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Die
vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Tonerverfahren und
genauer auf Aggregations- und Verbindungsverfahren für die Herstellung
von Tonerzusammensetzungen gerichtet. In Ausführungsformen ist die vorliegende
Erfindung auf die ökonomische,
chemische in situ-Herstellung von Tonern ohne bekannte Pulverisierungs- und/oder Klassifizierungsverfahren
gerichtet, und worin in Ausführungsformen
Tonerzusammensetzungen mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser
von 1–25,
vorzugsweise 1–10 μm (Mikron)
und einer engen geometrischen Größenverteilung
(GGV) von zum Beispiel 1,14–1,25,
wie mit dem Coulter-Zähler gemessen
wird, erhalten werden können.
Die resultierenden Toner können
für bekannte
elektrophotografische, bildgebende, digitale Druckverfahren, einschließlich Farbverfahren
und die Lithografie ausgewählt
werden. Die zuvor genannten Toner sind besonders für die Entwicklung
von farbigen Bildern mit exzellenter Linien- und Flächenauflösung nützlich,
und bei denen im Wesentlichen keinerlei Hintergrundablagerungen
vorhanden sind.
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In
reprografischen Technologien wie xerografischen und ionografischen
Vorrichtungen werden Toner mit Partikelgrößen mit einem volumendurchschnittlichen
Durchmesser von 9 μm
(Mikron) bis 20 μm
(Mikron) effektiv genutzt. Zudem sind in den xerografischen Technologien
wie dem Hochdurchsatz Xerox Corporation 5090 Kopierduplikator hochauflösende Eigenschaften
und geringer Bildhintergrund höchst
erwünscht
und können
durch die Verwendung von klein dimensionierten Tonern erreicht werden,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, mit zum Beispiel einem volumendurchschnittlichen
Partikeldurchmesser von 2 – 11 μm (Mikron)
und vorzugsweise weniger als 7 μm
(Mikron) und mit einer engen geometrischen Größenverteilung (GGV) von 1,16 – 1,3. Zusätzlich sind
in xerografischen Systemen, bei denen eine Prozessfarbe verwendet
wird, wie Bildfarbanwendungen, gefärbte Toner mit kleinen Partikelgrößen von
vorzugsweise von 3 – 9 μm (Mikron)
wünschenswert,
um eine Papierwölbung
zu vermeiden oder zu minimieren. Auch ist es bevorzugt, kleine Tonerpartikelgrößen wie
1 – 7 μm (Mikron)
und mit einer höheren
Farbmittelbeladung wie 5 – 12
Gewichtsprozent des Toners auszuwählen, so dass die Masse der
Tonerschichten, die auf dem Papier abgeschieden werden, verringert
wird, um die gleiche Bildqualität
zu erreichen und dieses resultiert in einer dünneren Plastiktonerschicht
auf dem Papier nach dem Verbinden, wodurch eine Papierwölbung minimiert
oder vermieden wird. Toner, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, ermöglichen
in Ausführungsformen die
Verwendung von niedrigeren Bild-verbindenden Temperaturen wie 120 °C bis 150 °C, wodurch
eine Papierwölbung
verweden oder minimiert wird. Geringere Verbindungstemperaturen
minimieren den Verlust an Feuchtigkeit aus dem Papier, wodurch eine
Papierwölbung
verringert oder eliminiert wird. Zudem ist in Prozessfarbanwendungen
und insbesondere in Farbbildanwendungen eine Toner-zu-Papier-Glanzkompatibilität höchst wünschenswert.
Als Glanzkompatibilität
wird die Abstimmung des Glanzes des Tonerbildes mit dem Glanz des
Papiers bezeichnet. Zum Beispiel wird, wenn ein Bild mit einem geringen
Glanz von vorzugsweise 1 – 30
Glanzeinheiten erwünscht
wird, ein Papier mit geringem Glanz wie 1 – 30 Glanzeinheiten verwendet, wie
sie durch die Glanzmesseinheit von Gardner gemessen werden, und
welches nach der Bildherstellung mit Tonern mit kleinen Partikelgrößen von
vorzugsweise zum Beispiel 3 – 5 μm (Mikron)
und dem Fixieren danach in einem Tonerbild mit einem geringen Glanz
von 1 – 30
Glanzeinheiten resultiert, wie sie durch die Glanzmesseinheit von
Gardner gemessen werden. Alternativ dazu wird, wenn ein Bild mit
einem höheren
Glanz wie 31 – 60
Glanzeinheiten erwünscht
ist, die durch die Glanzmesseinheit von Gardner gemessen wird, ein
Papier mit höherem
Glanz wie 30 – 60
Glanzeinheiten verwendet werden, und welches nach der Bildherstellung
mit Tonern mit kleiner Partikelgröße, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, von vorzugsweise zum Beispiel 3 – 5 μm (Mikron)
(volumendurchschnittlicher Durchmesser) und Fixierung danach in
einem Tonerbild mit einem höheren
Glanz von 30 – 60
Glanzeinheiten resultiert, wie sie durch die Glanzmesseinheit von Gardner
gemessen werden. Die zuvor genannte Toner-zu-Papier-Kompatibilität kann zum
Beispiel mit Tonern mit kleinen Partikelgrößen wie weniger als 7 μm (Mikron)
und vorzugsweise weniger als 5 μm
(Mikron), wie 1 – 4 μm (Mikron)
erhalten werden, wodurch die Stapelhöhe der Tonerschicht oder Schichten
als gering und akzeptabel angesehen wird.
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Es
sind viele Verfahren zur Herstellung von Tonern bekannt wie zum
Beispiel konventionelle Polyesterverfahren, bei denen ein Harz mit
einem Pigment schmelzverknetet oder extrudiert, mikronisiert und
pulverisiert wird, um Tonerpartikel mit einem volumendurchschnittlichen
Partikeldurchmesser von 9 μm
(Mikron) bis 20 μm
(Mikron) und mit einer breiten geometrischen Größenverteilung von 1,26 – 1,5 zur
Verfügung
zu stellen. In diesen Verfahren ist es üblicherweise notwendig, die
zuvor genannten Toner einem Klassifizierungsverfahren zu unterwerfen,
so dass eine geometrische Größenverteilung
des Toners von 1,2 – 1,4
erhalten wird. Auch können
in dem zuvor genannten konventionellen Verfahren geringe Tonerausbeuten
nach den Klassifizierungen erhalten werden. Im Allgemeinen liegen
bei der Herstellung von Tonern mit durchschnittlichen Partikelgrößendurchmessem
von 11 μm
(Mikron) bis 15 μm
(Mikron) die Tonerausbeuten nach der Klassifizierung im Bereich
von 70 % bis 85 %. Zudem können
bei der Herstellung von kleineren Tonern mit Partikelgrößen von
7 μm (Mikron)
bis 10 μm
(Mikron) nach der Klassifizierung geringere Tonerausbeuten wie 50
% bis 70 % erhalten werden. Mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung
werden in Ausführungsformen
kleine durchschnittliche Partikelgrößen von zum Beispiel 3 μm (Mikron)
bis 9 μm
(Mikron) und vorzugsweise 5 μm
(Mikron) erhalten, ohne dass man auf Klassifizierungsverfahren zurückgreift,
und bei denen enge geometrische Größenverteilungen wie 1,16 – 1,30 und
vorzugsweise 1,16 – 1,25
erhalten werden. Es resultieren in Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung auch hohe Tonerausbeuten wie 90 % bis 98 %. Zusätzlich können durch
das Tonerpartikelherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
in Ausführungsformen
Toner mit kleinen Partikelgrößen von
3 μm (Mikron)
bis 7 μm
(Mikron) in hohen Ausbeuten wie 90 % bis 98,9 Gewichtsprozent basierend auf
dem Gewicht der gesamten Tonerinhaltsstoffe wie Tonerharz und Farbmittel ökonomisch
hergestellt werden.
