DE102015222997B4

DE102015222997B4 - Hybridtoner

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Publication number: DE102015222997B4
Application number: DE102015222997.1A
Authority: DE
Inventors: Christopher M. Wolfe; Chieh-Min Cheng; Eric J. Young; Randy P. Tin; Jay L. Schneider; Joo T. Chung
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2035-11-21
Also published as: CA2912290C; JP2016110102A; US20160161873A1; JP6554020B2; DE102015222997A1; CA2912290A1; US9400440B2

Abstract

Hybridtoner, umfassend mindestens ein Polyesterharz, nicht mehr als 10 Gew.-% des Kernharzes von mindestens einem Polystyrol/Acrylatharz, mindestens ein amorphes Polyesterharz, wobei das mindestens eine amorphe Polyesterharz ein niedermolekulares Harz, ein hochmolekulares Harz oder beides umfasst, optional ein Wachs, optional ein Farbmittel und eine Hülle, wobei der Hybridtoner eins aus Folgendem besitzt: (a) geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (b) einen geringeren Prozentsatz an Feinpartikeln im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz, wobei die relative Menge an Feinstoffen aus dem D50n/D16n-Wert bestimmt wird und kleiner als ca. 1,25 ist; (c) höhere A-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (d) niedrigere B-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; oder (e) niedrigeres J/A-Verhältnis im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz.

Description

Polyesterlatex stellt Toner mit erwünschten rheologischen Eigenschaften beim Fixieren und niedrige minimale Fixiertemperatur bereit. Polyester-Toner ist jedoch empfindlich gegen relative Feuchte (RH). Feuchtigkeit beeinträchtigt die triboelektrische Ladung der Polyester-Tonerpartikel, die wiederum xerographische Leistung und Bildqualität beeinträchtigt.
Die Tonerladung lässt sich mit externen Additiven verbessern. Diese Option hat jedoch auch Nachteile. Die Nachfülllösung des Entwicklungssystems unterliegt starken Belastungen, die z.B. durch die Entwicklerschnecke bewirkt werden, die einen Einschlag von Additiven in die Toner-Oberfläche bewirkt. Die Verweildauer von Tonerpartikeln in dem Entwicklungssystem korreliert positiv mit dem Grad des Additiv-Einschlags. Einbettung externer Additive in die Oberfläche von Tonerpartikeln führt zu unerwünschtem Tonerladungsverhalten und schlechter Druckqualität (insbesondere bei Bereichen mit geringer Tonerbedeckung).
Demzufolge verbleibt ein Bedarf, die Ladung von Tonerpartikeln, die mit Polyesterharzen hergestellt sind, zu stabilisieren, um die erwünschten rheologischen Eigenschaften zu kapitalisieren. Das Problem wurde hier durch Präparieren eines Hybridtoners behandelt, der sowohl Polyesterharz als auch Styrol/Acrylatharz im Kern umfasst.
DE 10 2014 221 605 A1 offenbart eine Tonerzusammensetzung, umfassend Tonerpartikel mit einem Kern, wobei der Kern ein Harz, ein Färbungsmittel und ein Wachs umfasst, wobei das Harz ein Styrol-Acrylat-Harz, ein kristallines Polyesterharz und ein amorphes Polyesterharz umfasst; und einen über dem Kern angeordneten Mantel.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Hybridtonerpartikel, die einen Kern umfassen, der mindestens ein Polyesterharz, mindestens ein Polystyrol/Acrylatharz, mindestens ein amorphes Polyesterharz, wobei das mindestens eine amorphe Polyesterharz ein niedermolekulares Harz, ein hochmolekulares Harz oder beides umfasst, ein optionales Wachs und ein optionales Farbmittel im Kern umfasst, wobei der Hybridtoner eins aus Folgendem besitzt: (a) geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (b) einen geringeren Prozentsatz an Feinpartikeln im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz, wobei die relative Menge an Feinstoffen aus dem D_50n/D_16n-Wert bestimmt wird und kleiner als ca. 1,25 ist; (c) höhere A-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (d) niedrigere B-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; oder (e) niedrigeres J/A-Verhältnis im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz. Der Toner kann einen zweiteiligen Entwickler umfassen.
In Ausführungsformen umfasst ein Polystyrol/Acrylatharz nicht mehr als 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtharz des Hybridtoner-Kerns. In Ausführungsformen wird das Polystyrol/Acrylatharz aus Styrolacrylaten, Styrolbutadienen, Styrolmethacrylaten und Kombinationen davon ausgewählt.
A. EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt Hybridtonerpartikel bereit, wobei die Harzkomponente des Tonerkerns ein Polyesterharz und ein Polystyrol/Acrylatharz umfasst. Die Hybridtonerpartikel sind gestaltet, die erwünschten Eigenschaften von Polyester-Tonerpartikeln, wie z.B. Fixierung und niedrige minimale Fixiertemperatur, zu erhalten, während die Nachteile im Zusammenhang mit Polyestertonern, wie z.B. schlechte RH-Empfindlichkeit und Additiv-Einschläge, minimiert werden.
Entsprechend kann das Verhältnis von Polyesterharz zu Polystyrol/Acrylatharz im Kern variiert werden, beträgt aber nicht mehr als 90:10 bezogen auf das Gewicht, wie ca. 91:09, ca. 92:08, ca. 93:07, ca. 94:06, ca. 05:05, ca. 96:04, ca. 97:03, 98:02 usw., sofern die erwünschten Eigenschaften des Polyesterharzes erhalten bleiben.
In Ausführungsformen liegt das Polystyrol/Acrylatharz im Tonerpartikel-Kern zu nicht mehr als 10 Gew.-% der Kernharze, zu nicht mehr als ca. 8%, zu nicht mehr als ca. 6%, zu nicht mehr als ca. 5 Gew.-% der Kernharze vor; in Ausführungsformen von ca. 1% bis ca. 10 Gew. %, von ca. 2% bis ca. 9 Gew. %, von ca. 2,5 bis ca. 7%, von ca. 3 bis ca. 5 Gew.-% der Tonerpartikel-Kern-Harze.
Die vorliegenden Hybridtonerpartikel können mittels einer Vielzahl verschiedener Prozesse hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt sind und die Emulsion Aggregation (EA) umfassen, entweder durch Massenprozesse, kontinuierliche Prozesse oder Kombinationen davon. In Ausführungsformen werden die Hybridtonerpartikel durch eine Kombination von Massen- und kontinuierlichen Prozessen hergestellt, wobei eine Emulsion von mindestens einem Polyesterharz, mindestens einem Polystyrol/Acrylatharz, optional einem Wachs und optional einem Farbmittel kombiniert und in einem Massenreaktor gemischt werden und Kernpartikel in dem Massenreaktor hergestellt und aggregiert werden. Nach Stoppen der Aggregation und Zugabe einer Hülle wird die Aufschlämmung der Kern/Hüll-Partikel in einen kontinuierlichen Reaktor eingespeist, um eine Verschmelzung zu ermöglichen und die Tonerpartikel zu bilden.
In Ausführungsformen umfassen die Hybridtoner verbesserte Ladung unter variierenden Feuchtigkeitsbedingungen. Das ermöglicht das Einstellen der Tonerladung, um z.B. einen Toner mit optimierter Zusammensetzung zu erhalten und optimierte Ladung unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen zu haben. Dieser Toner ist robust dahingehend, dass er eine akzeptable oder vorteilhafte Ladung unter mehr als einer Umgebungsbedingung, in Ausführungsformen unter mehreren Umgebungsbedingungen, wie z.B. A- und B-Zonen, aufweist. Somit ist der interessierende Toner einer, der eine multivariable Optimierung von Zusammensetzung und Funktion für eine Kombination einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen ermöglicht.
Ein interessierender Toner hat z.B. eine triboelektrische Ladung von ca. -60 bis ca. -75 µC/g von ca. -63 bis ca. -73 µC/g, von ca. -64 bis ca. -72 µC/g in der B-Zone (21,1 °C, 50% RH (70 °F, 50% RH)). In Ausführungsformen besitzen die Hybridtoner eine triboelektrische Ladung von weniger als ca. -74 µC/g, weniger als ca. -72 µC/g, weniger als ca. -70 µC/g, weniger als -68 µC/g in der B-Zone. Diese Werte sind allgemein niedriger als die analoger Toner aber ohne Polystyrol/Acrylatharz(e). Variierender Styrol/Acrylatgehalt im Kern ermöglicht das Einstellen der Ladung in der B-Zone und der Ladung in mindestens einer weiteren Zone.
Das Verhältnis von J-Zonen-Ladung (21,1 °C, 10% RH (70 °F/10% RH)) zu A-Zonen-Ladung (26,7 °C, 50% RH (80 °F, 80% RH)) ist für einen Hybridtoner niedriger als die eines analogen Polyestertoners ohne Polystyrol/Acrylatharz(e), z.B. von ca. 1,3 bis ca. 2,1, von ca. 1,4 bis ca. 2, von ca. 1,5 bis ca. 1,9, wobei die Verringerung des Verhältnisses im Vergleich zu dem eines analogen Toners nur mit Polyester in erster Linie aus der steigenden Ladung in der A-Zone herrührt, d.h. der interessierende Toner hält unter feuchten Bedingungen die Ladung besser aufrecht. Somit ermöglicht das Einstellen der Menge Polystyrol/Acrylatharz im Tonerkern das Manövrieren der A-Zonen-Ladung zur besseren Leistung unter feuchten Bedingungen. Diese Beobachtung ist übereinstimmend mit der oben erwähnten erniedrigten und manipulierbaren B-Zonen-Ladung.
