebenfalls von Micro Powder Inc. erhältlich, Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsion, zum Beispiel JONCRYL 74^TM, 89^TM, 130^TM, 537^TM und 538^TM, alle von SC Johnson Wax erhältlich, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical and Petrolite Corporation und SC Johnson Wax. In Ausführungsformen können auch Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse verwendet werden. Wachse können zum Beispiel als Fixierwalzenfreisetzungsmittel enthalten sein.
Tonerherstellung
Die Tonerpartikel können mittels jeglichen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns hergestellt werden. Obwohl die Herstellung von Tonerpartikel betreffende Ausführungsformen unten folgend im Hinblick auf Emulsion-Aggregation-Verfahren beschrieben werden, kann jegliches geeignete Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln eingesetzt werden, einschließlich chemischer Verfahren, wie z. B. die in den US-Patenten Nr. 5,290,654 und 5,302,486 beschriebenen Suspensions- und Verkapselungsverfahren. In Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen und Tonerpartikel durch Aggregations- und Koaleszenzverfahren hergestellt werden, in denen Harzpartikel mit geringer Größe zu der entsprechenden Tonerpartikelgröße aggregiert und anschließend koalesziert werden, um die endgültige Tonerpartikelform und Morphologie zu erreichen.
In Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen durch Emulsion-Aggregation-Verfahren hergestellt werden, wie z. B. durch ein Verfahren, welches das Aggregieren einer Mischung eines optionalen Farbmittels, eines optionalen Wachses und beliebiger anderer gewünschter oder erforderlicher Zusatzstoffe sowie der Emulsionen, welche die oben beschriebenen, gegebenenfalls wie oben beschrieben in Tensiden vorliegenden Harze enthalten, und anschließend das Koaleszieren der Aggregatmischung umfasst. Eine Mischung kann durch Zugabe eines Farbmittels und gegebenenfalls eines Wachses oder weiterer Materialien, die ebenfalls gegebenenfalls in (einer) ein Tensid umfassenden Dispersion(en) vorliegen können, zu der Emulsion hergestellt werden, die eine Mischung aus zwei oder mehr das Harz enthaltenden Emulsionen sein kann. Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann mittels einer Säure wie zum Beispiel Essigsäure, Salpetersäure oder dergleichen eingestellt werden. In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung auf etwa 4 bis etwa 5 eingestellt werden, obwohl ein pH-Wert außerhalb dieses Bereichs eingesetzt werden kann. Zudem kann die Mischung in Ausführungsformen homogenisiert werden. Wird die Mischung homogenisiert, kann die Homogenisierung durch Mischen bei etwa 600 bis etwa 4.000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden, obwohl Geschwindigkeiten außerhalb dieses Bereichs eingesetzt werden können. Die Homogenisierung kann mittels jeglichen geeigneten Mittels erreicht werden, einschließlich zum Beispiel eines ULTRA TURRAX T50 Sondenhomogenisators von IKA.
Im Anschluss an die Herstellung der oben genannten Mischung kann ein Aggregierungsmittel zu der Mischung gegeben werden. Zur Bildung des Toners kann jegliches geeignete Aggregierungsmittel eingesetzt werden. Geeignete Aggregierungsmittel umfassen zum Beispiel wässrige Lösungen eines zweiwertigen Kations oder eines mehrwertigen Kationenmaterials. Das Aggregierungsmittel kann zum Beispiel Polyaluminiumhalogenide wie z. B. Polyaluminiumchlorid (PAC), oder das korrespondierende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilikate wie z. B. Polyaluminiumsulfosilikat (PASS), sowie wasserlösliche Metallsalze, einschließlich Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat sowie Kombinationen davon umfassen. In Ausführungsformen kann das Aggregierungsmittel bei einer Temperatur zu der Mischung gegeben werden, die unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes liegt.
Das Aggregierungsmittel kann zu dieser zur Bildung eines Toners verwendeten Mischung in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, in weiteren Ausführungsformen von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung gegeben werden, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können. Dies gewährleistet eine ausreichende Menge an Aggregierungsmittel.
Um die Aggregation und die nachfolgende Koaleszenz der Partikel zu steuern, kann das Aggregierungsmittel in Ausführungsformen über einen Zeitraum in die Mischung dosiert werden. Zum Beispiel kann das Mittel über einen Zeitraum von etwa 5 bis etwa 240 Minuten, in Ausführungsformen von etwa 30 bis etwa 200 Minuten zu der Mischung dosiert werden, obwohl mehr oder weniger Zeit aufgewandt werden kann, je nach Wunsch oder Anforderung. Die Zugabe des Mittels kann auch erfolgen, während die Mischung in gerührtem Zustand, in Ausführungsformen mit von etwa 50 UpM bis etwa 1.000 UpM, in weiteren Ausführungsformen von etwa 100 UpM bis etwa 500 UpM, obwohl Geschwindigkeiten außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können, und, wie oben diskutiert, bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes gehalten wird, in Ausführungsformen von etwa 30°C bis etwa 90°C, in Ausführungsformen von etwa 35°C bis etwa 70°C, obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
Man kann die Partikel aggregieren lassen, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erhalten wird. Eine vorbestimmte, gewünschte Größe bezieht sich auf die gewünschte, zu erhaltene, vor der Bildung festgelegte Partikelgröße, wobei die Partikelgröße während des Wachstumsprozesses überwacht wird, bis diese Partikelgröße erreicht ist. Während des Wachstumsprozesses können Proben genommen und zum Beispiel mit einem Counter Counter auf die mittlere Partikelgröße analysiert werden. Die Aggregation kann so unter Aufrechterhaltung der erhöhten Temperatur oder unter langsamen Anheben der Temperatur auf zum Beispiel von etwa 30°C bis etwa 99°C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von etwa 0,5 Stunden bis etwa 10 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 1 Stunde bis etwa 5 Stunden (obwohl Zeiträume außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können) unter stetigem Rühren fortgesetzt werden, um die aggregierten Partikel zu ergeben. Sobald die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess gestoppt. In Ausführungsformen liegt die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße innerhalb der oben aufgeführten Tonerpartikelgrößenbereiche.