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In
dem U.S. Patent 4,996,127 wird ein Toner aus assoziierten Partikeln
aus sekundären
Partikeln dargestellt, die primäre
Partikel eines Polymers mit sauren oder basischen polaren Gruppen
und ein Farbmittel umfassen. Die für die Toner aus dem '127-Patent ausgewählten Polymere
können
durch ein Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt werden,
siehe zum Beispiel die Spalten 4 und 5 dieses Patents. In der Spalte 7
dieses '127-Patents
wird angezeigt, dass der Toner durch das Vermischen der notwendigen
Menge eines Farbmittels und optional eines Ladungshilfsmittels mit
einer Emulsion des Polymers mit einer sauren oder basischen polaren
Gruppe, die durch Emulsionspolymerisierung erhalten wird, hergestellt
werden kann. In dem U.S. Patent 4,983,488 wird ein Verfahren zur
Herstellung von Tonern durch die Polymerisierung eines polymerisierbaren
Monomers offenbart, das durch Emulgierung in der Gegenwart eines
Farbmittels und/oder eines magnetischen Pulvers dispergiert wird,
zur Herstellung einer prinzipiellen Harzkomponente und dann das
Bewirken einer Koagulation der resultierenden Polymerisierungsflüssigkeit
in einer solchen Weise, dass die Partikel in der Flüssigkeit
nach der Koagulation solche Durchmesser aufweisen, die für einen
Toner geeignet sind. Es wird in Spalte 9 dieses Patents gezeigt,
dass koagulierte Partikel von 1 – 100 und insbesondere 3 – 70 erhalten
werden. Der Nachteil von zum Beispiel einer schlechten geometrischen
Größenverteilung
macht eine Klassifizierung notwendig, was in geringeren Tonerausbeuten
resultiert; siehe zum Beispiel das U.S. Patent 4,797,339, worin
ein Verfahren zur Herstellung von Tonern durch Harzemulsionspolymerisierung
offenbart wird, worin ähnlich
zu dem '127-Patent
bestimmte polare Harze ausgewählt
werden; und das U.S. Patent 4,558,108, worin ein Verfahren zur Herstellung
eines Copolymers aus Styrol und Butadien durch eine spezifische
Suspensionspolymerisierung offenbart wird.
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In
dem U.S. Patent 5,593,807 wird ein Verfahren zur Herstellung von
Tonerzusammensetzungen dargestellt, zum Beispiel umfassend:
- (i) die Herstellung eines Emulsionslatex, bestehend
aus sulfonierten Natrium-Polyesterharzpartikeln
mit einer Durchmessergröße von 5
bis 500 Nanometern durch das Erwärmen
des Harzes in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C auf 90 °C;
- (ii) die Herstellung einer Pigmentdispersion in Wasser durch
das Dispergieren von 10 bis 25 Gewichtsprozent des sulfonierten
Natrium-Polyesters und 1 bis 5 Gewichtsprozent des Pigments in Wasser;
- (iii) das Hinzufügen
der Pigmentdispersion zu der Latexmischung unter scherenden Bedingungen
gefolgt durch die Zugabe eines Alkalihalogenids in Wasser, bis eine
Aggregation wie angezeigt resultiert, zum Beispiel durch eine Erhöhung in
der Latexviskosität
von 2 mPa·s
(Centipoise) bis 100 mPa·s
(Centipoise);
- (iv) das Erwärmen
der resultierenden Mischung bei einer Temperatur von 45 °C bis 55 °C, wodurch
eine weitere Aggregation bewirkt wird, und ein Verbinden ermöglicht wird,
was in Tonerpartikeln mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser
von 4 – 9 μm (Mikron)
resultiert und mit einer geometrischen Verteilung von weniger als
1,3; und optional
- (v) das Abkühlen
der Produktmischung auf ungefähr
25 °C und
gefolgt durch Waschen und Trocknen. Die sulfonierten Polyester dieses
Patents können
für die
Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden.
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Das
Verfahren des oben genannten Patents kann dahingehend nachteilig
sein, dass zum Beispiel die Verwendung eines Alkalimetalls in einem
fertigen Tonerharz resultieren kann, der eine Vernetzung oder elastische
Verstärkung
aufweist, primär,
da das Metallsalz als eine Vernetzungsstelle zwischen den Sulfonatgruppen,
die in dem Polyesterharz enthalten sind, fungiert, was eine Erhöhung in
der Viskosität
und eine Verringerung oder einen Verlust an Hochglanzeigenschaften
für den
Polyesterharz bewirkt. Diese und andere Nachteile und Probleme werden
mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung minimiert oder vermieden.
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Das
U.S. Patent 5,290,654 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von
Tonern, bestehend aus dem Dispergieren einer Polymerlösung, bestehend
aus einem organischen Lösungsmittel
und einem Polyester, und das Homogenisieren und Erwärmen der
Mischung, um das Lösungsmittel
zu entfernen und dadurch Tonerverbundstoffe herzustellen. Die geeigneten
Polyester dieses Patents können
für die
Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Tonerverfahren mit
vielen der hierin illustrierten Vorteile zur Verfügung zu
stellen.
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In
einer anderen Aufgabe der vorliegenden Erfindung werden einfache
und ökonomische
Verfahren zur Herstellung von schwarzen und gefärbten Tonerzusammensetzungen
mit zum Beispiel exzellenter Farbmitteldispersion und engen geometrischen
Größenverteilung
zur Verfügung
gestellt.
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In
einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung werden einfache
und ökonomische
in situ-Verfahren zur Verfügung
gestellt, bei denen geringere Mengen an Tensiden für schwarze
und gefärbte
Tonerzusammensetzungen ausgewählt
werden, durch ein Emulsionsaggregationsverfahren, und worin ein
sulfonierter Polyester als der Harz ausgewählt wird, siehe zum Beispiel
die korrespondierende U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer
221,595.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung von sulfonierten Polyester enthaltenden Tonerzusammensetzungen
mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 1 – 20 μm (Mikron)
und vorzugsweise 1 – 7 μm (Mikron)
an volumendurchschnittlichem Durchmesser und mit einer engen geometrischen
Größenverteilung
von zum Beispiel 1,15 – 1,35
und vorzugsweise 1,14 – 1,22,
die durch einen Coulter-Zähler
gemessen wird, zur Verfügung
zu stellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen mit bestimmten wirksamen
Partikelgrößen durch
das Steuern der Temperatur der Aggregation/Verbindung zur Verfügung zu
stellen, wobei das Verfahren das Rühren und Erwärmen bei
einer geeigneten Aggregations-/Verbindungstemperatur umfasst.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung von Tonern mit einer Partikelgrößenverteilung zur Verfügung zu
stellen, die von 1,4 bis 1,6 verbessert werden kann, wie durch einen
Coulter-Zähler
gemessen wird, durch das Erhöhen
der Temperatur der Aggregation/Verbindens von 25 °C auf 60 °C und vorzugsweise
auf 45 °C
bis 55 °C.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Verfügung
zu stellen, das schnell ist, zum Beispiel kann die Aggregations-/Verbindungszeit
auf 1 – 3
Stunden durch das Erhöhen
der Temperatur von Raumtemperatur, ungefähr 25 °C (RT), auf 50 °C bis 60 °C, und worin
das Verfahren ungefähr 1
bis 8 Stunden dauert, verringert werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ökonomisches
Verfahren zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen zur Verfügung zu
stellen, welche nach der Fixierung auf Papiersubstraten in Bildern
mit einem Glanz von 20 GGE (Gardner Glanzeinheiten) bis zu 70 GGE,
die durch eine Gardner Glanzmessvorrichtung gemessen werden, resultieren,
und die Toner und Papier abstimmen.