Die BET-Oberfläche, Mehrpunktbestimmung, des interessierenden Partikels beträgt mindestens ca. 1 µm²/g, mindestens ca. 1,4 µm²/g, mindestens ca. 1,5 µm²/g, mindestens ca. 1,6 µm²/g oder mehr. Die größere Oberfläche der interessierenden Partikel stellt eine größere Anzahl von Oberflächenstellen zum Tragen von Ladungen oder geladenen Molekülen sowie weiterer Oberflächenmoleküle für einen gewünschten Zweck, eine gewünschte Funktion oder Eigenschaft als eine Design-Möglichkeit bereit.
B. DEFINITIONEN
Wie hier verwendet, umfasst der Modifikator „ca.“ in Zusammenhang mit einer Menge den angegebenen Wert und besitzt die durch den Zusammenhang gegebene Bedeutung (z.B. umfasst es mindestens den Fehlergrad, der mit der Messung der bestimmten Menge verknüpft ist). In Ausführungsformen umfassen die interessierenden Begriffe eine Variation von weniger als ca. 10% des angegebenen Wertes. Bei Verwendung in Zusammenhang mit einem Bereich versteht sich der Modifikator „ca.“ auch als den durch die absoluten Werte der beiden Endpunkte offenbarend. Der Bereich „von ca. 2 bis ca. 4“ offenbart also auch den Bereich „von 2 bis 4“.
Ein interessierender Toner ist einer, der ein Polystyrol/Acrylatharz im Kern enthält. Es werden Vergleiche zwischen einem interessierenden Toner und einem Toner gezogen, der bis auf die Ausnahme identisch ist, dass er kein(e) Polystyrol/Acrylatharz(e) enthält. Hier ist der Vergleichs- oder Kontrolltoner einer, der kein Polystyrol/Acrylatharz im Kern enthält und u.a. als „Toner nur mit Polyester“, „Polystyrol/Acrylat-freier Toner“, „Polyestertoner ohne Polystyrol/Acrylatharz(e)“, „Polyestertoner frei von Polystyrol/Acrylatharz(en)“, „Toner ohne Polystyrol/Acrylatharz(e), „Toner frei von Polystyrol/Acrylatharz(en)“ usw. Weitere Begriffe und Ausdrücke können verwendet werden und werden erwogen und basieren auf einem Polyestertoner, der keinerlei Polystyrol/Acrylatharz im Kern enthält.
Ein Polymer kann hier über die zwei oder mehr konstituierenden Monomere identifiziert und benannt werden, die zur Konstruktion des Polymers verwendet wurden, obwohl ein Monomer nach der Polymerisation verändert ist und nicht mehr mit dem ursprünglichen Reaktanten identisch ist. Ein Polyester ist z.B. häufig aus einem Polysäure-Monomer und einem Polyalkohol-Monomer oder bzw. Komponente zusammengesetzt. Wenn also ein Trimellitinsäure-Reaktant verwendet wird, um ein Polyesterpolymer herzustellen, kann das Polyesterpolymer hier als ein Trimellitinsäurepolyester identifiziert werden.
C. TONERPARTIKEL
Die interessierenden Hybridtonerpartikel umfassen einen Kern, der mindestens ein Polyesterharz und mindestens ein Polystyrol/Acrylatharz umfasst, wobei das Hybridtonerpartikel eins oder mehrere aus Folgendem enthält: weniger Empfindlichkeit gegenüber RH als ein Polyester-Tonerpartikel ohne Polystyrol/Acrylatharz, wobei die Empfindlichkeit gegenüber RH durch Messen der triboelektrischen Ladung der Toner unter variierenden Feuchtigkeitsgraden bestimmt werden kann; gleichförmige Partikel-Populationen; geringere Anzahl Feinpartikel; verbesserte und niedrigere B-Zonen-Ladung; vergrößerte Oberfläche; niedrigeres J/A-Verhältnis; höhere A-Zonen-Ladung usw.
Die vorliegenden Hybridtonerpartikel können mit einem beliebigen Additivpaket und/oder mit beliebigen Trägern nach dem Stand der Technik kombiniert und für einen Entwickler zu Bildgebungszwecken formuliert werden. In Ausführungsformen sind die Tonerpartikel ein EA-Toner.
a) Harze und Latexe
Es kann ein beliebiges Monomer genutzt werden, das zur Darstellung eines Polystyrol/Acrylatlatex zur Verwendung in einem Toner geeignet ist. Solche Latexe können mittels herkömmlicher Verfahren hergestellt werden.
Geeignete Monomere umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrile, Kombinationen davon und Ähnliche. Beispielhafte Monomere umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Styrol, Alkylacrylat, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Chlorethylacrylat; β-Carboxyethylacrylat (β-CEA), Phenylacrylat, Methyl-α-chloracrylat, Methylmethacrylat (MMA), Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat; Butadien; Isopren; Methacrylonitril; Acrylonitril; Vinylether, wie Vinylmethylether, Vinylisobutylether, Vinylethylether und Ähnliche; Vinylester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat; Vinylketone, wie Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon; Vinylidenhalogene, wie Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorfluorid; N-Vinylindol; N-Vinylpyrrolidon; Methacrylat (MA); Acrylsäure; Methacrylsäure; Acrylamid; Methacrylamid; Vinylpyridin; Vinylpyrrolidon; Vinyl-N-methylpyridiniumchlorid; Vinylnaphthalen; p-Chlorstyrol; Vinylchlorid; Vinylbromid; Vinylfluorid; Ethylen; Propylen; Butylen; Isobutylen; und Ähnliche und Mischungen davon.
Beispielhafte Polystyrol/Acrylatpolymere umfassen Polystyrolacrylate, Polystyrolbutadiene, Polystyrolmethacrylate und insbesondere Poly(styrolalkylacrylat), Poly(styrol1,3-diene), Poly(styrolalkylmethacrylat), Poly(styrolalkylacrylatacrylsäure), Poly(styrol1,3-dienacrylsäure), Poly(styrolalkylmethacrylatacrylsäure), Poly(alkylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatarylacrylat), Poly(arylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatacrylsäure), Poly(styrolalkylacrylatacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrol1,3-dienacrylonitrile-acrylsäure), Poly(alkylacrylatacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrolbutadien), Poly(methylstyrolbutadien), Poly(methylmethacrylatbutadien), Poly(ethylmethacrylatbutadien), Poly(propylmethacrylatbutadien), Poly(butylmethacrylatbutadien), Poly(methylacrylatbutadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylatbutadien), Poly(butylacrylatbutadien), Poly(styrolisopren), Poly(methylstyrolisopren), Poly(methylmethacrylatisopren), Poly(ethylmethacrylatisopren), Poly(propylmethacrylatisopren), Poly(butylmethacrylatisopren), Poly(methylacrylatisopren), Poly(ethylacrylatisopren), Poly(propylacrylatisopren), Poly(butylacrylatisopren), Poly(styrolpropylacrylat), Poly(styrolbutylacrylat), Poly(styrolbutadienacrylsäure), Poly(styrolbutadienmethacrylsäure), Poly(styrolbutadienacrylonitrilacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatmethacrylsäure), Poly(styrolbutylacrylatacrylonitrile), Poly(styrolbutylacrylatacrylonitrileacrylsäure), Poly(styrolbutadien), Poly(styrolisopren), Poly(styrolbutylmethacrylat), Poly(styrolbutylacrylatacrylsäure), Poly(styrolbutylmethacrylatacrylsäure), Poly(butylmethacrylatbutylacrylat), Poly(butylmethacrylatacrylsäure), Poly(acrylonitrilebutylacrylatacrylsäure) und Kombinationen davon. Die Polymere können Block-, zufällige oder alternierende Copolymere sein.
Veranschaulichende Beispiele für ein Styrol/Acrylatlatex-Copolymer umfassen Poly(styrol-n-butylacrylat-β-CEA), Poly(styrolalkylacrylat), Poly(styrol-1,3-dien), Poly(styrolalkylmethacrylat), Poly(alkylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylatarylacrylat), Poly(arylmethacrylatalkylacrylat), Poly(alkylmethacrylat), Poly(styrolalkylacrylatacrylonitril), Poly(styrol-1,3-dienacrylonitril), Poly(alkylacrylatacrylonitril), Poly(styrolbutadien), Poly(methylstyrolbutadien), Poly(methylmethacrylatebutadien), Poly(ethylmethacrylatbutadien), Poly(propylmethacrylatebutadien), Poly(butylmethacrylatbutadien), Poly(methylacrylatbutadien), Poly(ethylacrylatbutadien), Poly(propylacrylatbutadien), Poly(butylacrylatbutadien), Poly(styrolisopren), Poly(methylstyrolisopren), Poly(methylmethacrylateisopren), Poly(ethylmethacrylatisopren), Poly(propylmethacrylateisopren), Poly(butylmethacrylatisopren), Poly(methylacrylatisopren), Poly(ethylacrylatisopren), Poly(propylacrylatisopren), Poly(butylacrylatisopren); Poly(styrolpropylacrylat), Poly(styrolbutylacrylat), Poly(styrolbutadienacrylonitril), Poly(styrolbutylacrylatacrylonitril) und Ähnliche.
