DE102011004368A1

DE102011004368A1 - Tonerzusammensetzungen und Verfahren

Info

Publication number: DE102011004368A1
Application number: DE102011004368A
Authority: DE
Inventors: Ke Ont. Zhou; Edward G. Ont. Zwartz; Michael S. Ont. Hawkins; Guerino G. Ont. Sacripante
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2031-02-19
Also published as: GB201103175D0; GB2483947B; KR20110097717A; US8603720B2; US20110207046A1; DE102011004368B4; CA2732067A1; CA2732067C; GB2483947A; CN102163019B; CN102163019A; KR101687422B1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Toners umfasst das Bilden einer Emulsion mit einer Pufferlösung und einem amorphen, biologisch abbaubaren Polyesterharz, das durch die folgende Formel (1) dargestellt ist:in der jedes n unabhängig für eine ganz Zahl von 1 bis etwa 20 steht und x und y für die jeweiligen Anteile der jeweiligen monomeren Einheiten im Polymer stehen und x im Bereich von etwa 0 bis etwa 1000 liegt und y im Bereich von etwa 0 bis etwa 300 liegt; Zugabe eines Farbmittels, eines Koagulationsmittels und gegebenenfalls eines Wachses zu der Emulsion zur Bildung einer Mischung, Erhitzen der Mischung, Zulassen von Aggregation und Koaleszenz der Mischung zur Bildung von Tonerpartikeln und Gewinnen der Tonerpartikeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Verfahren zur Herstellung von Toner, wie z. B. Emulsion-Aggregation-Verfahren, sowie durch solche Verfahren gebildete Tonerzusammensetzungen. Genauer gesagt, betrifft diese Offenbarung allgemein Emulsion-Aggregation-Verfahren, in denen ein biologisch abbaubares Polyesterharz eingesetzt wird, sowie Tonerzusammensetzungen, die so ein biologisch abbaubares Polyesterharz enthalten.
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 12/255,405, die am 21. Oktober 2008 unter dem Titel „Tonerzusammensetzung und Verfahren” eingereicht wurde.
STAND DER TECHNIK
Für die Herstellung von Toner liegen zahlreiche Verfahren innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten. Eines dieser Verfahren ist die Emulsion-Aggregation (EA). Emulsion-Aggregation-Toner können bei der Erzeugung von Druck- und/oder xerographischen. Bildern verwendet werden Emulsion-Aggregation-Techniken können die Bildung eines Emulsionslatex aus Harzpartikeln durch Erhitzen des Harzes unter Verwendung einer Emulsionspolymerisation umfassen, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,853,943 beschrieben. Weitere Beispiele für Emulsion-Aggregation/Koaleszenzverfahren zur Herstellung von Toner werden in den US-Patenten Nr. 5,278,020 , 5,290,654 , 5,302,486 , 5,308,734 , 5,344,738 , 5,346,797 , 5,348,832 , 5,364,729 , 5,366,841 , 5,370,963 , 5,403,693 , 5,405,728 , 5,418,108 , 5,496,676 , 5,501,935 , 5,527,658 , 5,585,215 , 5,650,255 , 5,650,256 , 5,723,253 , 5,744,520 , 5,763,133 , 5,766,818 , 5,747,215 , 5,804,349 , 5,827,633 , 5,840,462 , 5,853,944 , 5,869,215 , 5,863,698 ; 5,902,710 ; 5,910,387 ; 5,916,725 ; 5,919,595 ; 5,925,488 , 5,977,210 und 5,994,020 sowie der anhängigen US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 2008/01017989 beschrieben.
Ultra niedrig schmelzende (ULM)-EA-Toner mit Polyester wurden unter Verwendung von amorphen und kristallinen Polyesterharzen hergestellt, wie zum Beispiel in der anhängigen US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 2008/0153027 beschrieben.
Zwei beispielhafte Emulsion-Aggregation-Toner umfassen auf Acrylat basierende Toner, wie z. B. solche, die auf Styrol-Acrylat-Tonerpartikeln basieren, wie zum Beispiel, im US-Patent Nr. 6,120,967 beschrieben, und Polyester-Tonerpartikel, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,916,725 und den anhängigen US-Patentanmeldungen der Anmeldenummern 2008/0090163 und 2008/0107989 offenbart. Ein weiteres Beispiel, wie in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung der Anmeldenummer 11/956,878 offenbart, umfasst einen Toner mit Partikeln aus einem biobasierten Harz, wie zum Beispiel einem halbkristallinen biologisch abbaubaren Polyesterharz, das Polyhydroxyalkanoate umfasst, wobei der Toner durch ein Emulsion-Aggregation-Verfahren hergestellt wird.