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In
einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verbundtoner
aus polymerem Harz mit einem Farbmittel wie einem Pigment oder Farbstoff
und optional Ladungssteuerungsmitteln in hohen Ausbeuten von ungefähr 90 %
bis ungefähr
100 %, ohne die Verwendung einer Klassifizierung zur Verfügung gestellt und
wobei Tenside vermieden werden; und es werden Verfahren zur Verteilung
eines polar geladenen Natrium-sulfonierten Polyesterharzes in Wasser
bei ungefähr
10 °C bis
ungefähr
25 °C oberhalb
des Tg des Polyesterharzes zur Verfügung gestellt, um ein Emulsionslatex
herzustellen, gefolgt durch Vermischen mit Pigment und einem organischen
Komplexierungsmittel und danach das Erwärmen der Mischung von 30 °C bis 65 °C und vorzugsweise
45 °C bis
55 °C, um
die Aggregation/Verbindung der Emulsionspartikel und des Farbstoffes zu
bewirken, um verbundene Tonerpartikel aus Harz und Farbstoff in
dem Größenbereich
von ungefähr
zum Beispiel 1 bis 10 μm
und vorzugsweise ungefähr
3 bis 7 μm
zu bewirken.
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In
einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden Tonerzusammensetzungen
mit geringen Verbindungstemperaturen von 110 °C bis 150 °C mit exzellenten Blockierungseigenschaften
bei 50 °C
bis 60 °C
zur Verfügung
gestellt.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung
von kleinen organischen Molekülen
als ein Koagulationsmittel, das die Vernetzung eliminiert, die sich
zum Beispiel bei der Verwendung eines Dikationsalzes zeigt.
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Ein
noch weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Herstellung
von Latex mit verringertem Tensidanteil oder im Wesentlichen frei
von Tensid, wodurch extensive Waschschritte verringert oder eliminiert
werden.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in Ausführungsformen
durch die Bereitstellung von Tonern und Verfahren dafür erzielt.
In Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden Verfahren zur ökonomischen, direkten Herstellung
von Tonerzusammensetzungen durch Flockenbildung oder Heterokoagulation
und Verbindung zur Verfügung
gestellt.
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Die
vorliegenden Erfindung stellt ein tensidfreies Verfahren zur Herstellung
eines Toners zur Verfügung,
das das Erwärmen
einer Mischung aus einem Emulsionslatex eines Polyesters, einem
Farbmittel und einem organischen Komplexierungsmittel umfasst, wodurch
die Aggregation und die Koaleszenz (Verbindung) von Harzpartikeln
bewirkt wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die
vorliegenden Erfindung ist auf Verfahren zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen
gerichtet, die anfänglich
die Bereitstellung oder Generierung eines Farbmittels umfassen,
wie einer Pigmentdispersion, zum Beispiel durch das Dispergieren
einer wässrigen
Mischung eines Farbmittels, insbesondere eines Pigments oder von
Pigmenten wie Kohlenstoffschwarz, wie REGAL 330®, das
von der Cabot Corporation erhalten wird, Rot, Grün, Blau, Orange, Phthalocyanin,
Quinacridon oder RHODAMINE B® und im Allgemeinen Cyan, Magenta,
Gelb oder Mischungen davon, durch die Verwendung einer hochscherenden
Vorrichtung, wie einem Brinkmann Polytron, wonach diese Mischung
durch Verwendung einer hochscherenden Vorrichtung wie einem Brinkmann
Polytron, einem Ultraschallgerät
oder Mikrofluidisator mit einer suspendierten Harzmischung, bestehend
aus einer Polyesterpolymerkomponente geschert wird, das Hinzugeben
eines organischen Komplexierungsmittels und anschließend das
Erwärmen
zur Ermöglichung
einer Aggregation/Koaleszenz.
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Zudem
ist die vorliegenden Erfindung auf ein im Wesentlichen tensidfreies
Tonerverfahren gerichtet, durch die Herstellung eines Latex aus
einem Polyester wie einem natriumsulfonierten Polyesterharz in Wasser, das
Vermischen des Latex mit einem Farbmittel, insbesondere einer Pigmentdispersion,
die ein koagulierendes organisches Komplexierungsmittel enthält, insbesondere
kleine Moleküle,
und danach das Erwärmen
der resultierenden Mischung, um primär die Generierung von Toneraggregaten
mit verbundenen Tonerpartikeln zu ermöglichen. Das ausgewählte Polyesterharz
enthält
vorzugsweise sulfonierte Gruppen, wodurch dieses fein verteilbar
ist, d. h., es bildet spontane Emulsionen in Wasser ohne die Verwendung
von organischen Lösungsmitteln,
insbesondere oberhalb der Glasübergangstemperatur,
Tg, des Polyesterharz. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
kann als ein im Wesentlichen tensidfreies chemisches Verfahren angesehen
werden, bei dem Sulfopolyesterpartikel aggregiert und mit organischen
Komplexierungsmitteln in der Gegenwart einer Farbmitteldispersion
durch Erwärmen
verbunden werden, worin während
des Erwärmens
keine Tenside verwendet werden. Das Erwärmen der Mischung bei Temperaturen
von 45 °C
bis 55 °C
generiert Tonerpartikelgrößen mit
zum Beispiel einem durchschnittlichen Partikelvolumendurchmesser
von 1 – 25
und vorzugsweise 2 – 10 μm (Mikron).
Es wird angenommen, dass während
des Erwärmens
die Komponenten des sulfonierten Polyesterlatex und die Farbmitteldispersion
aggregieren und sich miteinander verbinden, um Verbundtonerpartikel
auszubilden. Zusätzlich
wird angenommen, dass die Komplexierungsmittel wie primäre Alkylamino- oder Diaminoalkane
bewirken, dass das sulfonierte Polyesterlatex und das Farbmittel
aggregieren und sich miteinander in einen Tonerverbundstoff verbinden
oder Tonerpartikel durch eine Amidierungshydrolyse des Polyesterlatexharz.