Das Wachstum und die Formgebung der Partikel nach der Zugabe von Aggregierungsmittel kann unter beliebigen, geeigneten Bedingungen erreicht werden. Zum Beispiel kann das Wachstum und die Formgebung unter Bedingungen durchgeführt werden, in denen die Aggregation getrennt von der Koaleszenz erfolgt. Bei getrennten Aggregations- und Koaleszenzstufen kann der Aggregationsprozess unter Scherbedingungen bei einer erhöhten Temperatur, die wie oben diskutiert unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes liegen kann, zum Beispiel von etwa 40°C bis etwa 90°C, in Ausführungsformen von etwa 45°C bis etwa 80°C durchgeführt werden (obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können).
Sobald die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von etwa 3 bis etwa 10, in Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 9 eingestellt werden, obwohl ein pH-Wert außerhalb dieser Bereiche verwendet werden kann. Die Einstellung des pH-Werts kann verwendet werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, das heißt zu stoppen. Die zum Stoppen des Tonerwachstums verwendete Base kann jegliche geeignete Base umfassen, wie zum Beispiel Alkalimetallhydroxide wie zum Beispiel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen kann Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugegeben werden, um die Einstellung des pH-Werts auf die gewünschten, oben angegebenen Werte zu unterstützen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Harz, einschließlich jeden Harzes, das weiter oben zur Bildung der Toner beschrieben wurde, auf den Tonerpartikeln zur Bildung einer Schale darauf angewandt werden.
Koaleszenz
Nach der Aggregation auf die gewünschte Partikelgröße und Aufbringung einer beliebigen, optionalen Schale können die Partikel anschließend auf die gewünschte Endform koalesziert werden, wobei die Koaleszenz erreicht wird, indem die Mischung zum Beispiel auf eine Temperatur von etwa 45°C bis etwa 100°C, in Ausführungsformen von etwa 55°C bis etwa 99°C erhitzt wird (obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können), wobei die Temperatur bei der Glasübergangstemperatur der zur Bildung der Tonerpartikel verwendeten Harze oder darüber liegen kann, und/oder das Rühren auf zum Beispiel etwa 100 UpM bis etwa 1.000 UpM, in Ausführungsformen von etwa 200 UpM bis etwa 800 UpM verringert wird (obwohl Geschwindigkeiten außerhalb dieses Bereichs eingesetzt werden können). Der Formfaktor oder die Rundheit der verschmolzenen Partikel kann z. B. mit einem FPIA 2100 Analyzer von Sysmex gemessen werden, bis die gewünschte Form erreicht ist.
Es können höhere oder niedrigere Temperaturen verwendet werden, wobei es sich versteht, dass die Temperatur von den für das Bindemittel verwendeten Harzen abhängt. Die Koaleszenz kann über einen Zeitraum von etwa 0,01 bis etwa 9 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 0,1 bis etwa 4 Stunden ablaufen und durchgeführt werden (obwohl Zeiträume außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können).
Nach Aggregation und/oder Koaleszenz kann die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wie z. B. von etwa 20°C bis etwa 25°C. Das Kühlen kann je nach Wunsch rasch oder langsam erfolgen. Ein geeignetes Kühlverfahren kann die Einführung von kaltem Wasser in einen rund um den Reaktor befindlichen Mantel umfassen. Nach dem Kühlen können die Tonerpartikel gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet werden. Das Trocknen kann mittels jeglichen geeigneten Verfahrens zum Trocknen erfolgen, einschließlich zum Beispiel Gefriertrocknen.
Zusatzstoffe
Wie oben beschrieben, können die beschichteten Träger der vorliegenden Offenbarung mit diesen Tonerpartikeln kombiniert werden. In Ausführungsformen können die Tonerpartikel auch weitere optionale Zusatzstoffe enthalten, je nach Wunsch oder Anforderung. Zum Beispiel kann der Toner zusätzliche Ladungskontrollmittel für eine positive oder negative Ladung umfassen, zum Beispiel in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% des Toners, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% des Toners (obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche eingesetzt werden können). Beispiele für geeignete Ladungskontrollmittel umfassen quartäre Ammoniumverbindungen, einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, Bisulfaten; Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,298,672 offenbarten; organische Sulfat- und Sulfonatverbidungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,338,390 offenbarten; Cetylpyridiniumtetrafluorborate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie z. B. BONTRON E84^TM oder E88^TM (Orient Chemical Industries, Ltd.); Kombinationen davon und dergleichen. Solche Ladungskontrollmittel können gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
Nach der Bildung können auch externe Zusatzstoffpartikel, einschließlich Zusatzstoffe zur Fließhilfe, mit den Tonerpartikeln vermischt werden, wobei die Zusatzstoffe auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele für diese Zusatzstoffe umfassen Metalloxide wie z. B. Titanoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxide, Ceroxide, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Kieselgele wie z. B. AEROSIL^®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Calciumstearat; und/oder langkettige Alkohole wie z. B. UNILIN 700 sowie Kombinationen davon.
