DE69926924T2

DE69926924T2 - Tonerherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69926924T2
Application number: DE69926924T
Authority: DE
Inventors: Walter Mississauga Mychaijlowskij; Guerino G. Oakville Sacripante; Daniel A. Toronto Foucher; Raj D. Oakville Patel; Stephan V. Toronto Drappel
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JPH11258854A; EP0928992A2; EP0928992A3; EP0928992B1; US5945245A; DE69926924D1

Description

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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Tonerverfahren mit vielen der hierin illustrierten Vorteile zur Verfügung zu stellen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.
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.
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.
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;

(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

(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.

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.
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.
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.

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.
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.
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.
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).
Das Farbmittel ist Kohlenstoffschwarz, Cyan, Gelb, Magenta oder Mischungen davon.
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.
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.

Claims

Ein tensidfreies Verfahren zur Herstellung eines Toners, umfassend das Erwärmen einer Mischung aus einem Emulsionslatex eines Polyesters, einem Farbmittel und einem organischen Komplexierungsmittel, wodurch die Aggregation und Koaleszenz von Harzpartikeln bewirkt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Komplexierungsmittel und das Erwärmen die Aggregation und Koaleszenz der Harzpartikel, die in dem Latex enthalten sind, und des Farbmittels ermöglichen, und danach das Abkühlen und Isolieren des gebildeten Toners, und worin der Latex sulfonierten Polyesterharz enthält.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend (i) die Herstellung eines Emulsionslatex, bestehend aus Natrium-sulfonierten Polyesterharzpartikeln mit einem Größendurchmesser von 5 bis 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 bis 50 % des vordispergierten Farbmittels in Wasser enthält, und mit einem durchschnittlichen Farbmittelgrößenbereich von 50 bis 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 bis 65 °C, wodurch eine Aggregation bewirkt wird und die Koaleszenz ermöglicht wird, was in Tonerpartikeln mit einem volumendurchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 20 μm (Mikron) resultiert; und (iv) das Abkühlen der Tonerproduktmischung gefolgt durch Isolierung und Trocknung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das organische Komplexierungsmittel 1,4-Diaminobutan, 1,4-Diaminocyclohexan, 1,7-Diamino heptan, 1,6-Diaminohexan, 1,2-Diamino-2-methylpropan, 1,9-Diaminononan, 1,8-Diaminooctan, 1,5-Diaminopentan, 1,2-Diaminopropan, 1,3-Diaminopropan, 1,3-Diamino-2-hydroxypropan, Ethanolamin, Triethylamin oder Tripropylamin ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, worin der Polyester ein Polyester aus Poly(1,2-Propylen-natrium-5-sulfoisophthalat), Poly(neopentylennatrium-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-5-sulfoisophthalat)-copoly-(1,2-propylen-diethylen-terphthalat-phthalat), Copoly(ethylen-neopentylen-natrium-5-sulfoisophthalat)-copoly-(ethylen-neopentylen-terephthalat-phthalat) oder Copoly(propoxyliertes Bisphenol A)-copoly-(propoxyliertes Bisphenol A-natrium-5-sulfoisophthalat) ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend das Vermischen eines Emulsionslatex, bestehend aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln mit einer Farbmitteldispersion und einem organischen Komplexierungsmittel; und das Erwärmen der resultierenden Mischung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, worin das Emulsionslatex, das aus sulfonierten Polyesterharzpartikeln besteht, durch das Erwärmen der Harzpartikel in Wasser bei einer Temperatur von 15 bis 30 °C oberhalb der Glasübergangstemperatur des Harz gebildet wird, worin die Farbmitteldispersion 20 bis 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 bis 65 °C, wodurch eine Aggregation und Koaleszenz bewirkt wird; und (v) das Kühlen der resultierenden Mischung.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Komplexierungsmittel die Aggregation und Koaleszenz des Harzlatex und des Farbmittels ermöglicht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, worin die Aggregation und Koaleszenz aus der Amidierung des Harz von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent des Polyesters resultiert.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, worin das Polyesterharz ein (a) Copoly(neopentylen-diethylen)terephthalat-copoly(natrium-sulfoisophthalat-dicarboxylat) oder Copoly(1,2-propylen-diethylen)terephthalat-copoly(natrium-sulfoisophthalat-dicarboxylat) ist; und/oder (b) die Formel:
aufweist, worin R ein Alkylen ist; R' ein Arylen ist; und p und n die Anzahl der sich zufällig wiederholenden Segmente darstellen.