Genauer gesagt wird angenommen, dass das Alkylamin mit der Estergruppe
des Polyesterlatexharz reagiert, um in einer Amidbindung oder der
teilweisen Hydrolyse des Harz zu resultieren. In einer anderen Ausführungsform
davon ist die vorliegenden Erfindung auf ein in situ-Verfahren gerichtet,
bestehend aus zuerst dem Dispergieren eines Farbmittels wie einem
Pigment wie HELIOGEN BLUE® oder HOSTAPERM PINK®,
siehe den Farbindex, in einer wässrigen
Mischung unter Verwendung einer hochscherenden Vorrichtung wie einem
Brinkmann Polytron, einem Mikfluidisator oder Ultraschallgerät, wonach
diese Mischung mit einem Latex aus suspendierten Polyesterharzpartikeln
geschert wird, und wobei die Partikel vorzugsweise zum Beispiel
eine Größe im Bereich
von 50 bis 500 und mehr bevorzugt 10 bis 250 Nanometern als volumendurchschnittlichen
Durchmesser aufweisen, wie es durch einen Brookhaven Nanosizer gemessen
wird. Danach wird die zuvor genannte Mischung mit einem organischen
Komplexierungsmittel in Kontakt gebracht und unter Rühren für einen
geeigneten Zeitraum von zum Beispiel 1 bis 8 Stunden erwärmt, und
wobei das Erwärmen
40 °C bis
60 °C und
vorzugsweise 45 °C
bis 55 °C
beträgt,
was in der Aggregation und gleichzeitiger Koaleszenz der Harzpartikel
mit dem Farbmittel resultiert, und die Bildung von Partikeln im
Bereich der Größe von 0,5 μm (Mikron)
bis 20 μm
(Mikron) und vorzugsweise 2 bis 10 μm (Mikron) als volumendurchschnittliche Durchmessergröße erlaubt,
die durch einen Coulter-Zähler
(Microsizer II) gemessen wird. Die Größe der verbundenen Partikel
und deren Verteilung kann zum Beispiel durch die Menge an organischem
Komplexierungmittel und durch die Temperatur der Erwärmung gesteuert
werden, und worin die Geschwindigkeit, mit der die Tonergrößenpartikel
gebildet werden, auch durch die Menge des verwendeten organischen
Komplexierungsmittels und durch die Temperatur gesteuert werden
kann. Die nach dem Erwärmen
erhaltenen Partikel können einem
Waschschritt mit zum Beispiel Wasser zum Entfernen von verbliebenem,
organischen Komplexierungsmittel und einer Trocknung ausgesetzt
werden, wobei Tonerpartikel erhalten werden, die aus Harz und Farbmittel
bestehen, und welche Toner verschiedene Partikeldurchmessergrößen wie
1 – 20
und vorzugsweise 12 μm
(Mikron) als volumendurchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweisen
können.
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Bevorzugte
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen: ein Verfahren umfassend:
- (i) die Herstellung eines Emulsionslatex, bestehend
aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln mit einer Größe von 5 – 300 Nanometern
und vorzugsweise 10 – 250
Nanometern und in einer Menge von 5 – 40 Gewichtsprozent durch
das Erwärmen
des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 45 °C bis 80 °C;
- (ii) das Hinzufügen
einer Farbmitteldispersion unter scherenden Bedingungen oder intensivem
Hochgeschwindigkeitsvermischen, die zum Beispiel 20 – 50 % eines
in Wasser vordispergierten Farbmittels mit einer durchschnittlichen
Farbmittelgröße im Bereich
von 50 – 150
Nanometern enthält,
zu der Latexmischung, die aus sulfonierten Polyesterpartikeln in
Wasser besteht, gefolgt durch die Zugabe eines organischen Komplexierungsmittels
in einer Menge von zum Beispiel 1 – 5 Gewichtsprozent in Wasser;
- (iii) das Erwärmen
der oben genannten resultierenden Mischung bei einer Temperatur
von zum Beispiel 35 °C
bis 60 °C
und vorzugsweise 45 °C
bis 55 °C,
wodurch eine Aggregation und Koaleszenz bewirkt wird, die in Tonerpartikeln
mit zum Beispiel einer Größe von 4 – 10 μm (Mikron)
mit einer geometrischen Verteilung von weniger als 1,3 resultiert;
und optional
- (iv) das Abkühlen
der Produktmischung auf ungefähr
25 °C gefolgt
durch die Isolierung, Filtrierung und Trocknung;
-
ein
Verfahren umfassend:
- (i) die Herstellung oder
Bereitstellung eines Emulsionslatex aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln
mit einem Größendurchmesser
von 5 – 500
Nanometern und vorzugsweise 10 – 250
Nanometern durch das Erwärmen
des Harzes in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C – 90 °C;
- (ii) das Hinzufügen
der Farbmitteldispersion zu der oben genannten Latexmischung und
zu einem organischen Komplexierungsmittel in Wasser;
- (iii) das Erwärmen
der resultierenden Mischung bei einer Temperatur von 35 °C – 60 °C und vorzugsweise 45 °C – 55 °C, wodurch
eine Aggregation bewirkt wird und die Koaleszenz ermöglicht wird,
was in Tonerpartikeln mit zum Beispiel einem volumendurchschnittlichem
Durchmesser von 4 – 9 μm (Mikron)
resultiert und mit einer geometrischen Verteilung von weniger als
1,3; und
- (iv) das Abkühlen
der Produktmischung auf ungefähr
25 °C gefolgt
durch Filtrierung und Trocknung;
ein Verfahren, umfassend: - (i) die Herstellung eines Emulsionslatex, bestehend
aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln mit einer Größe von weniger
als 0,1 μm
(Mikron) durch das Erwärmen
des Harz in Wasser bei einer Temperatur von zum Beispiel 5 °C – 30 °C und vorzugsweise
10 °C – 20 °C oberhalb
der Glasübergangstemperatur
des Harz;
- (ii) das Hinzufügen
einer Farbmitteldispersion zu der Latexmischung gefolgt durch die
Zugabe einer organischen Komplexierungskomponente von 1 – 5 Gewichtsprozent
in Wasser;
- (iii) das Erwärmen
der resultierenden Mischung bei einer Temperatur von 35 °C – 60 °C und vorzugsweise 45 °C – 55 °C, was eine
Aggregation und Koaleszenz bewirkt, die in Tonerpartikeln resultiert;
und
- (iv) das Abkühlen
der Produktmischung gefolgt durch Filtrierung und Trocknung; und
ein
Verfahren, umfassend: - (i) die Herstellung einer
Emulsionslatex, bestehend aus Narium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln
und Wasser durch Erwärmen;
- (ii) das Hinzufügen
der Pigmentdispersion zu der oben genannten Latexmischung, bestehend
aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln in Wasser, unter scherenden
Bedingungen gefolgt durch die Zugabe eines organischen Komplexierungsmittels;
und
- (iii) das Erwärmen
der resultierenden Mischung, wodurch eine Aggregation bewirkt wird
und eine Koaleszenz ermöglicht
wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein tensidfreies Verfahren zur Herstellung
eines Toners zur Verfügung, umfassend
das Erwärmen
einer Mischung aus einem Emulsionslatex eines Polyesters, einem
Farbmittel und einem organischen Komplexierungsmittel, wodurch die
Aggregation und Koalesuzenz von Harzpartikeln bewirkt wird.
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Vorzugsweise
ermöglicht
das Komplexierungsmittel und das Erwärmen die Aggregation und Koaleszenz
der Harzpartikel und des Farbmittels, und danach das Kühlen und
Isolieren des gebildeten Toners, und das Latex enthält sulfoniertes
Polyesterharz.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von
Tonerzusammensetzungen gerichtet, umfassend: Die vorliegende Erfindung
ist auf ein Verfahren zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen gerichtet,
umfassend:
- (i) die Herstellung eines Emulsionslatex,
bestehend aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln mit einem
Größendurchmesser
von 5 – 300
Nanometern, durch das Erwärmen
des Harz in Wasser bei einer Temperatur von 65 °C bis 90 °C;
- (ii) das Hinzufügen
einer Farbmitteldispersion, die 20 – 50 % eines vordispergierten
Farbmittels in Wasser enthält,
und mit einem durchschnittlichen Farbmittelgrößenbereich von 50–150 Nanometern
unter scherenden Bedingungen zu dem Latex, gefolgt durch die Zugabe
eines organischen Komplexierungsmittels;
- (iii) das Erwärmen
der resultierenden Mischung bei einer Temperatur von 45 °C – 65 °C, wodurch
die Aggregation bewirkt wird und die Koaleszenz ermöglicht wird,
was in Tonerpartikeln mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser
von 2 – 20 μm (Mikron)
resultiert; und
- (iv) das Abkühlen
der Tonerproduktmischung gefolgt durch Isolierung und Trocknung.