In einigen Ausführungsformen werden mehrere Monomere zur Herstellung eines Copolymers verwendet, z.B. Styrol und Alkylacrylat, wie z.B. eine Mischung, umfassend Styrol, n-Butylacrylat und β-CEA. Bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere kann Styrol in einer Menge von ca. 1% bis ca. 99%, von ca. 50% bis ca. 95%, von ca. 70% bis ca. 90% vorliegen, obwohl es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann; und Acrylat(e) kann bzw. können in einer Menge von ca. 1% bis ca. 99%, von ca. 5% bis ca. 50%, von ca. 10% bis ca. 30% vorliegen, obwohl es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
Das Polystyrol/Acrylatharz-Partikel kann eine Größe von ca. 155 nm bis ca. 215 nm, von ca. 165 nm bis ca. 205 nm, von ca. 175 nm bis ca. 195 nm aufweisen. Das Styrol/Acrylatharz-Partikel kann eine Molekularmasse von ca. 20 k bis ca. 50 k, von ca. 25 k bis ca. 45 k, von ca. 30 k bis ca. 40 k aufweisen.
Es kann ein beliebiges Polyesterharz verwendet werden, umfassend die in der US 6,593,049 B1 und der US 6,756,176 B2 beschriebenen. Die Polyester können amorph, kristallin oder beides sein. Geeignete amorphe Harze umfassen die in der US 6,063,827 A offenbarten. Geeignete kristalline Harze umfassen die in der US 2006/0222991 A1 offenbarten. Geeignete Polyester-Latexe können auch eine Mischung aus einem amorphen Polyesterharz und einem kristallinen Polyesterharz umfassen, wie in der US 6,830,860 B2 beschrieben.
In Ausführungsformen kann ein ungesättigtes Polyesterharz als ein Polyesterlatexharz genutzt werden. Beispiele für solche Harze umfassen die in der US 6,063,827 A offenbarten. Beispielhafte ungesättigte Polyesterharze umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Poly(1,2-propylenfumarat), Poly(1,2-propylenmaleat), Poly(1,2-propylenitaconat) usw. sowie Kombinationen davon.
Im Folgenden ist eine „von einer Säure abgeleitete Komponente“ oder eine funktionelle Variation davon eine konstituierende Gruppe oder ein Monomer, das ursprünglich vor Einbau bei der Synthese zu einem Polyesterpolymer eine saure Komponente war, und eine „von einem Alkohol abgeleitete Komponente“ oder funktionelle Variationen davon ist eine konstituierende Gruppe oder ein Monomer, das ursprünglich vor Einbau bei der Synthese zu einem Polyesterpolymerharz eine alkoholische Komponente war.
Das Polyesterpolymer kann durch Reaktion eines Polyols mit einer Polysäure in Gegenwart eines optionalen Katalysators gebildet werden. Für die Bildung kristalliner oder amorpher Polyester nutzbare Polykondensationskatalysatoren umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxide, wie Dibutylzinnoxid; Tetraalkylzinne, wie Dibutylzinndilaurat; und Dialkylzinnoxidhydroxide, wie Butylzinnoxidhydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinnoxid oder Kombinationen davon. Solche Katalysatoren können z.B. in Mengen von ca. 0,01 Mol-% bis ca. 5 Mol-% bezogen auf die Ausgangs-Polysäure oder den Ausgangs-Polyester genutzt werden, die zur Herstellung des Polyesterharzes verwendet werden.
Ein „kristallines Polyesterharz“ ist eins, das bei dynamischer Differenzkalorimetrie keine schrittweise endotherme Mengenvariation sondern einen eindeutigen endothermen Peak zeigt. Ein durch Copolymerisation der kristallinen Polyesterhauptkette mit mindestens einer weiteren Komponente erhaltenes Polymer wird jedoch ebenfalls als kristalliner Polyester bezeichnet, wenn die Menge der anderen Komponente maximal 50 Gew.-% beträgt.
Monomer-Polysäuren mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen können zum Erhalten geeigneter Kristallschmelzpunkt- und Ladungseigenschaften erwünscht sein. Zur Verbesserung der Kristallinität kann eine unverzweigte Polycarboxylsäure in einer Menge von ca. 95 Mol-% oder mehr der Säurekomponente, von mehr als ca. 98 Mol-% der Säurekomponente vorliegen. Weitere Polysäuren sind nicht speziell beschränkt und Beispiele dafür umfassen herkömmliche bekannte Polycarboxylsäuren und mehrwertige Alkohole, z.B. solche die in „Polymer Data Handbook: Basic Edition“ (Soc. Polymer Science, Japan, Hrsg.: Baihukan) beschrieben sind. Als Alkoholkomponente können aliphatische Polyalkohole mit ca. 6 bis ca. 10 Kohlenstoffatomen verwendet werden, um erwünschte Kristallschmelzpunkt- und Ladungseigenschaften zu erhalten. Zur Verbesserung der Kristallinität kann es nützlich sein, die unverzweigten Polyalkohole in einer Menge von ca. 95 Mol-% oder mehr, von ca. 98 Mol-% oder mehr zu verwenden.
Zur Bildung eines kristallinen Polyesters umfassen geeignete Polyole aliphatische Polyole mit ca. 2 bis ca. 36 Kohlenstoffatomen, wie 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 Ähnliche; alkalisulfoaliphatische Diole, wie 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 Ähnliche. Das aliphatische Polyol kann z.B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-%, von ca. 42 bis ca. 55 Mol-%, von ca. 45 bis ca. 54 Mol-% gewählt werden (obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche verwendbar sind).
Beispiele für Polysäuren oder Polyester, umfassend Vinylpolysäuren oder Vinylpolyester, die zur Darstellung der kristallinen Harze gewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarboxylsäure, Naphthalin-2,7-dicarboxylsäure, Cyclohexandicarboxylsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, ein Diester oder Anhydride davon; und eine Alkalisulfo-organische Disäure, wie das Natrium-, Lithium- oder Kaliumsalz von Dimethyl-5-sulfoisophthalat, Dialkyl-5-sulfo-isophthalat-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, Dimethylsulfoterephthalat, 5-Sulfoisophthalsäure, Dialkylsulfoterephthalat, 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 Polysäure kann in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-%, von ca. 42 bis ca. 52 Mol-%, von ca. 45 bis ca. 50 Mol-% gewählt werden.
Beispiele für kristalline Harze umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polyethylen, Polybutylen, Polyisobutyrat, Ethylenpropylen-Copolymere, Ethylenvinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Mischungen davon und Ähnliche. Bestimmte kristalline Harze können Polyester-basiert sein, wie 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(decylendecanoat), Poly(ethylendecanoat), Poly(ethylendodecanoat), Poly(nonylensebacat), Poly(nonylendecanoat), 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-sulfo-isophthaloyl)-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-sulfo-isophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Alkali-Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Alkali-Copoly(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), wobei Alkali für ein Metall, wie Natrium, Lithium oder Kalium steht. Beispiele für Polyamide umfassen Poly(ethylenadipamid), Poly(propylenadipamid), Poly(butyleneadipamid), Poly(pentylenadipamid), Poly(hexylenadipamid), Poly(octylenadipamid), Poly(ethylensuccinimid) und Poly(propylensebecamid). 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 z.B. in einer Menge von ca. 4 bis ca. 14 Gew.-% der Tonerkomponenten, von ca. 5 bis ca. 12%, von ca. bis ca. 10 Gew.-% der Tonerharze vorliegen. Das kristalline Harz kann verschiedene Schmelzpunkte von z.B. 30 °C bis ca. 120 °C, von ca. 50 °C bis ca. 90 °C aufweisen. Das kristalline Harz kann ein Massenmittel der Molekularmasse (M_w), wie mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen, von z.B. ca. 15.000 bis ca. 30.000, von ca. 20.000 bis ca. 25.000 aufweisen. Die Molekularmassen-Verteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes kann z.B. von ca. 2 bis ca. 6, von ca. 3 bis ca. 5 betragen. Die kristallinen Harzpartikel können eine Größe von ca. 170 bis ca. 230 nm, von ca. 180 bis ca. 220 nm, von ca. 190 bis ca. 210 nm aufweisen.
Beispiele für Polysäuren oder Polyester, umfassend Vinylpolysäuren oder Vinylpolyester, die zur Darstellung amorpher Polyester genutzt werden, umfassen Polycarboxylsäure oder Polyester, wie Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Dimethylfumarat, Dimethylitaconat, cis-1,4-Diacetoxy-2-buten, Diethylfumarat, Diethylmaleat, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dodecylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Codecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat und Kombinationen davon. Die Polysäure oder der Polyester kann z.B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-% des Harzes, von ca. 42 bis ca. 52 Mol-% des Harzes, von ca. 45 bis ca. 50 Mol-% des Harzes vorliegen.
Beispiele für zusätzlich zur Darstellung amorpher Polyester nutzbare Polyole 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, Xylendimethanol, Cyclohexandiol, Diethylenglycol, Dipropylenglycol, Dibutylen und Kombinationen davon. Die Menge des gewählten Polyols kann variieren und z.B. in einer Menge von ca. 40 bis ca. 60 Mol-% des Harzes, von ca. 42 bis ca. 55 Mol-% des Harzes vorliegen.