Im Allgemeinen kann Siliciumdioxid auf der Toneroberfläche für den Tonerfluss, eine Verbesserung der triboelektrischen Aufladung, für eine Steuerung der Vermischung, eine verbesserte Entwicklung und Transferstabilität sowie eine höhere Tonerblockierungstemperatur eingesetzt werden. TiO₂ kann zur Verbesserung der Stabilität bei relativer Feuchtigkeit (RH), der Steuerung der triboelektrischen Aufladung und für eine verbesserte Entwicklungs- und Transferstabilität eingesetzt werden. Zinkstearat, Calciumstearat und/oder Magnesiumstearat können gegebenenfalls auch als äußerer Zusatzstoff eingesetzt werden, um Schmiereigenschaften zu bieten, für eine Entwicklerleitfähigkeit, für eine Verbesserung der triboelektrischen Aufladung, zum Ermöglichen einer höheren Toneraufladung und Ladungsstabilität durch Erhöhung der Anzahl von Kontakten zwischen Toner und Trägerpartikeln. In Ausführungsformen kann kommerziell erhältliches Zinkstearat, das von der Ferro Corporation erhaltene, als Zinc Stearate L bekannt ist, verwendet werden. Die äußeren Oberflächenzusatzstoffe können mit oder ohne eine Beschichtung verwendet werden.
Jeder dieser äußeren Zusatzstoffe kann in einer Menge von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von etwa 0,25 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein. In Ausführungsformen können die Toner zum Beispiel von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent Titandioxid, von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 8 Gewichtsprozent Siliciumdioxid und von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 4 Gewichtsprozent Zinkstearat umfassen.
Geeignete Zusatzstoffe umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 3,590,000 , 3,800,588 und 6,214,507 beschrieben sind. Wiederum können diese Zusatzstoffe gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
In Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung als extrem niedrig schmelzende (ULM (ultra low melt) Toner verwendet werden. In Ausführungsformen können die trockenen Tonerpartikel mit einem Kern und/oder einer Schale, ohne äußere Oberflächenzusatzstoffe, eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:

(1) Der volumengemittelte Durchmesser (auch als „volumengemittelter Partikeldurchmesser” bezeichnet) wurde für das Tonerpartikelvolumen und Durchmesserunterschiede gemessen. Die Tonerpartikel wiesen einen volumengemittelten Durchmesser von etwa 3 bis etwa 25 μm, in Ausführungsformen von etwa 4 bis etwa 15 μm, in weiteren Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 12 μm auf.
(2) Zahlengemittelte geometrische Größenverteilung (GSDn) und/oder volumengemittelte geometrische Größenverteilung (GSDv): In Ausführungsformen können die in (1) oben beschriebenen Tonerpartikel eine sehr enge Partikelgrößenverteilung mit einer geringeren Zahlenverhältnis-GSD von etwa 1,15 bis etwa 1,38, in weiteren Ausführungsformen von weniger als etwa 1,31 aufweisen. Die Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung können auch eine solche Größe aufweisen, dass die obere GSD nach Volumen von etwa 1,20 bis etwa 3,20, in weiteren Ausführungsformen von etwa 1,26 bis etwa 3,11 beträgt. Volumengemittelter Partikeldurchmesser D_50v, GSDv und GSDn können mittels eines Messgeräts wie z. B. einem Multisizer 3 von Beckman Coulter gemessen werden, das gemäß den Anweisungen des Herstellers betrieben wird. Eine typische Probennahme kann folgendermaßen erfolgen: Eine kleine Menge Tonerprobe, etwa 1 Gramm, können erhalten und durch ein 25-Mikrometer-Sieb filtriert und anschließend in eine isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von etwa 10% zu erhalten, wobei die Probe dann in einem Beckman Coulter Multisizer 3 analysiert wird.
(3) Formfaktor SF1*a von etwa 105 bis etwa 170, in Ausführungsformen von etwa 110 bis etwa 160. Zur Bestimmung der Formfaktoranalyse der Toner mittels REM und Bildanalyse (image analysis, IA) kann ein Rasterelektronenmikroskop (REM) verwendet werden. Die mittleren Partikelformen werden durch Verwenden der folgenden Gleichung für den Formfaktor (SF1*a) quantifiziert: SF1*a = 100πd²/(4A), wobei A die Fläche der Partikel ist und d die Hauptachse ist. Ein perfekt rundes oder sphärisches Partikel hat einen Formfaktor von genau 100. Mit zunehmender Unregelmäßigkeit der Form oder mit zunehmender Streckung der Form mit einer höheren Oberfläche nimmt auch der Formfaktor SF1*a zu.
(4) Rundheit von etwa 0,92 bis etwa 0,99, in Ausführungsformen von etwa 0,94 bis etwa 0,975. Das zur Messung der Partikelrundheit eingesetzt Gerät kann ein von Sysmex hergestelltes FPIA-2100 sein.

Die Tonerpartikeleigenschaften können mittels einer beliebigen geeigneten Technik und einem beliebigen geeigneten Gerät bestimmt werden und sind nicht auf die hier oben angegebenen Techniken und Geräte beschränkt.
Die Tonerpartikel in Ausführungsformen können ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 17.000 bis etwa 60.000 Dalton, ein zahiengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 18.000 Dalton und ein MWD (ein Verhältnis von Mw zu Mn der Tonerpartikel, ein Maß für die Polydispersität oder Breite des Polymers) von etwa 2,1 bis etwa 10 aufweisen (obwohl Werte außerhalb dieser Bereiche erhalten werden können). Bei cyanfarbenen und gelben Tonern können die Tonerpartikel in Ausführungsformen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 22.000 bis etwa 38.000 Dalton, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 13.000 Dalton und ein MWD von etwa 2,2 bis etwa 10 aufweisen (obwohl Werte außerhalb dieser Bereiche erhalten werden können). Bei schwarzen und magentafarbenen Toner können die Tonerpartikel in Ausführungsformen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 22.000 bis etwa 38.000 Dalton, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 13.000 Dalton und ein MWD von etwa 2,2 bis etwa 10 aufweisen (obwohl Werte außerhalb dieser Bereiche erhalten werden können).
Gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellte Toner können ausgezeichnete Ladungseigenschaften aufweisen, wenn sie den Bedingungen einer extremen relativen Feuchtigkeit (RH, relative humidity) ausgesetzt werden. Die Zone mit geringer Feuchtigkeit (C-Zone) kann bei etwa 12°C 15% RH aufweisen, während die Zone mit hoher Feuchtigkeit (A-Zone) bei etwa 28°C 85% RH aufweisen kann. Toner der vorliegenden Offenbarung können ein Ursprungstoner-Ladung/Masse-Verhältnis (Q/M) von etwa –5 μC/g bis etwa –80 μC/g, Nie z. B. von etwa –10 μC/g bis etwa –70 μC/g, und eine Endtoneraufladung nach Mischen mit Oberflächenzusatzstoffen von etwa –15 μC/g bis etwa –60 μC/g, wie z. B. von etwa –20 μC/g bis etwa –55 μC/g aufweisen.
Entwickler
Die Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden, inden sie mit den beschichteten Trägern der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden. Zum Beispiel können die Tonerpartikel mit den beschichteten Trägerpartikeln vermischt werden, um eine Zwei-Komponenten-Entwicklerzusammensetzung zu ergeben. Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln vermischt werden. Die Tonerkonzentration im Entwickler kann von etwa 1 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers, in Ausführungsformen von etwa 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen, wobei der Träger in einer Menge von etwa 80 Gew.-% bis etwa 96 Gew.-% des Entwicklers, in Ausführungsformen von etwa 85 Gew.-% bis etwa 95 Gew.-% des Entwicklers vorhanden ist. Es können jedoch unterschiedliche Toner- und Trägeranteile verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
So können gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel Entwickler mit einem spezifischen Widerstand, der in einer leitfähigen Magnetbürstenzelle bestimmt wurde, von etwa 10⁹ ohm-cm bis etwa 10¹⁴ ohm-cm bei 10 Volt, in Ausführungsformen von etwa 10¹⁰ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm bei 10 Volt, und von etwa 10⁸ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm bei 150 Volt, in Ausführungsformen von etwa 10⁹ ohm-cm bis etwa 10¹² ohm-cm bei 150 Volt aufweisen
Spezifischer Widerstand
Zur Messung der Trägerleitfähigkeit bzw. dem spezifischen Widerstand können etwa 30 bis etwa 50 Gramm des Trägers zwischen zwei runde, plan-parallele Stahlelektroden (Radius = 3 Zentimeter) gegeben und so mit einem Gewicht zusammengepresst werden, dass die Gesamtpackungskraft 142 g/cm² entspricht, um eine etwa 0,4 bis etwa 0,5 Zentimeter dicke Schicht zu bilden; zwischen den Elektroden kann eine Gleichspannung von 500 Volt angelegt werden und 1 Minute nach dem Anlegen der Spannung kann in Reihe zwischen den Elektroden und der Spannungsquelle ein Gleichstrom gemessen werden. Die Leitfähigkeit in (ohm cm)^–1 kann durch Multiplizieren des Stroms in Ampere mit der Schichtdicke in Zentimetern und Dividieren durch die Elektrodenfläche in cm² und durch die Spannung, 500 Volt, erhalten werden. Der spezifische Widerstand kann als der Kehrwert der Leitfähigkeit erhalten und in ohm-cm gemessen werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Träger bei 500 Volt einen spezifischen Widerstand von etwa 10⁸ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde erkannt, dass die RH-Empfindlichkeit bei Entwickleraufladung verbessert werden kann, indem das molare C/O-Verhältnis erhöht und ein Kationen bindendes Mittel zugegeben wird, welches die Übertragung einer positiven Ladung vom Toner auf den Träger ermöglichen kann, was zu einer negativen Aufladung des Toners und einer positiven Aufladung des den Träger beschichtenden Harzes führt. So können Entwickler der vorliegenden Offenbarung eine RH-Empfindlichkeit von etwa 0,4 bis etwa 1,0, in Ausführungsformen von etwa 0,6 bis etwa 0,8 aufweisen.
Bilderzeugung
Die Trägerpartikel der vorliegenden Offenbarung können für eine Anzahl verschiedener Bilderzeugungssysteme und Vorrichtungen gewählt werden, wie z. B. für elektrophotographische Kopierer und Drucker, einschließlich elektrophotographischer Hochgeschwindigkeitsfarbsysteme, Drucker, digitaler Systeme, Kombinationen aus elektrophotographischen und digitalen Systemen, und wobei farbige Bilder mit ausgezeichneter und im Wesentlichen ohne Hintergrundablagerungen erzielbar sind.
Entwicklerzusammensetzungen, welche die hierin beschriebenen Trägerpartikel umfassen und zum Beispiel mittels eines Trockenbeschichtungsverfahrens hergestellt wurden, können für elektrostatographische oder elektrophotographische Bilderzeugungssysteme von Nutzen sein, insbesondere für elektrophotographischer Bilderzeugungs- und Druckverfahren, sowie für digitale Verfahren. Zudem können die Entwicklerzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung, welche die leitfähigen Trägerpartikel der vorliegenden Offenbarung umfassen, für Bilderzeugungsverfahren von Nutzen sein, in denen relativ konstante Leitfähigkeitsparameter gewünscht sind. Des Weiteren kann in den vorgenannten Bilderzeugungsverfahren die triboelektrische Aufladung der Toner mit den Trägerpartikeln vorgewählt werden, wobei die Aufladung zum Beispiel von der auf den Trägerkern aufgebrachten Polymerzusammensetzung und gegebenenfalls von der Art und Menge der gewählten leitfähigen Verbindung abhängig ist. Bilderzeugungsprozesse umfassen zum Beispiel die Herstellung eines Bildes mit einer elektrophotographischen Vorrichtung, die eine Aufladungskomponente, eine Bilderzeugungskomponente, eine photoleitfähigen Komponente, eine Entwicklungskomponente, eine Transferkomponente und eine Fixierkomponente umfasst. Die Entwicklungskomponente kann in Ausführungsformen einen Entwickler umfassen, der durch Mischen eines Trägers mit einer hierin beschriebenen Tonerzusammensetzung hergestellt wurde. Die elektrophotographische Vorrichtung kann einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Schwarz-Weiß-Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Farbdrucker und dergleichen umfassen.