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Die
folgenden Ausführungsformen
sind bevorzugt:
Das organische Komplexierungsmittel ist 1,4-Diaminobutan,
1,4-Diaminocyclohexan, 1,7-Diaminoheptan, 1,6-Diaminohexan, 1,2-Diamino-2-methylpropan,
1,9-Diaminononan, 1,8-Diaminoctan, 1,5-Diaminopentan, 1,2-Diaminopropan,
1,3-Diaminopropan, 1,3-Diamino-2-Hydroxypropan, Ethanolamin, Triethylamin
oder Tripropylamin.
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Die
Partikelgrößenverteilung
der aggregierten Partikel beträgt
ungefähr
1,4, und verringert sich auf ungefähr 1,15, wenn die Erwärmungstemperatur
von Raumtemperatur, ungefähr
25 °C, auf
ungefähr
55 °C erhöht wird.
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Die
scherenden Bedingungen werden durch Homogenisieren bei 1.000 Umdrehungen
pro Minute bis 10.000 Umdrehungen pro Minute bei einer Temperatur
von 25 °C
bis 35 °C
und für
eine Dauer von 1 Minute bis 120 Minuten erzielt.
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Der
Polyester ist ein Polyester aus Poly(1,2-Propylen-natrium-5-sulfoisophthalat),
Poly(neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(diethylen-natrium-5-sulfoisophthalat),
Copoly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat)-copoly-(1,2-propylen-terephthalatphthalat),
Copoly(1,2-propylen-diethylen-natrium-5-sulfoisophthalat)-copoly-(1,2-propylen
diethylen-terphthalat-phthalat), Copoly(ethylen-neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat)-copoly-(ethylen-neopentylen-terephthalat-phthalat)
oder Copoly(pro-poxyliertes Bisphenol A)-copoly-(propoxyliertes
Bisphenol A-natrium-5-sulfoisophthalat).
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Das
Farbmittel ist Kohlenstoffschwarz, Cyan, Gelb, Magenta oder Mischungen
davon.
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Die
isolierten Tonerpartikel haben einen volumendurchschnittlichem Durchmesser
von 2 bis 15 μm (Mikron)
und die geometrische Größenverteilung
davon beträgt
1,15 bis 1,35.
-
Zu
der Oberfläche
des gebildeten Toners werden Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, Silikate (Kieselsäuren), Metalloxide
oder Mischungen davon jeweils in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des
erhaltenen Toners hinzugefügt.
-
Das
organische Komplexierungsmittel ermöglicht nicht vernetzte Tonerpartikel,
oder das organische Komplexierungsmittel ermöglicht Toner, die nicht verstärkende rheologische
Eigenschaften aufzeigen.
-
Das
Komplexierungsmittel wird in einer Menge von 1 bis 5 Gewichtsprozent
ausgewählt.
-
Der
Polyester ist ein Natrium-sulfoniertes Polyesterharz mit einem Größendurchmesser
von 10 bis 150 Nanometern und der Toner hat einen volumendurchschnittlichen
Durchmesser von 3 bis 12 μm
(Mikron).
-
Das
organische Komplexierungsmittel stellt die Aggregation und Koaleszenz
des Harzlatex und des Farbmittels durch eine Amidierungsreaktion
des Polyesterlatex zur Verfügung
und die Amidierung involviert die Reaktion einer Amingruppe des
Komplexierungsmittels mit der Estergruppe des Polyesters.
-
Das
organische Komplexierungsmittel stellt die Aggregation und Koaleszenz
des Harzlatex und des Farbmittels durch teilweise Hydrolyse des
Polyesterlatex zur Verfügung,
wobei teilweise 0,1 bis 2 Gewichtsprozent bedeutet.
-
Das
Komplexierungsmittel ermöglicht
die Aggregation und Koaleszenz des Harzlatex und des Farbmittels.
-
Die
Aggregation und Koaleszenz resultiert vorzugsweise aus der Amidierung
des Harz mit 0,1 bis 2 Gewichtsprozent des Polyesters.
-
Das
Komplexierungsmittel ist 1,3-Diaminpentan.
-
Der
Polyesterharz ist Copoly(neopentylen-diethylen)terephthalat-copoly(natrium-sulfoisophthalat
dicarboxylat) oder Copoly(1,2-propylen-diethylen)terephthalat-copoly(natrium-sulfoisophthalat
dicarboxylat).
-
Das
Polyesterharz hat die Formel
worin
R ein Alkylen ist; R' ist
ein Arylen; und p und n stellen die Anzahl der sich zufällig wiederholenden
Segmente dar.
-
Das
Polyesterharz ist ein zufälliges
Copolymer, und worin die n und p Segmente getrennt sind.
-
Die
vorliegende Erfindung ist auch auf ein tensidfreies Verfahren zur
Herstellung eines Toners gerichtet, umfassend:
das Vermischen
eines Emulsionlatex, bestehend aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln
mit einer Farbmitteldispersion und einem organischen Komplexierungsmittel;
und das Erwärmen
der resultierenden Mischung bei einer Temperatur und optional
- (v) das Kühlen
der Mischung.
-
Vorzugsweise
wird das Emulsionslatex, das aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln
besteht, durch das Erwärmen
der Harzpartikel in Wasser bei einer Temperatur von 15 – 30 °C oberhalb
der Glasübergangstemperatur
des Harz gebildet, wobei die Farbmitteldispersion 20 – 50 % des
vordispergierten Farbmittels in Wasser enthält, gefolgt durch die Zugabe
des organischen Komplexierungsmittels; das Erwärmen der resultierenden Mischung
bei einer Temperatur von 35 °C – 65 °C, wodurch
eine Aggregation und Koaleszenz bewirkt wird; und
- (vi)
das Kühlen
der resultierenden Mischung.
-
Es
ist auch bevorzugt, dass ein Emulsionslatex hergestellt wird, bestehend
aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikel, durch das Erwärmen des
Harz in Wasser und anschließend
das Kühlen
des Toners und Isolierung und Trocknung.
-
Die
Isolierung wird vorzugsweise durch Filtrierung und Kühlen bei
ungefähr
25 °C durchgeführt.
-
Das
bevorzugte für
die Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgewählte Harz ist ein sulfonierter
Polyester wie Natrium-sulfonierter Polyester, genauer gesagt, ein
Polyester wie Poly(1,2-propylen-natrium 5-sulfoisophthalat), Poly(neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat),
Poly(diethylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Copoly(1,2-propylen-natrium-5-sulfoisophthalat)-copoly-(1,2-propylen-terephthalat-phthalat),
Copoly-(1,2-Propylen-diethylen-natrium-sulfoisophthalat)-copoly-(1,2-propylen-diethylen-terephthalat-phthalat),
Copoly(ethylen-neopentylen-natrium 5-sulfoisophthalat)-copoly-(ethylen-neopentylen-terephthalat-phthalat)
oder Copoly(propoxyliertes bisphenol A)-copoly-(propoxyliertes bisphenol
A-natrium-5-sulfoisophthalat. Die sulfonierten Polyester können in
Ausführungsformen
durch die folgende Formel dargestellt werden oder zufällige Copolymere
davon, worin die n- und p-Segmente getrennt sind.