Ein hochmolekulares amorphes Harz kann eine Molekularmasse von ca. 70 k bis ca. 84 k, von ca. 72 k bis ca. 82 k, von ca. 74 k bis ca. 80 k aufweisen. Ein niedermolekulares amorphes Harz kann eine Molekularmasse von ca. 12 k bis ca. 24 k, von ca. 14 k bis ca. 22 k, von ca. 16 k bis ca. 20 k aufweisen.
Die amorphen Harzpartikel können eine Größe von ca. 170 bis ca. 230 nm, von ca. 180 bis ca. 220 nm, von ca. 190 bis ca. 210 nm aufweisen.
Die Gesamtmenge des amorphen Harzes im Tonerkern kann ca. 75% bis ca. 90 Gew.-%, ca. 77% bis ca. 87%, ca. 78% bis ca. 85 Gew.-% der Harze im Tonerkern betragen.
Die Polyesterharze können unter Verwendung bekannter Verfahren aus einer Kombination von Komponenten synthetisiert werden, die aus den oben aufgeführten Monomerkomponenten ausgewählt sind. Beispielhafte Verfahren umfassen das Esteraustauschverfahren und das direkte Polykondensationsverfahren, die einzeln oder in Kombination verwendet werden können. Das molare Verhältnis (Säurekomponente/Alkoholkomponente) kann bei Umsetzung der Säurekomponente und der Alkoholkomponente in Abhängigkeit der Reaktionsbedingungen variieren. Üblicherweise beträgt das molare Verhältnis bei direkter Polykondensation ca. 1/1. Bei dem Esteraustauschverfahren kann ein Monomer, wie Ethylenglycol, Neopentylglycol oder Cyclohexandimethanol, das unter Vakuum abdestilliert werden kann, im Überschuss verwendet werden.
Zur Darstellung einer Latex-, Pigment- oder Wachsdispersion gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein geeignetes Tensid verwendet werden. Abhängig vom Emulsionssystem kann ein beliebiges gewünschtes nicht-ionisches oder ionisches Tensid erwogen werden, wie ein anionisches oder kationisches Tensid.
Beispiele für geeignete anionische Tenside umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und -sulfonate, Abietinsäure, NEOGEN R^® und NEOGEN SC^®, erhältlich von Kao, Tayca Power^®, erhältlich von Tayca Corp., DOWFAX^®, erhältlich von Dow Chemical Co., und Ähnliche sowie Mischungen davon.
Beispiele für geeignete kationische Tenside umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂,C₁₅,C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halogensalze quarternisierter Polyoxyethylalkylamine, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL^® und ALKAQUAT^® (erhältlich von Alkaril Chemical Company), SANIZOL^® (Benzalkoniumchlorid, erhältlich von Kao Chemicals), und Ähnliche sowie Mischungen davon.
Beispiele für geeignete nicht-ionische Tenside umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol (erhältlich von Sanofi als ANTAROX 890^®, IGEPAL CA-210^®, IGEPAL CA-520^®, IGEPAL CA-720^®, IGEPAL CO-890^®, IGEPAL CO-720^®, IGEPAL CO-290^®, IGEPAL CA-210^® und ANTAROX 897^®) und Ähnliche sowie Mischungen davon.
Tenside können in einer beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge eingesetzt werden, z.B. mindestens ca. 0,01 Gew.-% der Reaktanten, mindestens ca. 0,1 Gew.-% der Reaktanten; und nicht mehr als ca. 10 Gew.-% der Reaktanten, nicht mehr als ca. 5 Gew.-% der Reaktanten, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In dem Latex-Prozess und in dem Toner-Prozess kann ein beliebiger geeigneter Starter oder eine beliebige geeignete Startermischung verwendet werden. In Ausführungsformen ist der Starter aus bekannten Startern für freie Radikal-Polymerisation ausgewählt. Beispiele für geeignete freie Radikal-Starter umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Peroxide, Pertriphenylacetat, tert-Butylperformat, Natriumpersulfat, Azoverbindungen und Ähnliche.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann der Starter in einer Menge von ca. 0,1% bis ca. 5%, von ca. 0,4% bis ca. 4%, von ca. 0,5% bis ca. 3% vorliegen, obwohl er in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
Optional kann ein Kettenübertragungsmittel verwendet werden, um den Polymerisationsgrad des Latex zu steuern und damit die Molekularmasse oder die Molekularmassenverteilung der Latexprodukte des Latexprozesses und/oder des Tonerprozesses gemäß der vorliegenden Offenbarung zu steuern. Wie es sich versteht, kann ein Kettenübertragungsmittel Teil des Latexpolymers werden.
Ein Kettenübertragungsmittel kann eine kovalente Kohlenstoff-Schwefel-Bindung haben. Die Kohlenstoff-Schwefel-Bindung kann einen Absorptionspeak in einem Wellezahlbereich von ca. 500 bis ca. 800 cm^-1 in einem Infrarot-Absorptionsspektrum aufweisen. Wenn das Kettenübertragungsmittel in den Latex eingebaut ist und der Toner aus dem Latex hergestellt wird, kann sich der Absorptionspeak ändern, z.B. auf eine Wellezahl von ca. 400 bis ca. 4.000 cm^-1.
Beispielhafte Kettenübertragungsmittel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, n-C_3-15-Alkylmercaptane; verzweigte Alkylmercaptane; aromatische ringhaltige Mercaptane; usw. Beispiele für solche Kettenübertragungsmittel umfassen auch, ohne hierauf beschränkt zu sein, Dodecanthiol, Butanthiol, Isooctyl-3-mercaptopropionat, 2-Methyl-5-t-butylthiophenol, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrabromkohlenstoff und Ähnliche. Die Begriffe „Mercaptan“ und „Thiol“ können austauschbar zur Bezeichnung der C-SH-Gruppe verwendet werden.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Kettenübertragungsmittel in einer Menge von ca. 0,1% bis ca. 7%, von ca. 0,5% bis ca. 6%, von ca. 1,0% bis ca. 5% vorliegen, obwohl es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
In Ausführungsformen kann optional ein Verzweigungsmittel in der ersten/zweiten Monomerzusammensetzung umfasst sein, um die Verzweigungsstruktur des Ziellatex zu steuern. Beispielhafte Verzweigungsmittel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Decandioldiacrylat (ADOD), Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Trimellitinsäure, Pyromellitinsäure und Mischungen davon.
Bezogen auf das Gesamtgewicht der zu polymerisierenden Monomere kann das Verzweigungsmittel in einer Menge von ca. 0% bis ca. 2%, von ca. 0,05% bis ca. 1%, von ca. 0,1% bis ca. 0,8% vorliegen, obwohl es in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann.
In dem Latex-Prozess und in dem Toner-Prozess der Offenbarung kann die Emulgierung durch einen geeigneten Prozess erfolgen, wie Mischen, optional bei erhöhter Temperatur. Die Emulsionsmischung kann z.B. in einem Homogenisator gemischt werden, der auf ca. 200 bis ca. 400 rpm und eine Temperatur von ca. 20 °C bis ca. 80 °C für eine Dauer von ca. 1 min bis ca. 20 min eingestellt ist, obwohl Temperaturen, Geschwindigkeiten und Zeiten außerhalb dieser Bereiche verwendet werden können.
Es kann ohne Einschränkungen ein beliebiger Reaktor verwendet werden. Der Reaktor kann Vorrichtungen, wie ein Wirbelrad, zum Rühren der darin befindlichen Zusammensetzungen umfassen. Ein Reaktor kann mindestens ein Wirbelrad umfassen. Zur Bildung des Latex und/oder Toners kann der Reaktor während des gesamten Prozesses so betrieben werden, dass das Wirbelrad bei einer wirksamen Mischrate von ca. 10 bis ca. 1.000 rpm arbeitet.
Nach Abschluss der Monomerzugabe kann der Latex unter Erhalten der Bedingungen über eine Zeitspanne stabilisieren, z.B. für ca. 10 bis ca. 300 min, bevor abgekühlt wird. Optional kann der durch den obigen Prozess gebildete Latex mittels Methoden nach dem Stand der Technik isoliert werden, z.B. Koagulation, Lösung oder Präzipitation, Filtern, Waschen, Trocknen oder Ähnliches.
Der Latex der vorliegenden Offenbarung kann schmelz-gemischt oder anderweitig mit verschiedenen Tonerzutaten gemischt werden, wie einer optionalen Wachsdispersion, einem optionalen Farbmittel, einem optionalen Coagulans, einem optionalen Silica, einem optionalen ladungsverstärkenden Additiv oder ladungssteuernden Additiv, einem optionalen Tensid, einem optionalen Emulgator, einem optionalen Strömungsadditiv und Ähnlichem. Optional kann der Latex (z.B. ca. 40% Feststoffgehalt) auf eine gewünschte Feststoff-Beladung (z.B. ca. 12 bis ca. 15 Gew.-% der Feststoffe) vor der Formulierung zu einer Toner-Zusammensetzung verdünnt werden.
Bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners kann der Latex in einer Menge von ca. 50% bis ca. 98%, obwohl er in größeren oder kleineren Mengen vorliegen kann. Verfahren zur Herstellung von Latexharzen können ausgeführt werden, wie in US 7,524,602 B2 beschrieben.
b) Farbmittel
In dem Toner können verschiedene bekannte geeignete Farbmittel umfasst sein, wie Farbstoffe, Pigmente, Mischungen von Farbstoffen, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und Pigmenten und Ähnliches. Das Farbmittel kann in dem Toner z.B. in einer Menge von 0 bis ca. 35 Gew.-% des Toners, von ca. 1 bis ca. 25 Gew.-% des Toners, von ca. 3 bis ca. 20 Gew.-% vorliegen, obwohl Mengen außerhalb dieser Bereiche nutzbar sind.
Als Beispiele für geeignete Farbmittel können Folgende erwähnt werden: Carbon Black, wie REGAL 330^®; Magnetite, wie Mobay-Magnetite MO8029™ und MO8060™; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS™, oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799™, CB5300™, CB5600™ und MCX6369™; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600™ und 8610™; Northern Pigments-Magnetite, NP-604™ und NP-608™; Magnox-Magnetite TMB-100™ oder TMB-104™; und Ähnliche. Als Farbpigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon gewählt werden. Allgemein werden Cyan-, Magenta- oder Gelb-Pigmente oder -Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das oder die Pigmente können wasserbasierte Pigmentdispersionen sein.
Bestimmte Beispiele für Pigmente umfassen SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE und AQUATONE wasserbasierte Pigmentdispersionen von SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1™, erhältlich von Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026™, E.D. TOLUIDINE RED™ und BON RED C™, erhältlich von Dominion Color Corp., Ltd., Toronto, CA, NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ von Sanofi, CINQUASIA MAGENTA™, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours & Co. und Ähnliche. Wählbare Farbmittel sind Schwarz, Magenta, Gelb und Mischungen davon. Beispiele für Magenta-Farbmittel sind 2,9-Dimethyl-substituierter Chinacridon- und AnthrachinonFarbstoff, gekennzeichnet in dem Color Index (CI) als CI 60710, CI Dispersed Red 15, Diazofarbstoff, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 und Ähnliche. Veranschaulichende Beispiele für Cyane umfassen Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, aufgeführt in dem Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, Anthrathrene Blue, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137 und Ähnliche. Beispiele für Gelb sind Diarylide Yellow 3,3-Dichlorbenzidenacetoacetanilide, ein Monoazopigment, gekennzeichnet in dem Color Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16, ein Nitrophenylaminsulfonamid, gekennzeichnet in dem Color Index als Foron Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilidphenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid und Permanent Yellow FGL. Gefärbte Magnetite, wie Mischungen von MAPICO BLACK™ und Cyan-Komponenten können ebenfalls als Farbmittel verwendet werden. Weitere bekannte Farbmittel können ausgewählt werden, wie Levanyl Black A-SF (Miles, Bayer) und Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), und Farbstoffe, wie Neopen Blue (BASF), Sudan Blue OS (BASF), PV Fast Blue B2G01 (Sanofi), Sunsperse Blue BHD 6000 (Sun Chemicals), Irgalite Blue BCA (Ciba-Geigy), Paliogen Blue 6470 (BASF), Sudan III (Matheson, Coleman, Bell), Sudan II (Matheson, Coleman, Bell), Sudan IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudan Orange G (Aldrich), Sudan Orange 220 (BASF), Paliogen Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), Paliogen Yellow 152, 1560 (BASF), Lithol Fast Yellow 0991K (BASF), Paliotol Yellow 1840 (BASF), Neopen Yellow (BASF), Novoperm Yellow FG 1 (Sanofi), Permanent Yellow YE 0305 (Paul Uhlich), Lumogen Yellow D0790 (BASF), Sunsperse Yellow YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Yellow D1355 (BASF), Hostaperm Pink E (Sanofi), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), Lithol Scarlet D3700 (BASF), Toluidine Red (Aldrich), Scarlet for Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann, CA), E.D. Toluidine Red (Aldrich), Lithol Rubine Toner (Paul Uhlich), Lithol Scarlet 4440 (BASF), Bon Red C (Dominion Color Co.), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlich), Oracet Pink RF (Ciba-Geigy), Paliogen Red 3871K (BASF), Paliogen Red 3340 (BASF), Lithol Fast Scarlet L4300 (BASF), Kombinationen der vorangehenden und Ähnliche.
c) Wachs
Zusätzlich zu dem Polymerharz können Toner der vorliegenden Offenbarung auch ein Wachs enthalten, das entweder ein einzelner Wachstyp oder eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Wachsen sein kann. Das Wachs, wenn umfasst, kann in einer Menge von z.B. ca. 1 Gew.-% bis ca. 25 Gew.-% der Tonerpartikel, von ca. 5 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% der Tonerpartikel vorliegen. Der Schmelzpunkt eines Wachses kann mindestens ca. 60 °C, mindestens ca. 70 °C, mindestens ca. 80 °C betragen. Wählbare Wachse umfassen Wachse z.B. mit einer mittleren Molekularmasse von ca. 500 bis ca. 20.000, von ca. 1.000 bis ca. 10.000. Wachspartikel können eine Größe von ca. 125 nm bis ca. 250 nm, von ca. 150 nm bis ca. 225 nm, von ca. 175 nm bis ca. 200 nm aufweisen.
Verwendbare Wachse umfassen z.B. Polyolefine, wie Polyethylen-, Polypropylen- und Polybutenwachese, wie die kommerziell erhältlichen von Allied Chemical and Petrolite Corporation, z.B. POLYWAX™ Polyethylen-Wachse von Baker Petrolite, Wachsemulsionen, erhältlich von Michaelman, Inc. and the Daniels Products Company, EPOLENE N-15™, kommerziell erhältlich von Eastman Chemical Products, Inc., und VISCOL 550-P™, ein niedermolekulares Polypropylen, erhältlich von Sanyo Kasei K.K.; pflanzenbasierte Wachse, wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs und Jojoba-Öl; tierbasierte Wachse, wie Bienenwachs; mineral-basierte Wachse und Erdölbasierte Wachse, wie Montan-Wachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs und Fischer-Tropsch-Wachs; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäuren und höherem Alkohol, wie Stearylstearat und Behenylbehenat; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäure und einwertigem oder mehrwertigem niederen Alkohol, wie Butylstearat, Propyloleat, Glycerinmonostearat, Glycerindistearat, Pentaerythritoltetrabehenat; Esterwachse, erhalten aus höherer Fettsäure und mehrwertigen Alkohol-Multimeren, wie Diethylenglycolmonostearat, Dipropylenglycoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat; Sorbitan höhere Fettsäure Esterwachse, wie Sorbitanmonostearat, und Cholesterin höhere Fettsäure Esterwachse, wie Cholesterylstearat. Beispiele für verwendbare funktionalisierte Wachse umfassen z.B. Amine, Amide, z.B. AQUA SUPERSLIP 6550™ und SUPERSLIP 6530™, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, z.B. POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYSILK 19™ und POLYSILK 14™, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, z.B. MICROSPERSION 19™, erhältlich von Micro Powder Inc., Imide, Ester, quartäre Amine, Carboxylsäuren oder acrylische Polymeremulsion, z.B. JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, alle erhältlich von SC Johnson Wax, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical and Petrolite Corporation and SC Johnson Wax. Mischungen und Kombinationen der vorangehenden Wachse können ebenfalls in Ausführungsformen verwendet werden.
d) Toner-Darstellung
Die Tonerpartikel können mittels eines beliebigen Verfahrens in dem Bereich des Fachmanns dargestellt werden. Obwohl Ausführungsformen untern in Bezug auf Emulsion Aggregate (EA)-Prozesse beschrieben sind, können beliebige geeignete Verfahren zur Darstellung von Tonerpartikeln verwendet werden, umfassend chemische Prozesse, wie Suspensions- und Kapselprozesse, offenbart in der US 5,290,654 A und der US 5,302,486 A .
Tonerzusammensetzungen können mittels EA-Prozessen dargestellt werden, wie einem Prozess, umfassend das Aggregieren einer Mischung aus mindestens einem Polyesterharz, mindestens einem Styrol/Acrylatharz, einem optionalen Wachs und weiteren gewünschten oder erforderlichen Additiven, sowie Emulsionen, umfassend die oben beschriebenen Harze, optional mit Tensiden, wie oben beschrieben, um eine Mischung in einem Massenreaktor zu bilden. Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann durch eine Säure eingestellt werden, wie z.B. Essigsäure, Salpetersäure oder Ähnliche. In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung auf ca. 2 bis ca. 4,5 eingestellt werden. Zusätzlich kann die Mischung in Ausführungsformen homogenisiert werden. Wenn die Mischung homogenisiert wird, kann dies durch Mischen bei ca. 600 bis ca. 4.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) erzielt werden. Homogenisation kann durch ein beliebiges geeignetes Gerät erzielt werden, z.B. mittels eines IKA ULTRA TURRAX T50-Sonden-Homogenisators.
Die Polyester- und Styrol/Acrylatharze werden mit dem optionalen Tensid zur Bildung einer Harzemulsion gemischt. Die Harzpartikel können eine Größe von ca. 100 nm bis ca. 250 nm, von ca. 120 nm bis ca. 230 nm, von ca. 130 nm bis ca. 220 nm aufweisen, obwohl die Partikelgröße außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Die kombinierten Hybridharzpartikel werden dann mit einem optionalen Wachs, einem optionalen Farbmittel und weiteren Tonerreagenzien als Design-Auswahl kombiniert.