Sobald das Bild mit Tonern/Entwicklern mithilfe eines geeigneten Bildentwicklungsverfahrens wie einem der vorgenannten Verfahren erzeugt wurde, kann das Bild auf ein Bild empfangendes Medium wie z. B. Papier und dergleichen überführt werden. Die Toner können in Ausführungsformen bei der Entwicklung eines Bildes in einer Bildentwicklungsvorrichtung unter Verwendung eines Fixierwalzenelements verwendet werden. Fixierwalzenelemente sind Kontaktfixiervorrichtungen, die innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns liegen und bei denen Hitze und Druck von der Walze zur Fixierung des Toners auf dem Bild empfangenden Medium genutzt werden können. In Ausführungsformen kann das Schmelzfixierelement vor oder während des Aufschmelzens auf dem Bild empfangenden Substrat auf eine Temperatur oberhalb der Schmelzfixiertemperatur des Toners erhitzt werden, zum Beispiel auf Temperaturen von etwa 70°C bis etwa 160°C, in Ausführungsformen von etwa 80°C bis etwa 150°C, in weiteren Ausführungsformen von etwa 90°C bis etwa 140°C (obwohl Temperaturen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können).
Bilder, insbesondere farbige Bilder, die mit den Entwicklerzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung erhalten wurden, weisen in Ausführungsformen zum Beispiel akzeptable Feststoffe, ausgezeichnete Halbtöne und eine wünschenswerte Zeilenauflösung bei akzeptablen oder im Wesentlichen keinen Hintergrundablagerungen, ausgezeichnete Buntheit, höhere Farbintensität, konstante Farbbuntheit und Intensität über längere Zeiträume wie z. B. 1.000.000 Bilderzeugungszyklen und dergleichen auf.
Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgelegt. Diese Beispiele sollen nur darstellend sein; es ist keinesfalls beabsichtigt, den Bereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Des Weiteren beziehen sich alle Teile und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Raumtemperatur” auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 25°C.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Eine Latexemulsion, die aus der Emulsionspolymerisation von Monomeren, in den meisten Fällen einem primären Monomer und einem sekundären Monomer, erzeugte Polymerpartikel umfasst, wurde wie folgt hergestellt. Eine wässrige Tensidlösung, die etwa 1,23 mmol Natriumlaurylsulfat (anionischer Emulgator) und etwa 9,4 mol deionisiertes Wasser enthielt, wurde durch Kombinieren der Monomere in einem Becherglas und etwa 10 Minuten langem Mischen hergestellt. Die wässrige Tensidlösung wurde anschließend in einen Reaktor überführt. Der Reaktor wurde kontinuierlich mit Stickstoff gespült, während mit etwa 450 Umdrehungen pro Minute (UpM) gerührt wurde.
Getrennt davon wurden zur Bildung einer Initiatorlösung etwa 0,88 mmol Ammoniumpersulfat-Initiator in etwa 110 mmol deionisiertem Wasser gelöst.
In einem separaten Behälter wurden etwa 297 mmol Cyclohexylmethacrylat (CHMA) und etwa 1,5 mmol 4-Acryloylamidobenzo[15]-Krone-5 vereinigt. Das resultierende Molverhältnis von Kronenethermonomer zu CHMA betrug etwa 0,5 Mol-%. Etwa 10 Gewichtsprozent dieser Lösung wurden als Keim zu der wässrigen Tensidmischung gegeben. Der Reaktor wurde dann mit einer kontrollierten Geschwindigkeit von etwa 1°C/Minute auf etwa 65°C erhitzt.
Sobald die Temperatur des Reaktors etwa 65°C erreicht hatte, wurde die Initiatorlösung über einen Zeitraum von etwa 40 Minuten langsam in den Reaktor geladen und anschließend wurde der Rest der Emulsion kontinuierlich unter Verwendung einer Dosierungspumpe mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,8 Gew.-%/Minute in den Reaktor überführt. Sobald die gesamte Monomeremulsion in den Hauptreaktor geladen war, wurde die Temperatur weitere 2 Stunden bei 65°C gehalten, um die Reaktion zu vollenden. Anschließend wurde der Reaktor voll gekühlt, bis die Reaktortemperatur auf etwa 35°C gesenkt war. Das Produkt wurde schließlich in einem Behälter aufgefangen und unter Verwendung eines Gefriertrockners zu einem Pulver getrocknet. Die Endgröße der Polymerpartikel betrug etwa 94 nm. Das resultierende Polymer hatte ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von etwa 528.500 und zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 188.000.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Auf die gleiche Weise wie in BEISPIEL 1, außer dass etwa 298,5 mol Cyclohexylmethacrylat-Monomer ohne Zugabe des 4-Acryloylamidobenzo[15]-Krone-5-Monomers zugegeben wurden, wurde ein Vergleichslatex hergestellt. Die Endgröße der Polymerpartikel betrug etwa 117 nm, das Mw betrug etwa 629.000 und das Mn betrug etwa 306.000.