![Figure 00150001](https://patentimages.storage.***apis.com/c6/69/b9/462f61241f4273/00150001.png)
worin
R ein Alkylen von zum Beispiel 2 bis 25 Kohlenstoffatomen ist, wie
Ethylen, Propylen, Butylen, Oxyalkylendiethylenoxid und Ähnliche;
R' ist ein Arylen
von zum Beispiel 6 bis 36 Kohlenstoffatomen wie Benzylen, Bisphenylen,
Bis(alkyloxy), Bisphenole und Ähnliche;
und p und n stellen die Anzahl der sich zufällig wiederholenden Segmente
von zum Beispiel 10 bis 10.000 dar. Der Alkalisulfopolyester besitzt
zum Beispiel ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht (M
n) von 1.500 bis 50.000 Gramm pro Mol, ein
gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht (M
w)
von 6.000 Gramm pro Mol bis 150.000 Gramm pro Mol, wie es durch
Gelpermeationschromatografie und unter Verwendung von Polystyrol
als Standard gemessen wird.
-
Es
können
verschiedene bekannte Farbmittel oder Pigmente, die in dem Toner
in einer wirksamen Menge von zum Beispiel 1 – 25 Gewichtsprozent des Toners
und vorzugsweise in einer Menge von 1–15 Gewichtsprozent des Toners
vorhanden sind, ausgewählt
werden und umfassen Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330®; Magnetite
wie Mobay Magnetite MO8029®, MO8060®; kolumbianische
Magnetite; MAPICO BLACKS® und oberflächenbehandelte
Magnetite. Im Allgemeinen sind die Farbmittel, die ausgewählt werden,
Cyan, Magenta oder Gelb und Mischungen davon. Diese Farbmittel,
insbesondere Pigmente, die ausgewählt werden, sind in verschiedenen
wirksamen Mengen, wie hierin gezeigt wird, vorhanden und liegen
im Allgemeinen bei 1 Gewichtsprozent bis 65 Gewichtsprozent und
vorzugsweise 2 bis 12 Gewichtsprozent des Toners.
-
Die
Farbmittel umfassen Farbstoffe, Pigmente und Mischungen davon, Mischungen
von Pigmenten, Mischungen von Farbstoffen und Ähnliche.
-
Beispiele
von organischen Komplexierungsmitteln oder Komponenten umfassen
aliphatische Amine, insbesondere Diamine, aminoaliphatische Alkohole,
trialiphatische Amine und Ähnliche,
und wobei aliphatisch ein Alkyl ist, das zum Beispiel 1 bis 25 Kohlenstoffatome
enthält.
Spezifische Beispiele von Komplexierungsmitteln sind 1,4-Diaminobutan,
1,4-Diaminocyclohexan, 1,7-Diaminoheptan, 1,6-Diaminohexan, 1,2-Diamino-2-methylpropan,
1,9-Diaminononan, 1,8,-Diaminooctan, 1,5-Diaminopentan, DYTEK®,
erhältlich
von DuPont, 1,2-Diaminopropan, 1,3-Diaminopropan, 1,3-Diamino-2-hydroxypropan,
Ethanolamin, Triethylamin, Tripropylamin und Ähnliche. Die Konzentration
oder Menge des Komplexierungsmittels, das ausgewählt wird, beträgt in Ausführungsformen
zum Beispiel 0,5 bis 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise 1 bis 5
Gewichtsprozent der Menge des sulfonierten Polyesterharz.
-
Oberflächenhilfsmittel,
die zu den Tonerzusammensetzungen nach der Isolierung durch zum
Beispiel Filtration und dann optional gefolgt durch Waschen und
Trocknen hinzugefügt
werden können,
umfassen zum Beispiel Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale
Silikate, Titanoxide, Mischungen davon und Ähnliche, wobei die Additive üblicherweise
in einer Menge von 0,1 – 2
Gewichtsprozenten vorhanden sind, siehe die U.S. Patente 3,590,000;
3,720,617; 3,655,374 und 3,983,045. Bevorzugte Hilfsmittel umfassen
Zinkstearat, Silikate wie AEROSIL R972® und
andere Silikate, die von der Cabot Corporation Degussa Company verfügbar sind.
Diese Hilfsmittel können
in Mengen von zum Beispiel 0,1 – 2
% ausgewählt
werden, und diese Additive können
während
der Aggregation eingebracht werden oder in das fertiggestellte Tonerprodukt
eingemischt werden. Der Toner kann auch bekannte Ladungshilfsstoffe
in wirksamen Mengen von zum Beispiel 0,1 – 5 Gewichtsprozent umfassen,
wie Alkylpyridiniumhalogenide, Bisulfate, die Ladungssteuerungsadditive
der U.S. Patente 3,944,493; 4,007,293; 4,079,014; 4,394,430 und
4,560,635, negative Ladungsverstärkerhilfsmittel
wie Aluminiumkomplexe und Ähnliche.
Andere bekannte positiv und negativ verstärkende Ladungshilfsmittel können auch
ausgewählt
werden.
-
Entwicklerzusammensetzungen
können
durch das Vermischen der Toner, die mit den Verfahren der vorliegenden
Erfindung erhalten werden, mit bekannten Trägerpartikeln hergestellt werden,
einschließlich
beschichteter Träger
wie Strahl, Ferrite und Ähnliche,
siehe die U.S. Patente 4,937,166 und 4,935,326, zum Beispiel mit
einer 2 %igen Tonerkonzentration bis zu einer 8 %igen Tonerkonzentration.
Die Trägerpartikel
können auch
aus einem Trägerkern
mit einer Polymerbeschichtung oder Beschichtungen darüber bestehen,
und dispergiert darin eine leitende Komponente wie ein leitender
Kohlenstoffruß in
einer Menge von zum Beispiel 5 – 60
Gewichtsprozenten vorhanden sein.
-
Bildgebende
Verfahren sind auch mit den Tonern, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, vorgesehen, siehe zum Beispiel eine Anzahl von
Patenten, die hierin erwähnt
werden. und die U.S. Patente 4,265,660; 4,585,884; 4,563,408 und
4,584,253.
-
Die
folgenden Beispiele werden zur Verfügung gestellt. Anteile und
Prozentangaben sind nach Gewicht, es sei denn, dieses wird anderweitig
angezeigt.
-
Beispiele
-
Herstellung von sulfonierten
Polyestern
-
Moderat
sulfonierte Polyester, die durch Polykondensationsreaktionen hergestellt
wurden, wurden mit einer ausreichend hohen Beladung von Sulfonatgruppen
ausgewählt,
um eine leichte Verteilung des Polymers in warmem Wasser bei zum
Beispiel 5 °C
bis 10 °C > Tg des Polyesterharz
als Submikronpartikel zu ergeben.