Nach Herstellung der obigen Mischung kann ein Aggregationsmittel (oder Koagulans) zu der Mischung gegeben werden. Geeignete Aggregationsmittel umfassen z.B. wässrige Lösungen eines zweiwertigen oder mehrwertigen Kationenmaterials. Aggregationsmittel können z.B. Folgende sein: Polyaluminiumhalogene, wie Polyaluminiumchlorid (PAC) oder das korrespondierende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilicate, wie Polyaluminiumsulfosilicat (PASS), und wasserlösliche Metallsalze, umfassend Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat und Kombinationen davon. In Ausführungsformen kann das Aggregationsmittel zu der Mischung bei einer Temperatur gegeben werden, die unter der Glasübergangstemperatur (T_g) des Harzes liegt.
Das Aggregationsmittel kann zur Bildung eines Toners zur Mischung in einer Menge von z.B. ca. 0,1 parts per hundred (pph) bis ca. 5 pph, von ca. 0,25 pph bis ca. 4 pph gegeben werden.
Zum Steuern von Aggregation und Verschmelzung der Partikel kann das Aggregationsmittel über die Zeit in die Mischung abgemessen werden. Das Mittel kann z.B. über einen Zeitraum von ca. 5 bis ca. 240 min, von ca. 30 bis ca. 200 min in die Mischung abgemessen werden. Zugabe des Mittels kann auch erfolgen, während die Mischung in gerührtem Zustand, in Ausführungsformen von ca. 50 rpm bis ca. 1.000 rpm, von ca. 100 rpm bis ca. 500 rpm, und bei einer Temperatur unterhalb des T_g des Harzes gehalten wird.
Die Aggregation kann so durch Erhalten der erhöhten Temperatur oder durch langsames Anheben der Temperatur, z.B. von ca. 40 °C auf ca. 100 °C, und Halten der Mischung unter Rühren bei dieser Temperatur für eine Zeitspanne von ca. 0,5 h bis ca. 6 h, von ca. 1 h bis ca. 5 h, fortfahren, um die aggregierten Partikel bereitzustellen.
Die Partikel können aggregieren, bis eine festgelegte, erwünschte Partikelgröße erhalten ist. Die Partikelgröße kann nach dem Stand der Technik z.B. mit einem COULTER COUNTER auf mittlere Partikelgröße überwacht werden. In Ausführungsformen kann die Partikelgröße ca. 4 bis ca. 7 µm, ca. 4,5 bis ca. 6,5 µm, ca. 5 bis ca. 6 µm betragen.
Wenn die gewünschte endgültige Größe der Tonerpartikel erzielt ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von ca. 6 bis ca. 10, von ca. 5 bis ca. 8 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann genutzt werden, um das Tonerpartikel-Wachstum einzufrieren, d.h. zu stoppen. Die zum Stoppen des Tonerpartikel-Wachstums genutzte Base kann eine beliebige geeignete Base umfassen, wie z.B. Alkalimetallhydroxide, wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und Ähnliche. In Ausführungsformen kann ein Chelator, wie Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugegeben werden, um das Einstellen des pH-Werts auf die oben genannten erwünschten Werte zu unterstützen.
Der Gloss eines Toners kann durch die Menge zurückgehaltener Metallionen, wie Al³⁺, in dem Partikel beeinflusst werden. In Ausführungsformen kann die Menge zurückgehaltener Metallionen, z.B. Al³⁺, in Tonerpartikeln der vorliegenden Offenbarung ca. 0,1 pph bis ca. 1 pph, ca. 0,25 pph bis ca. 0,8 pph betragen.
e) Hülle
In Ausführungsformen kann eine Hülle auf die gebildeten, aggregierten Tonerpartikel aufgetragen werden. Es können ein oder mehrere der oben beschriebenen auf dem Gebiet bekannten amorphen Harze als Hüllharz genutzt werden. Das Hüllharz kann auf die aggregierten Partikel mittels eines beliebigen Verfahrens in dem Bereich des Fachmanns aufgetragen werden. Die oben beschriebenen aggregierten Partikel werden mit der Emulsion kombiniert, so dass das Harz eine Hülle über den gebildeten aggregierten Tonerpartikeln bildet.
Tonerpartikel können einen Durchmesser von ca. 4 bis ca. 8 µm, von ca. 5 bis ca. 7 µm, und die optionale Hüllkomponente kann ca. 20 bis ca. 40 Gew.-% der Tonerpartikel, ca. 22 Gew.-% bis ca. 36 Gew.-% des Tonerpartikels, von ca. 24 Gew.-% bis ca. 32 Gew.-% des Tonerpartikels aufweisen. In Ausführungsformen besitzt die Hülle eine höhere T_g als die aggregierten Tonerpartikel oder das Kernpartikel.
In Ausführungsformen kann zur Bildung der Hülle ein Fotostarter, ein Verzweigungsmittel und Ähnliches in der Harzmischung enthalten sein. In Ausführungsformen kann das Hüllharz in einer Emulsion, umfassend ein hier beschriebenes Tensid, vorliegen. Die Hülle kann ein leitfähiges Material, wie ein Farbmittel, wie Carbon Black, enthalten.
f) Verschmelzung
Nach Aggregation auf die gewünschte Partikelgröße und optionaler Bildung einer Hülle, wie oben beschrieben, werden die Partikel dann zu der gewünschten endgültigen Form verschmolzen, wobei die Verschmelzung z.B. durch Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur von ca. 55 °C bis ca. 100 °C, von ca. 60 °C bis ca. 95 °C erzielt wird, welche unter dem Schmelzpunkt eines kristallinen Harzes liegen kann, um Plastifizierung zu verhindern. Es können höhere oder niedrigere Temperaturen verwendet werden, wobei es sich versteht, dass die Temperatur eine Funktion der verwendeten Harze ist.
Verschmelzung kann über eine Zeitspanne von ca. 1 min bis ca. 9 h, von ca. 2 min bis ca. 4 h fortschreiten, obwohl Zeiten außerhalb dieser Bereiche angewendet werden können, z.B. in Abhängigkeit davon, ob die Verschmelzung in einem Massenreaktor oder in einem Mikroreaktor stattfindet.
In einem kontinuierlichen System oder Reaktor oder einem Mikroreaktor werden verringerte Reagenzienvolumina auf unidirektionale Weise durch den Reaktor geführt. Aggregierte Partikel und Reaktanten, oftmals in einer Aufschlämmung, werden von einem Massen- oder kontinuierlichen Reaktor kontinuierlich, diskontinuierlich oder in kontrollierbaren Raten und in kontrollierbaren Mengen durch kommunizierende Vorrichtungen, wie Leitungen, Rohre, Schläuche usw., zusammengesetzt aus geeigneten Materialien, in den kontinuierlichen Reaktor zur Inkubation eingespeist. Die kommunizierenden Vorrichtungen und der kontinuierliche Reaktor können eine oder mehrere Vorrichtungen zum Kontrollieren der Temperatur darin umfassen, wie ein Heiz- oder Kühlelement. Die Heiz- und Kühlelemente können entlang der Kommunikationsvorrichtungen und entlang des Flussweges des kontinuierlichen Reaktors angeordnet sein, um ein kontrolliertes oder bestimmtes Temperaturprofil für die kommunizierten Reaktanten in der Kommunikationsvorrichtung und dem Reaktor oder der Reaktoreinheit und der aggregierten Partikelaufschlämmung in dem kontinuierlichen Reaktor bereitzustellen. Eine Pumpe oder eine Beaufschlagungsvorrichtung kann die Bewegung der Aufschlämmung vom Massenreaktor zum kontinuierlichen Reaktor bewirken. Der kontinuierliche Reaktor kann weitere Beaufschlagungsvorrichtungen umfassen, um eine gewünschte Durchflussrate dadurch aufrechtzuerhalten.
Der kontinuierliche Reaktor kann eine Reihe von Röhren, Kanälen, Hohlräumen, röhrenförmigen Hohlräumen, Hohlräumen mit teilweise abgeflachten oder ovalen Röhren und Ähnlichem, einen geeigneten Flussweg umfassen, wobei mehrere solcher kontinuierlicher Reaktoren parallel verbunden sein können, z.B. über einen Verteiler, um in Reihe einen kontinuierlich gerichteten Flussweg durch eine Mehrzahl von Vorrichtungen bereitzustellen, die den Reaktor umfassen. Der kontinuierliche Reaktor kann eine oder mehrere temperaturregelnden Vorrichtungen, wie Heiz- oder Kühlelemente, umfassen, die eine Flüssigkeit, wie ein Öl, umfassen können, die den gerichteten, parallelen Flussweg baden, um die geeignete Temperatur oder das geeignete Temperaturprofil entlang dem Flussweg bereitzustellen, bei der bzw. dem die Reaktion stattfindet. Der Flussweg kann mittels einer Kommunikationsvorrichtung an eine Ausgangsvorrichtung, wie eine Leitung, ein Rohr, eine Röhre und Ähnliches, angeschlossen sein, um die umgesetzte Mischung zu einem produktaufnehmenden Gefäß zu leiten. Der Reaktionsapparat kann unter Druck betrieben werden, um Siedepunkte von Reagens und Fluid zu erniedrigen und unbeeinträchtigte oder kontinuierliche Bewegung und einheitlichen Durchfluss der Reaktionsmischung durch den Reaktor zu gewährleisten.