BEISPIEL 2
In einer 250 ml fassenden Polyethylenflasche wurden etwa 120 Gramm eines 35 Mikrometer großen Ferritkerns (käuflich von Powdertech erhältlich), 0,912 Gramm des Polymerlatex aus BEISPIEL 1 und etwa 5 Gewichtsprozent (nach Beschichtungsgewicht) Cabot Vulcan XC72 Kohlenstoffschwarz zugegeben. Die Flasche wurde dann verschlossen und in einen C-Zonen-Turbula-Mischer geladen. Der Turbula-Mischer wurde etwa 45 Minuten lang betrieben, um Pulver auf den Trägerkernpartikeln zu dispergieren. Anschließend wurde ein Haake-Mischer mit den folgenden Bedingungen eingestellt: Solltemp 200°C (alle Zonen), 30 Minuten Reaktionsdauer, 30 UPM, mit großen Scherrotoren.
Nachdem der Haake-Mischer seine Temperatur erreicht hatte, wurde die Mischerdrehung gestartet und die Mischung wurde vom Turbula in den Haake-Mischer überführt. Nach 30 Minuten wurden der Träger aus dem Mischer abgelassen und durch ein 125-μm-Sieb klassiert. Der Träger war sehr gut beschichtet, was mittels REM-Untersuchung und Leitfähigkeitsmessungen bestätigt wurde.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Ein Träger wurde wie in Beispiel 2 beschichtet, außer dass anstelle des Polymerlatex aus BEISPIEL 1 0,912 Gramm des Polymerlatex aus dem VERGLEICHSBEISPIEL 1 verwendet wurden.
Laboraufladung
Durch Mischen im Henschelmischer wurden Entwickler mit einem cyanfarbenen Toner hergestellt. Die drei Träger waren die Träger aus BEISPIEL 2, VERGLEICHSBEISPIEL 2 und ein mit CHMA und 0,5% 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat (DMAEMA) als Ladungskontrollmittel (charge control agent, CCA) beschichteter Träger. Die Entwickler wurden über Nacht in der A- und C-Zone klimatisiert und dann 60 Minuten lang unter Verwendung des Turbula-Verfahrens gealtert.

Die Aufladungsergebnisse sind in 1 und Tabelle 1 unten folgenden dargelegt. Wie in 1 dargestellt, zeigten die mit CHMA und 0,5% 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat (DMAEMA) oder mit CHMA allein ohne DMAEMA (CHMA-Kontrolle) beschichteten Träger eine sehr schlechte ursprüngliche Toneraufladung in der A-Zone, aber eine hohe Aufladung in der C-Zone, und daher ein schlechtes (hohes) RH-Verhältnis für die Aufladung. Im Gegensatz dazu erhöhte die Zugabe des Kronenethermonomers zu CHMA die ursprüngliche Aufladung sowohl in der A-Zone als auch in der C-Zone beträchtlich, was zu einem viel besseren, um den Faktor 2 verbesserten RH-Verhältnis sowie einer höheren ursprünglichen Aufladung in der A-Zone führt. TABELLE 1

	A-Zone		C-Zone		RH-Verhältnis
	Q/D	Q/M	Q/D	Q/M	Q/D	Q/M
VERGLEICHSBEISPIEL 2	3,2	13,1	16,8	69,9	0,19	0,19
CHMA w/0.5% DMAEMA	5,2	21,7	23,2	96,6	0,22	0,22
BEISPIEL 2	12,6	48,6	33,3	117,7	0,38	0,41

Die Aufladungsdaten des fertigen gemischten Toners sind in 2 und Tabelle 2 unten folgenden dargestellt. Verglichen mit der CHMA-Kontrolle zeigte das erfindungsgemäße Copolymer mit CHMA und 0,25% Kronenether eine geringfügig höherer Endtoneraufladung in der A-Zone und eine höhere C-Zonenaufladung (sowohl in Q/M als auch in Q/D). Bei t = 0 sollten die Oberflächenzusatzstoffe eine Moderierung der Wirkung des Ladungskontrollmittels auf die ursprüngliche Toneraufladung bewirken. Wie erwartet gab es keinen Hinweis darauf, dass der CHMA-Kronenether die Aufladung aufgrund der Zusatzstoffe selbst erhöhte, was einen Anstieg der Aufladung in der A-Zone zeigen würde. TABELLE 2

	A-Zone		C-Zone		RH-Verhältnis
	Q/D	Q/M	Q/D	Q/M	Q/D	Q/M
VERGLEICHSBEISPIEL 2	7,7	33,7	15,1	66,0	0,51	0,51
CHMA w/0.5% DMAEMA	8,2	36,7	12,3	54,2	0,67	0,68
BEISPIEL 2	8,5	40,2	15,5	65,8	0,55	0,61

Verglichen mit dem Standardcopolymer CHMA und 0,5% DMAEMA-Ladungskontrollmittel zeigte das erfindungsgemäße Copolymer mit CHMA und 0,25% Kronenether eine bessere Aufladung in der A-Zone. Die Aufladung in der C-Zone war für CHMA mit Kronenether gleich jener der Kontrolle und etwas geringer als die Kontrolle mit CHMA allein. So war sowohl das Betriebsverhalten des gemischten Toners als auch das Verhalten der ursprünglichen Toneraufladung mit dem erfindungsgemäßen Träger besser.