-
Herstellung von linearem,
moderat sulfonierten Polyester A:
-
Ein
lineares, sulfoniertes, zufälliges
Copolyesterharz, bestehend aus einem Molprozent, ungefähr 0,47 Terephthalat,
0,030 Natriumsulfoisophthalat, 0,455 Neopentylglycol und 0,045 Diethylenglycol
wurde wie folgt hergestellt. In einen 1 Liter Parr-Reaktor, ausgestattet
mit einem Bodenablassventil, Doppelpropellerrührer und Destillationsaufnahme
mit einem Kaltwasserkühler,
wurden 388 Gramm Dimethylterephthalat, 44,55 Gramm Natriumdimethylsulfoisophthalat,
310,94 Gramm Neopentylglycol (1 Mol Überschuss des Glycols), 22,36 Gramm
Diethylenglycol (1 Mol Überschuss
des Glycols) und 0,8 Gramm Butylzinnhydroxidoxid als Katalysator geladen.
Der Reaktor wurde dann auf 165 °C
unter Rühren
für 3 Stunden
erwärmt,
wobei 115 Gramm des Destillats in der Destillataufnahme gesammelt
wurden, und das Destillat bestand aus 98 Vol.-% Methanol und 2 Vol.-%
Neopentylglycol, wie durch das ABBE-Refraktometer gemessen wurde,
das von der American Optical Corporation verfügbar ist. Die Mischung wurde
dann auf 190 °C über einen
Zeitraum von einer Stunde erwärmt,
wonach der Druck langsam von Atmosphärendruck auf ungefähr 260 Torr über einen
Zeitraum von einer Stunde verringert wurde, und dann auf 5 Torr über einen
Zeitraum von zwei Stunden verringert wurde, unter Sammlung von ungefähr 122 Gramm
des Destillats in der Destillataufnahme, und das Destillat bestand
aus 97 Volumenprozent Neopentylglycol und 3 Volumenprozent Methanol,
wie durch das ABBE-Refraktometer gemessen wurde. Der Druck wurde
dann weiter auf ungefähr
1 Torr über
einen Zeitraum von 30 Minuten verringert, wodurch zusätzliche
16 Gramm Neopentylglycol gesammelt wurden. Der Reaktor wurde dann
mit Stickstoff auf Atmosphärendruck
gespült
und das Polymer wurde durch den Bodenablass in einen Behälter abgelassen,
der mit Trockeneis gekühlt
worden war, um 460 Gramm des 3,0 Mol-%igen sulfonierten Polyesterharz, Copoly(neopentylen-diethylen)terephthalat-copoly(natrium-sulfoisophthalatdicarboxylat),
zu ergeben. Die Glasübergangstemperatur
des sulfonierten Polyesterharz wurde als 54,7 °C (zu Beginn) unter Verwendung des
differential abtastenden Kalorimeters 910, das von E. I. DuPont
verfügbar
ist, bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit
von 10 °C
pro Minute gemessen. Das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht
wurde als 2.560 Gramm pro Mol gemessen und das gewichtsdurchschnittliche
Molekulargewicht wurde als 3.790 Gramm pro Mol unter Verwendung
von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel
gemessen. Eine Partikelgröße von 31
Nanometern (nach Volumen gewichtet) wurde unter Verwendung eines
Nicomp- Partikelgrößenmessgerätes gemessen.
-
Herstellung des linearen,
moderat sulfoniertem Polyesters B:
-
Ein
lineares, sulfoniertes, zufälliges
Copolyesterharz, bestehend aus einem Molprozent, ungefähr 0,465
Terephthalat, 0,035 Natriumsulfoisophthalat, 0,475 1,2-propandiol
und 0,025 Diethylenglycol wurde wie folgt hergestellt. In einen
1 Liter Parr-Reaktor, ausgestattet mit einem Bodenablassventil,
Doppelpropellerrührer
und Destillationsaufnahme mit einem Kaltwasserkondensator, wurden
388 Gramm Dimethylterephthalat, 44,55 Gramm Natriumdimethylsulfoisophthalat,
310,94 Gramm 1,2-Propandiol (1 Mol Überschuss des Glykols), 22,36
Gramm Diethylenglycol (1 Mol Überschuss
des Glycols) und 0,8 Gramm Butylzinnhydroxidoxid als Katalysator
geladen. Der Reaktor wurde dann auf 165 °C unter Rühren für 3 Stunden erwärmt, wodurch
115 Gramm Destillat in der Destillationsaufnahme gesammelt wurden,
und das Destillat bestand aus ungefähr 98 Volumenprozent Methanol
und 2 Volumenprozent aus 1,2-Propandiol, wie durch das ABBE-Refraktometer
gemessen wurde, das von der American Optical Corporation verfügbar ist.
Die Mischung wurde dann auf 190 °C über einen
Zeitraum von einer Stunde erwärmt,
wonach der Druck langsam von Atmosphärendruck auf ungefähr 260 Torr über einen
Zeitraum von einer Stunde verringert wurde, und dann auf 5 Torr über einen
Zeitraum von zwei Stunden verringert wurde, unter Sammeln von ungefähr 122 Gramm
des Destillats in der Destillationsaufnahme, und das Destillat bestand
aus ungefähr
97 Volumenprozent 1,2-Propandiol und 3 Volumenprozent Methanol,
wie durch das ABBE-Refraktometer gemessen wurde. Der Druck wurde
dann weiter auf ungefähr
1 Torr über
einen Zeitraum von 30 Minuten verringert, wodurch zusätzliche
16 Gramm 1,2-Propandiol gesammelt wurden. Der Reaktor wurde dann
mit Stickstoff auf Atmosphärendruck
gespült
und das Polymer durch den Bodenablass in einen Behälter abgelassen,
der mit Trockeneis gekühlt
war, um 460 Gramm des 3,5 Mol.-%igen sulfonierten Polyesterharz
zu ergeben, Copoly(1,2-propylen-diethylen)terephthalat-copoly(natriumsulfoisophthalatdicarboxylat).
Die Glasübergangstemperatur
des sulfonierten Polyesterharz wurde als 59,5 °C (zu Beginn) unter Verwendung
eines differential abtastenden Kalorimeters 910, das von E. I. DuPont
verfügbar
war, bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit
von 10 °C
pro Minute gemessen. Das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht
wurde als 3.250 Gramm pro Mol gemessen und das gewichtsdurchschnittliche
Molekulargewicht wurde als 5,290 Gramm pro Mol unter Verwendung
von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel
gemessen. Es wurde eine Partikelgröße von 57 Nanometern (nach
Volumen gewichtet) unter Verwendung einer Nicomp Partikelgrößenmessvorrichtung
gemessen.
-
Herstellung der Latexstammlösungen:
-
Submikrometer
(Submikron)- Dispersionen des geeigneten sulfonierten Polyesterharz,
zum Beispiel solche, die oben hergestellt wurden, in destilliertem,
deionisierten Wasser werden durch zuerst das Erwärmen des Wassers auf 10 °C bis 15 °C oberhalb
der Glasübergangstemperatur
des sulfonierten Polyesterpolymers und dann das langsame Hinzufügen des
Polymers unter Rühren,
bis es vollständig
dispergiert ist, hergestellt. Die resultierenden Latexe hatten eine
charakteristische blaue Tönung
und eine Harzpartikelgröße im Bereich von
5 bis 100 Nanometern. Im Allgemeinen wurden 50 Gramm des sulfonierten
Polyesters in 200 Gramm Wasser verteilt.
-
Cyan-Tonerherstellung
-
250
Gramm der oben genannten Polyesterharz B- Emulsion oder des Latex,
wie er oben hergestellt wird, wurden mit 3,25 Gramm einer Cyanpigment
15 : 3 Dispersion (Sun Chemical, 54 Gewichtsprozent in Wasser) vermischt,
gefolgt durch Scheren bei 3.000 Umdrehungen pro Minute unter Verwendung
eines Brinkmann Polytron für
eine Dauer von ungefähr
2 Minuten. Hierzu wurden unter Rühren
2,25 Gramm des organischen Komplexierungsmittels 1,3-Diaminopentan
oder DYTEK® in
ungefähr
10 ml Wasser hinzugefügt.