In Ausführungsformen umfasst ein interessierender kontinuierlicher Reaktor eine Mehrzahl von Einheiten, umfassend z.B. ca. vier Regionen, Flusswege, Fluid-Flusswege, Zonen, Untereinheiten, Abschnitte und Ähnliches, wobei jede Region, Zone und Ähnliches eine unterschiedliche Umgebung oder unterschiedliche Bedingungen für die darin enthaltene Aufschlämmung bereitstellt, dergestalt, dass z.B. eine Region ein Rampen von Bedingungen für Verschmelzung bereitstellt und eine andere, anschließende Zone eine ist, in der das Verschmelzen der Partikel stattfindet. In Ausführungsformen umfasst der Reaktor mehrere Einheiten, Teile, Komponenten und Ähnliches, die wirksam verbunden sind, um einen kontinuierlichen Flussweg bereitzustellen, wobei jede Einheit eine unterschiedliche Umgebung für die enthaltene Aufschlämmung bereitstellt und die ist, in der ein getrennter Prozess von Tonerentwicklung stattfindet.
Nach Verschmelzung kann die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wie ca. 20 °C bis ca. 25 °C. Das Abkühlen kann, wie gewünscht, schnell oder langsam erfolgen. Ein geeignetes Kühlverfahren kann Einführen von kaltem Wasser in einen Kühlmantel um den Reaktor umfassen. Nach dem Abkühlen können die Tonerpartikel optional mit Wasser gewaschen und dann getrocknet werden. Das Trocknen kann mit einem beliebigen geeigneten Verfahren erfolgen, z.B. durch Gefriertrocknen.
g) Additive
Tonerpartikel können nach Wunsch oder Bedarf weitere optionale Additive enthalten. Der Toner kann z.B. ein beliebiges bekanntes Ladungsadditiv in Mengen von ca. 0,1 bis ca. 10 Gew.-%, von ca. 0,5 bis ca. 7 Gew.-% des Toners enthalten. Beispiele für solche Ladungsadditive umfassen Alkylpyridiniumhalogene, Bisulfate, die Ladungssteuerungsadditive der US 3,944,493 A , US 4,007,293 A , US 4,079,014 A , US 4,394,430 A und US 4,560,635 A , negative ladungsverstärkende Additive, wie Aluminiumkomplexe, und Ähnliche.
Nach Waschen oder Trocknen können Oberflächenadditive zu den Tonerzusammensetzungen gegeben werden. Weitere Beispiele für solche Oberflächenadditive umfassen z.B. Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Silicas, Metalloxide, Strontiumtitanate, Mischungen und Ähnliches. Oberflächenadditive können in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 10 Gew.-%, von ca. 0,5 bis ca. 7 Gew.-% des Toners vorliegen. Beispiele für solche Additive umfassen die in der US 3,590,000 A , US 3,720,617 A , US 3,655,374 A und US 3,983,045 A offenbarten. Weitere Additive umfassen Zinkstearat und AEROSIL R972^® (Degussa). Die beschichteten Silicas aus US der 6,190,815 B1 und US 6,004,714 A können ebenfalls in einer Menge von ca. 0,05 bis ca. 5%, von ca. 0,1 bis ca. 2% des Toners vorliegen, wobei die Additive während der Aggregation zugegeben oder in das gebildete Tonerprodukt untergemischt werden können.
Die Eigenschaften von Tonerpartikeln können mittels beliebiger geeigneter Techniken und Apparate bestimmt werden. Volumengemittelte Partikelgröße D_50v, zahlengemittelte Partikelgröße, D_16n, D_50n, GSD_v, GSD_n usw. sind Beispiele für geeignete Paramter zur Charakterisierung von Partikeln und Partikelpopulationen. Einige Maße können mithilfe eines Messgeräts, wie einem Beckman Coulter MULTISIZER 3, bestimmt werden, betrieben nach Angaben des Herstellers. Zum Erhalten verschiedener Populationsparameter können kumulative Partikelverteilungen verwendet werden, um z.B. mittlere Größe, Menge an Grobstoffen, Menge an Feinstoffen usw. zu bestimmen. Die relative Menge an Feinstoffen wird aus dem D_50n/D_16n-Wert bestimmt, der kleiner als ca. 1,25 ist, oder kleiner als ca. 1,24, kleiner als ca. 1,23 oder kleiner sein kann.
Unter Nutzung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung können gewünschte Gloss-Grade erhalten werden. Der Gloss-Grad eines Toners kann also z.B. einen Gloss, wie mittels eines Gardner-Geräts gemessen, ca. 20 Gloss-Einheiten (gu) bis ca. 100 gu, ca. 50 gu bis ca. 95 gu, ca. 60 gu bis ca. 90 gu betragen.
In Ausführungsformen können die Toner der vorliegenden Offenbarung als Ultralow Melt (ULM)-Toner genutzt werden. In Ausführungsformen ohne externe Oberflächenadditive können die trockenen Tonerpartikel folgende Eigenschaften aufweisen: (1) Zirkularität von ca. 0,9 bis ca. 1 (z.B. gemessen mit einem Sysmex 3000), von ca. 0,95 bis ca. 0,99, von ca. 0,96 bis ca. 0,98; (2) Tg von ca. 45 °C bis ca. 60 °C, von ca. 48 °C bis ca. 55 °C; und/oder (3) Schmelzflussindex (Melt Flow Index; MFI) in g/10 min (5 kg/130 °C) von ca. 79,0 bis ca. 172,5.
Toner können günstige Ladungseigenschaften bei Exposition mit extremen RH-Bedingungen besitzen. Eine Zone niederer Feuchte (C-Zone) kann ca. 21 °C/15% RH betragen, während die Zone hoher Feuchte (A-Zone) ca. 27 °C/85% RH betragen kann. Einschluss eines Polystyrol/Acrylatharzes in dem Kern stellt verbesserte Ladung der Tonerpartikel unter mehreren Umgebungsbedingungen im Vergleich zu einem analogen Toner bereit, der jedoch nur Polyester im Kern enthält. Das Vorhandensein eines Styrol/Acrylatharzes ermöglicht das Einstellen oder Ändern der Zusammensetzung, um robustere Tonerpartikel zu erhalten, die für mehrere Umweltbedingungen optimiert sind, wie mittels Tests und optimierter Leistung in mehr als einer Zone entdeckt, wie z.B. A- und B-Zonen. Das bzw. die Polystyrol/Acrylatharze verringern auch weniger erwünschte Eigenschaften von Tonern nur mit Polyester.
D. ENTWICKLER
Die so gebildeten Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können z.B. mit Trägerpartikeln gemischt werden, um eine Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu erhalten. Die Tonerkonzentration in dem Entwickler kann ca. 1% bis ca. 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen, wobei der Rest der Entwicklerzusammensetzung der Träger ist. Es können jedoch auch andere Toner- und Trägerprozentsätze verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
a) Träger
Beispiele für Trägerpartikel zum Mischen mit den Tonerpartikeln umfassen solche Partikel, die triboelektrisch eine Ladung entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerpartikel erhalten können. Veranschaulichende Beispiele für geeignete Trägerpartikel umfassen granuläres Zirkonium, granuläres Silicium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliciumdioxid, ein oder mehrere Polymere und Ähnliches. Weitere Träger umfassen solche, die in der US 3,847,604 A ; US 4,937,166 A ; und US 4,935,326 A offenbart sind.
In Ausführungsformen können die Partikel einen Kern mit einer Beschichtung darauf umfassen, die aus einem Polymer oder einer Mischung von Polymeren gebildet werden kann, die in der triboelektrischen Reihe nicht eng dazu benachbart sind, wie solche, die hier gelehrt werden, wie ein interessierendes Hybrid oder nach dem Stand der Technik. Die Beschichtung kann Fluorpolymere, Terpolymere von Styrol, Silane und Ähnliche umfassen. Die Beschichtung kann ein Beschichtungsgewicht von z.B. ca. 0,1 bis ca. 10 Gew.-% des Trägers besitzen.
Es können verschiedene geeignete Mittel eingesetzt werden, um das Polymer auf der Oberfläche des Trägerkerns aufzutragen, z.B. durch Walzmischen, Trommeln, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Pulverwolken-Sprühen, Mischen in einem fluidisierten Bett, elektrostatische Scheibenverarbeitung, elektrostatische Vorhangverarbeitung, Kombinationen davon und Ähnliches. Die Mischung aus Trägerkernpartikel und Polymer kann dann erhitzt werden, um das Polymer zu schmelzen und auf dem Trägerkern zu fixieren. Die beschichteten Trägerpartikel können dann abgekühlt und anschließend auf eine gewünschte Partikelgröße klassifiziert werden.
E. BILDGEBENDE VORRICHTUNGEN
Die Toner können für elektrostatografische oder elektrofotografische Prozesse verwendet werden, umfassend derer, die in US-Patentschrift Nr. 4,295,990 A offenbart sind. In Ausführungsformen können beliebige bekannte Bildentwicklungssysteme in einer Bildentwicklungsvorrichtung verwendet werden, umfassend z.B. Magnetbürsten-Entwicklung, springende Einkomponenten-Entwicklung, Hybrid-Scavengeless-Entwicklung (HSD) und Ähnliche. Diese und ähnliche Entwicklungssysteme sind dem Fachmann bekannt.