Widerstandsmessung
Die Widerstandsmessungen wurden an den Trägern nach deren Herstellung unter Verwendung eines Parallelplatten-Widerstandsgeräts durchgeführt. Die Träger wurden in eine zylindrische Form gefüllt, die sich auf einer runden unteren Elektrode befand, wobei ein Überschuss an Träger verwendet wurde. Die Träger wurden dann mittels Abschaben des Überschusses ausgeglichen, die zylindrische Form wurde entfernt und auf den Trägerstapel wurde eine obere Elektrode platziert. Anschließend wurden Gewichte oben auf den Aufbau gelegt, so dass die Gesamtpackungskraft etwa gleich 142 g/cm² betrug. Dann wurden die Elektroden mit einem 4339A Hochohmmeter von HP verbunden und die Endhöhe des Trägerstapels zwischen den Elektroden wurde gemessen. Unter Verwendung des 4339A Hochohmmeters von HP wurde der Widerstand bei einer Reihen von Spannungen gemessen. Diese Daten wurden dann unter Verwendung der Elektrodenfläche und dem Abstand zwischen den Elektroden in eine Widerstands-Spannungs-Kurve übertragen, was zeigte, wie sich der Trägerwiderstand mit angelegter Spannung veränderte. Der Widerstand bei einer angelegten Spannung von 500 Volt wurde als typischer Wert aufgezeichnet, da diese Spannung nahe den Entwicklungsbedingungen in elektrophotographischen Geräten ist.
Wie in 3 dargestellt, lagen alle drei Träger im funktionalen Bereich für elektrophotographische Geräte, und zwar mit einem spezifischen Widerstand von 10⁸ ohm-cm und 10¹³ ohm-cm bei 500 V. Der erfindungsgemäße Träger lag in diesem Bereich um etwa 1 Zehnerpotenz unter der Kontrolle. Dies war eine relativ geringe Veränderung des spezifischen Widerstands und lag gut innerhalb des Einstellungsbereichs eines optimierten Beschichtungsgewichts, Ofenbeschichtungsverfahrensbedingungen und der Beladung mit dem leitfähigen Mittel Kohlenstoffschwarz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6120967 [0002]
US 4937166 [0017]
US 4935326 [0017]
US 7014971 [0017]
US 6042981 [0048]
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US 6593049 [0059]
US 6756176 [0059]
US 6830860 [0059]
US 6063827 [0066]
US 5290654 [0087]
US 5302486 [0087]
US 4298672 [0099]
US 4338390 [0099]
US 3590000 [0103]
US 3800588 [0103]
US 6214507 [0103]

Claims

Träger, umfassend: einen magnetischen Kern; und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns, wobei die polymere Beschichtung eine Kationen bindende Gruppe umfasst, die mindestens eine cyclische Struktur enthält.
Träger gemäß Anspruch 1, wobei der Kern mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 20 Mikrometern bis etwa 400 Mikrometern im Durchmesser aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Stahl, Ferriten, Magnetiten, Nickel sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei die polymere Beschichtung ein Polymer umfasst, das aus einem Monomer gebildet wird, das eine Kationen bindende Gruppe aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kronenethern, Kryptanden, Cyclenen, Porphin, Porphyrinen sowie Kombinationen davon.
Träger gemäß Anspruch 1, wobei die Kationen bindenden Gruppe einen Kronenether umfasst, der aus der Gruppe bestehend aus [12]-Krone-4, [15]-Krone-5, 4-Acryloylamidobenzo[15]-Krone-5, Benzo[15]-Krone-5, Methylbenzo[15]-Krone-5, Stearylbenzo[15]-Krone-5, Hydroxymethylbenzo[15]-Krone-5, Benzo[15]-Krone-5-dinitril, Aza[15]-Krone-5, Vinylbenzo[15]-Krone-5, 4-Formylbenzo[15]-Krone-5, [18]-Krone-6, 4-Acryloylamidobenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6, Methylbenzo[18]-Krone-6, Hydroxymethylbenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6-dinitril, Aza[18]-Krone-6, Vinylbenzo[18]-Krone-6, 4-Formylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[18]-Krone-6, Stearylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[21]-Krone-7, Dibenzo[24]-Krone-8, Bis(m-phenylen)-[32]-Krone-10, Bis(carboxy-m-phenylen)-[32]-Krone-10, Kombinationen davon und dergleichen ausgewählt ist: oder wobei die Kationen bindende Gruppe einen Kronenether umfasst, der aus der Gruppe bestehend aus
und
ausgewählt wird, wobei n von 0 bis etwa 6 betragen kann, m von 0 bis etwa 6 betragen kann und R₁, R₂, R₃, R₄, R₁', R₂', R₃' und R₄' identisch oder verschieden sein können und aus der Gruppe bestehend aus H, Alkylgruppen, substituierten Alkylgruppen, Formylgruppen, Carbonsäuregruppen, Carboxylatgruppen, aromatischen Gruppen, Halogenidgruppen, Nitrogruppen, Sulfonatgruppen, Vinylgruppen und Kombinationen davon ausgewählt sind.
Träger gemäß Anspruch 1, wobei die polymere Beschichtung mindestens ein Monomer umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Cyclopropylacrylat, Cyclobutylacrylat, Cyclopentylacrylat, Cyclohexylacrylat, Cyclopropylmethacrylat, Cyclobutylmethacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Isobornylacrylat sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei das Ladungskontrollmittelmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, beta-Carboxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminobutylmethacrylat, Methylaminoethylmethacrylat sowie Kombinationen davon ausgewählt ist und wobei die polymere Beschichtung ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 60.000 bis etwa 400.000, ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 200.000 bis etwa 800.000 und eine Glasübergangstemperatur von etwa 85°C bis etwa 140°C aufweist; oder wobei die polymere Beschichtung ein Polymer umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten und Methacrylaten ausgewählt ist, wobei die polymere Beschichtung ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 aufweist und wobei der beschichtete Träger einen spezifischen Widerstand von etwa 10⁸ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm bei 500 Volt aufweist; oder wobei die polymere Beschichtung ein Copolymer umfasst, das sich von einem aliphatischen Cycloacrylat und mindestens einem zusätzlichen Acrylatableitet und wobei die polymere Beschichtung ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 aufweist.