Die resultierende Mischung wurde dann auf ungefähr 52 °C erwärmt und das Rühren wurde
für 5,5
Stunden weiter geführt,
was in Cyan-Tonerpartikeln
mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 6,6 μm (Mikron) und
einer geometrischen Größenverteilung
von 1,18 resultiert, die durch den Coulter Zähler gemessen wird. Der Cyan-Toner
bestand aus ungefähr
96,5 Gewichtsprozent Harz und 3,5 Gewichtsprozent Cyanpigment 15 :
3.
-
Sammeln des Produkts:
-
Die
oben genannte Mischung wurde mit 500 ml kaltem Wasser, das auf Raumtemperatur
abgekühlt worden
war, ungefähr
25 °C, verdünnt, filtriert,
mit ungefähr
500 Gramm Wasser gewaschen und unter Verwendung eines Gefriertrockners
getrocknet. Es wurden 50 Glanzeinheiten bei einer geringen Verbindungstemperatur
von ungefähr
170 °C erreicht,
wenn der erhaltende Toner mit einer Xerox Corporation Labor-Fixierung, ähnlich der
Xerox Corporation 5090 Fixierung, verbunden wurde. Dieser Toner
wurde als ein Toner mit hohem Glanz angesehen.
-
Magenta-Tonerherstellung
-
250
Gramm des Polyesterharz B Latex, wie er oben hergestellt wurde,
wurden mit 12 Gramm einer Magenta-Rot 81 : 3 Pigmentdisperion (Sun
Chemical, 21 Gewichtsprozent Pigment in Wasser) vermischt, gefolgt
durch Scheren bei 3.000 Umdrehungen pro Minute unter Verwendung
eines Brinkmann Polytron für
einen Zeitraum von ungefähr
2 Minuten. Zu der resultierenden Mischung wurden unter Rühren 2,25
Gramm des organischen Komplexierungsmittels 1,3-Diaminopentan oder
DYTEK® in
ungefähr
10 ml Wasser hinzugefügt. Die
resultierende Mischung wurde dann auf ungefähr 52 °C erwärmt und das Rühren wurde
für 6 Stunden
weitergeführt,
was in Magenta-Tonerpartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 5,9 μm (Mikron)
und einer geometrischen Größenverteilung
von 1,19, wie sie durch einen Coulter Zähler gemessen wurde, resultiert.
Der Magenta-Toner bestand aus ungefähr 95 Gewichtsprozent des Polyesterharz
und 5 Gewichtsprozent des roten Pigments 81 : 3.
-
Das Sammeln des Produkts:
-
Die
oben genannte Mischung wurde mit 500 ml kaltem Wasser, das auf Raumtemperatur
gekühlt
worden war, ungefähr
25 °C, verdünnt, filtriert,
mit ungefähr
500 Gramm Wasser gewaschen und unter Verwendung eines Gefriertrockners
getrocknet. Es wurden 50 Glanzeinheiten bei einer geringen Verbindungstemperatur
von ungefähr
175 °C erhalten,
wenn der oben hergestellte, erhaltene Magenta-Toner auf einer Xerox
Corporation Labor Fixierung, ähnlich
der Xerox Corporation 5090 Fixierung, verbunden wurde. Somit wird
dieser Toner als ein Hochglanztoner angesehen.
-
Gelb-Tonerherstellung:
-
250
Gramm der Polyesterharz B-Emulsion, wie sie oben hergestellt wurde,
wurden mit 10 Gramm einer Gelb 180 Pigmentdispersion vermischt (Sun
Chemical, 25 Gewichtsprozent Pigment in Wasser), gefolgt durch Scheren
bei 3.000 Umdrehungen pro Minute unter Verwendung eines Brinkmann
Polytron für
einen Zeitraum von ungefähr
2 Minuten. Zu dieser Mischung wurden unter Rühren 2,25 Gramm des organischen
Komplexierungsmittels DYTEK® in ungefähr 10 ml
Wasser hinzugefügt.
Die resultierende Mischung wurde dann auf ungefähr 52 °C erwärmt und das Rühren wurde
für weitere
6,5 Stunden durchgeführt,
um in gelben Tonerpartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 6,2 μm (Mikron)
bei einer geometrischen Größenverteilung
von 1,17, die durch den Coulter Zähler gemessen wurde, zu resultieren.
Der resultierende gelbe Toner bestand aus ungefähr 92,8 Gewichtsprozent des
Polyesterharz und 7,2 Gewichtsprozent des Gelb 180 – Pigments.
-
Sammeln des Produkts:
-
Die
oben genannte Mischung wurde mit 500 ml kaltem Wasser, das auf Raumtemperatur
gekühlt
worden war, ungefähr
25 °C, verdünnt, filtriert,
mit ungefähr
500 Gramm Wasser gewaschen und unter Verwendung eines Gefriertrockners
getrocknet. Es wurden 50 Glanzeinheiten bei einer niedrigen Verbindungstemperatur
von ungefähr
177 °C erreicht,
wenn der oben hergestellte, erhaltene gelbe Toner mit einer Xerox
Corporation Labor Fixierung, ähnlich
der Xerox Corporation 5090 Fixierung, verbunden wurde. Somit wurde
dieser Toner als ein Hochglanztoner angesehen.
-
Schwarze Tonerherstellung:
-
250
Gramm der Polyesterharz B-Emulsion, wie sie oben hergestellt wurde,
wurden mit 5 Gramm REGAL 330® Kohlenstoffschwarz – Pigmentdisperion
vermischt (Sun Chemical, 40 Gewichtsprozent Pigment in Wasser),
gefolgt durch Scheren bei 3.000 Umdrehungen pro Minute unter Verwendung
eines Brinkmann Polytron für
eine Dauer von ungefähr
2 Minuten. Zu dieser Mischung wurden unter Rühren 2,25 Gramm des organischen
Komplexierungsmittels Hexandiamin in ungefähr 10 ml Wasser hinzugefügt. Die
resultierende Mischung wurde dann auf ungefähr 52 °C erwärmt und das Rühren wurde
für 6,5
Stunden weitergeführt,
um in schwarzen Tonerpartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 6,4 μm (Mikron)
und einer geometrischen Größenverteilung
von 1,18, wie durch den Coulter Zähler gemessen wurde, zu resultieren.
Der resultierende schwarze Toner bestand aus ungefähr 95 Gewichtsprozent
des Polyesterharz und 5 Gewichtsprozent des REGAL 330® Kohlenstoffschwarz.
-
Sammeln
des Produkts:
-
Die
oben genannte Mischung wurde mit 500 ml kaltem Wasser, das auf Raumtemperatur
gekühlt
worden war, ungefähr
25 °C, verdünnt, filtriert,
mit ungefähr
500 Gramm Wasser gewaschen und unter Verwendung eines Gefriertrockners
getrocknet. Es wurden 50 Glanzeinheiten bei einer geringen Verbindungstemperatur
von ungefähr
180 °C erreicht,
wenn der oben hergestellte erhaltene schwarze Toner mit einer Xerox
Corporation Labor Fixierung, ähnlich
der Xerox Corporation 5090 Fixierung, verbunden wurde. Somit wurde
dieser Toner als Hochglanztoner angesehen.