Farbdrucker verwenden üblicherweise vier Gehäuse, die die verschiedenen Farben beinhalten, um Vollfarbbilder zu erzeugen, die auf Schwarz plus den Standarddruckfarben Cyan, Magenta und Gelb basieren. In Ausführungsformen können jedoch zusätzliche Gehäuse erwünscht sein, umfassend bilderzeugende Vorrichtungen mit fünf Gehäusen, sechs Gehäusen oder mehr, wodurch zusätzliche Tonerfarben zum Drucken mit einem erweiterten Farbbereich (erweiterte Farbskala) bereitgestellt werden.
Die folgenden Beispiele werden eingereicht, um Ausführungsformen der Offenbarung zu veranschaulichen. Die Beispiele verstehen sich nur veranschaulichend und nicht als den Umfang der Offenbarung beschränkend. Alle Teile und Prozentsätze verstehen sich bezogen auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben. Wie hier verwendet, betrifft „Raumtemperatur“ eine Temperatur von ca. 20 °C bis ca. 30 °C.
BEISPIELE
Beispiel 1. EA-Hybridtoner in kontinuierlicher Verschmelzung (10% Polystyrol/Acrylatharz)
Kernpartikel-Darstellung und -Aggregation wurden in einem 20 Gal-Reaktor ausgeführt. Eine Emulsion, enthaltend 28,72 kg deionisiertes Wasser, 3,790 kg Cyan-Pigmentdispersion, 3,440 kg IGI D1509-Wachs-Dispersion, 7,296 kg amorphen, hochmolekularen Polyesterlatex (200 nm, 76,6 k MW), 7,296 kg amorphen niedermolekularen Polyesterlatex (200 nm, 18,1 k MW), 2,232 kg kristallinen Polyesterlatex (200 nm, 22,2 k MW) und 1,384 kg Polystyrol/Butylacrylat-Latex (185 nm, 34,5 k MW, T_g von 51 °C), wurden zur Bildung von Kernpartikeln gemischt. Dann wurden die Kernpartikel zu einer gewünschten Größe aggregiert und die Aggregation dann gestoppt. Zu den Partikeln wurde eine Hülle (28 Gew.-%) aus amorphem Harz zugegeben. Dann wurde die Aufschlämmung bei einer Temperatur von 49 °C mit einer Flussrate von 280 ml/min in eine kontinuierliche Verschmelzungsanlage eingespeist, und die Temperatur wurde auf eine Verschmelzungstemperatur von 92 °C erhöht; an diesem Punkt wurde die Aufschlämmung durch zwei Verweildauer-Spulen geführt. Das Gesamtvolumen des kontinuierlichen Reaktors betrug 280 ml. Die verschmolzene Aufschlämmung wurde in dem letzten Wärmetauscher auf eine Temperatur von 22 °C abgekühlt, so dass Hybridtonerpartikel einer gewünschten Größe (z.B. ca. 5 µm bis ca. 6 µ m) erhalten wurden. Die Tonerpartikel werden in nachstehendem Beispiel 5 als A bezeichnet.
Der Toner zeigte durch die Verschmelzung keine Degradation oder einen Anstieg von Feinstoffen. Der Toner wurde durch ein 40 µm-Sieb passiert, um Grobpartikel zu entfernen, und dann unter Vakuum in einem BUCHNER-Trichter von der Stammflüssigkeit abgetrennt. Das Stammflüssigkeitsfiltrat wurde durchsichtig, ein Hinweis darauf, dass während keiner der Schritte zur Darstellung des Toners, umfassend Aggregation, Verschmelzung und Waschen, Latex- oder Wachs-Austreibung in der Stammflüssigkeit war.
Beispiel 2. EA-Hybridtoner in Massenverschmelzung (10% Polystyrol/Acrylatharz)
Tonerpartikel wurden dargestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer dass die Verschmelzung in einer Charge in dem 20-Gallon-Massenreaktor ausgeführt wurde. Die endgültigen Partikeleigenschaften (z.B. Größe und Morphologie) entsprachen stark denen des Toners aus Beispiel 1.
Beispiel 3. EA-Hybridtoner in kontinuierlicher Verschmelzung (5%; 25%; 35% und 50% Polystyrol/Acrylatharz
Tonerpartikel wurden dargestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer dass statt 10% Polystyrol/Acrylatharz Tonerpartikel, umfassend 5% (B); 25% (C); 35% (D) und 50% (E) Polystyrol/Acrylatharz, dargestellt wurden. Bei den D- und E-Proben lag jeweils ein hoher Prozentsatz an Feinstoffen vor.
Beispiel 4. Kontroll-EA-Polyestertoner in Massen- oder kontinuierlicher Verschmelzung
Polyester-Tonerpartikel wurden gemäß Beispiel 1 oder 2 dargestellt, außer dass kein Polystryrol/Acrylatharz zur Harzemulsion zur Herstellung des Kerns gegeben wurde.
Beispiel 5. Messung der Ladungseigenschaften der Toner
Triboelektrische Ladung auf Tonerpartikeln kann mittels des Faraday Käfig-Prozesses gemessen werden. Der Toner wird in einem Farbrührer (Red Devil 5400 bei 600 bis 650 rpm) über einen Zeitraum von 20 min gemischt. Dieser Prozess stimuliert den mechanischen Energieeintrag in ein Tonerpartikel äquivalent zu dem in einer xerographischen Gehäuseumgebung in einem Modus mit geringem Tonerdurchsatz, d.h. ein xerographisches Gehäuse produziert einen Druck, bei dem ca. 0 bis ca. 2% des Drucks mit Toner bedeckt ist, der von dem Gehäuse für eine Spanne von ca. 100 bis ca. 10.000 Drucken entwickelt wird. Die triboelektrische Ladung wird für die Entwickler gemessen, die z.B. in der A-Zone (26,7 °C/80% RH (80 °F/80% RH)), B-Zone (21,1 C/50% RH (70 °F/50% RH)) oder J-Zone (21,1 °C/10% RH (70 °F/10% RH)) zubereitet sind.
Die Ladungseigenschaften der Hybridtonerpartikel (formuliert für einen Entwickler), umfassend 5% Styrol/Acrylatharz bis 50% Styrol/Acrylatharz im Kern, präpariert gemäß den Beispielen 1 und 3, wurden mit den Kontroll-Polyestertonerpartikeln aus Beispiel 4 verglichen. Die Partikelgrößenverteilung zeigte, dass die 35%- und 50%-Styrolpopulationen einen höheren Prozentsatz an Feinpartikeln enthielten.
Der Schwerpunkt wurde daher auf Hybridtonerpartikel gelegt, die nicht mehr als 10% Polystyrol/Acrylatharz im Kern enthielten. Es zeigte sich, dass die triboelektrische Ladung in der B-Zone im Hybridtoner im Vergleich zum Toner nur mit Polyester reduziert war. Die D_50n/D_16n-Werte waren 1,219 (5%) und 1,211 (10%) im Vergleich zu 1,24 für die Kontrolle nur mit Polyester. Der Prozentsatz an Feinstoffen war 1,88% (5%) und 2,34% (10%) im Vergleich zu 3,1% für die Kontrolle nur mit Polyester. Es tritt also ein geringerer Grad an Feinstoffen auf, wenn 5% oder 10% Polystyrol/Acrylatharz im Toner vorhanden ist.

Claims

Hybridtoner, umfassend mindestens ein Polyesterharz, nicht mehr als 10 Gew.-% des Kernharzes von mindestens einem Polystyrol/Acrylatharz, mindestens ein amorphes Polyesterharz, wobei das mindestens eine amorphe Polyesterharz ein niedermolekulares Harz, ein hochmolekulares Harz oder beides umfasst, optional ein Wachs, optional ein Farbmittel und eine Hülle, wobei der Hybridtoner eins aus Folgendem besitzt: (a) geringere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (b) einen geringeren Prozentsatz an Feinpartikeln im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz, wobei die relative Menge an Feinstoffen aus dem D_50n/D_16n-Wert bestimmt wird und kleiner als ca. 1,25 ist; (c) höhere A-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; (d) niedrigere B-Zonen-Ladung im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz; oder (e) niedrigeres J/A-Verhältnis im Vergleich zu einem Polyestertoner ohne das Polystryrol/Acrylatharz.
Hybridtoner nach Anspruch 1, wobei die Hülle ca. 22% bis ca. 35 Gew.-% des Toners umfasst.
Hybridtoner nach Anspruch 1, wobei das Polystyrol/Acrylatharz zu mindestens 5 Gew.-% des Toners vorliegt.
Hybridtoner nach Anspruch 1, wobei das Polystyrol/Acrylatharz zu ca. 10 Gew.-% des Toners vorliegt.
Hybridtoner nach Anspruch 1, der mindestens ein kristallines Polyesterharz umfasst.
Hybridtoner nach Anspruch 1, wobei das niedermolekulare Harz eine Molekularmasse von nicht mehr als ca. 25.000 und das hochmolekulare Harz eine Molekularmasse von mindestens 70.000 aufweist.
Hybridtoner nach Anspruch 1, wobei das Polystyrol/Acrylatharz aus Styrolacrylaten, Styrolbutadienen, Styrolmethacrylaten und Kombinationen davon ausgewählt ist.