Zusammensetzung, umfassend: einen Toner, der mindestens ein Harz und einen oder mehrere optionale Bestandteile umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus Farbmitteln, Wachsen sowie Kombinationen davon ausgewählt sind; und einen Träger, der einen magnetischen Kern und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns umfasst, wobei die polymere Beschichtung eine Kationen bindende Gruppe umfasst, wie z. B. Kronenether, Kryptanden, Cyclene, Porphin, Porphyrine sowie Kombinationen davon.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, wobei die Kationen bindenden Gruppe einen Kronenether umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus [12]-Krone-4, [15]-Krone-5, 4-Acryloylamidobenzo[15]-Krone-5, Benzo[15]-Krone-5, Methylbenzo[15]-Krone-5, Stearylbenzo[15]-Krone-5, Hydroxymethylbenzo[15]-Krone-5, Benzo[15]-Krone-5-dinitril, Aza[15]-Krone-5, Vinylbenzo[15]-Krone-5, 4-Formylbenzo[15]-Krone-5, [18]-Krone-6, 4-Acryloylamidobenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6, Methylbenzo[18]-Krone-6, Hydroxymethylbenzo[18]-Krone-6, Benzo[18]-Krone-6-dinitril, Aza[18]-Krone-6, Vinylbenzo[18]-Krone-6, 4-Formylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[18]-Krone-6, Stearylbenzo[18]-Krone-6, Dibenzo[21]-Krone-7, Dibenzo[24]-Krone-8, Bis(m-phenylen)-[32]-Krone-10, Bis(carboxy-m-phenylen)-[32]-Krone-10, Kombinationen davon und dergleichen.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, wobei der Toner einen Emulsion-Aggregation-Toner umfasst, der mindestens ein amorphes Harz in Kombination mit mindestens einem kristallinen Harz umfasst, und wobei der Toner ein Tonerladung/Masse-Verhältnis von etwa –5 μC/g bis etwa –80 μC/g aufweist; oder wobei der Kern mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 20 Mikrometern bis etwa 400 Mikrometern im Durchmesser aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Stahl, Kupfer/Zink-Ferriten, Nickel/Zink-Ferriten, Strontium-Ferriten, Magnetiten, Nickel sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei die Kationen bindende Gruppe mit einem die polymere Beschichtung darstellenden Polymer kombiniert wird; oder wobei der Kern ein Ferrit umfasst, das Eisen und mindestens ein weiteres Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zink, Nickel, Mangan, Magnesium, Calcium, Lithium, Strontium, Zirkonium, Titan, Tantal, Bismut, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Strontium, Barium, Yttrium, Lanthan, Hafnium, Vanadium, Niob, Aluminium, Gallium, Silicium, Germanium, Antimon, Kombinationen davon und dergleichen umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, wobei die polymere Beschichtung mindestens ein Monomer umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Methylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Cyclopropylacrylat, Cyclobutylacrylat, Cyclopentylacrylat, Cyclohexylacrylat, Cyclopropylmethacrylat, Cyclobutylmethacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Isobornylmethacrylat, Isobornylacrylat sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei das Ladungskontrollmittelmonomer aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, beta-Carboxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, 2-(Dimethylamino)ethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminobutylmethacrylat, Methylaminoethylmethacrylat sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei die polymere Beschichtung ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 60.000 bis etwa 400.000, ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 200.000 bis etwa 800.000 und eine Glasübergangstemperatur von etwa 85°C bis etwa 140°C aufweist; oder wobei der Träger bei 500 Volt einen spezifischen Widerstand von etwa 10⁸ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, umfassend: einen Toner, der mindestens ein Harz und mindestens einen Träger umfasst, wobei der Träger einen magnetischen Kern und eine polymere Beschichtung über zumindest einem Teil einer Oberfläche des Kerns umfasst, wobei die polymere Beschichtung mindestens ein Harz mit einem Kohlenstoff-zu-Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 umfasst und eine Kationen bindende Gruppe aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus Kronenether, Kryptanden, Cyclene, Porphin, Porphyrine sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei der Toner eine Aufladung in der A-Zone von etwa –15 μC/g bis etwa –80 μC/g und eine Aufladung in der C-Zone von etwa –15 μC/g bis etwa –80 μC/g aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei die Zusammensetzung ein relatives Luftfeuchtigkeitsverhältnis von etwa 0,40 bis etwa 1,0 aufweist; oder wobei die Aufladung in der A-Zone von etwa –20 μC/g bis etwa –70 μC/g und die Aufladung in der C-Zone von etwa –20 μC/g bis etwa –80 μC/g beträgt; oder wobei der Toner eine ionische funktionelle Gruppe aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Carbonsäuresalzen, Sulfonsäuresalzen sowie Kombinationen davon ausgewählt ist, und wobei die ionische funktionelle Gruppe ein Gegenion aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus H⁺, Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, NH₄ ⁺ und NR₄ ⁺ ausgewählt ist, wobei R Wasserstoff oder eine organische Gruppe darstellt, wie z. B. eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Alkylgruppe, sowie Kombinationen davon; oder wobei die polymere Beschichtung ein Polymer umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Acrylaten und Methacrylaten ausgewählt ist, wobei die polymere Beschichtung ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 aufweist und wobei der beschichtete Träger bei 500 Volt einen spezifischen Widerstand von etwa 10⁸ ohm-cm bis etwa 10¹³ ohm-cm aufweist; oder wobei die polymere Beschichtung ein Copolymer umfasst, das sich von einem aliphatischen Cycloacrylat und mindestens einem zusätzlichen Acrylat ableitet und wobei die polymere Beschichtung ein Kohlenstoff/Sauerstoff-Verhältnis von etwa 3:1 bis etwa 8:1 aufweist.