Die große Mehrzahl an Polymermaterialien, einschließlich der üblicherweise zur Herstellung von Tonerzusammensetzungen verwendeten Polymermaterialien, basieren auf der Extraktion und Verarbeitung von fossilen Brennstoffen. Diese Verfahren führen letztlich jedoch zu einem Anstieg von Treibhausgasen und der Akkumulation von nicht abbaubaren Materialien in der Umwelt. Darüber hinaus leiten sich viele derzeitige, auf Polyester basierende Toner von Bisphenol A ab, das ein bekanntes Karzinogen/bekannter endokrin wirksamer Störfaktor ist. Es ist sehr wahrscheinlich, dass zukünftig größere öffentliche Einschränkungen der Verwendung dieser Chemikalie gesetzlich verfügt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Demzufolge besteht ein Bedarf nach alternativen, kosteneffizienten und umweltfreundlichen Polyestermaterialien, die zu Tonerzusammensetzungen formuliert werden können. Jedes dieser alternativen Materialien muss jedoch noch immer die rigorosen Anforderungen für hochwertige Bilderzeugungssysteme erfüllen. Diese und andere Bedürfnisse werden in der vorliegenden Offenbarung erreicht.
Zudem werden Emulsion-Aggregation-Verfahren beschrieben. In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Toners: Das Mischen einer amorphen, biologisch abbaubaren Polyesterharzemulsion und eines Puffers, wie z. B. IRIS-HCl-Puffer, zur Bildung einer Emulsion, Zugabe eines Farbmittels und eines Koagulationsmittels zur Emulsion zur Bildung einer Mischung, Erhitzen der Mischung, Zulassen von Aggregation und Koaleszenz der Mischung zur Bildung von Tonerpartikeln und Gewinnen der Tonerpartikel.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl ein amorphes, biologisch abbaubares Polymerharz für verschiedene Anwendungen zur Verfügung steht, wurde gefunden, dass das amorphe, biologisch abbaubare Polymerharz nicht ohne Weiteres zu einer stabilen Emulsion emulgiert werden konnte, um dessen Anwendung in Emulsion-Aggregation-Verfahren zur Bildung von Tonerpartikeln zu erlauben. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Steuerung der Partikelgröße und der Partikelgrößenverteilung schwierig ist, wenn das amorphe biologisch abbaubare Polymerharz zur Bildung von ultra niedrig schmelzenden Tonern verwendet wurde. Angesichts dieser Schwierigkeiten wurde gefunden, dass eine Pufferlösung, wie z. B. ein TRIS-HCl-Puffer, verwendet werden konnte, um das amorphe biologisch abbaubare Polymerharz so zu emulgieren, um dessen Verwendung in Emulsion-Aggregation-Verfahren zur Bildung von Tonerpartikeln zu ermöglichen.
Es wurde gefunden, dass ein amorphes, biologisch abbaubares Polymerharz erfolgreich emulgiert und ein Toner hergestellt werden konnte, weil der pH-Wert des Harzes, des Lösungsmittels und der Wasserlösung stabil gehalten und eine mögliche Hydrolyse des amorphen, biologisch abbaubaren Polymerharzes vermieden wurde. Zudem kann das amorphe, biologisch abbaubare Polymerharz direkt zur Herstellung von Toner verwendet werden, ohne das organische Lösungsmittel verwendet werden müssten, was so ein umweltfreundlicheres Verfahren ermöglicht. Erdöl basierte Toner können durch biobasierte Toner ersetzt werden und bieten der Drucker- und Kopiererindustrie ein sehr gutes Betriebsverhalten und umweltfreundliche, Biotoner mit ausgezeichneter Bildqualität.
Amorphes, biologisch abbaubares Polymerharz
Ein amorphes, biologisch abbaubares Polyesterharz wird zur Bildung des Harzes für die Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung eingesetzt.
In Ausführungsformen kann das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz durch die folgende Formel (1) dargestellt werden:
In Formel (1) steht jedes n unabhängig für eine ganze Zahl von etwa 1 bis etwa 20, wie z. B. etwa 2 oder etwa 3 bis etwa 10 oder etwa 15 oder etwa 5 bis etwa 8. Die Werte x und y stehen für die jeweiligen Anteile der jeweiligen monomeren Einheiten im Polymer, und im Allgemeinen kann x im Bereich von etwa 0 bis etwa 1000, wie z. B. etwa 9 bis etwa 70 liegen, und y kann im Bereich von etwa 0 bis etwa 300, wie z. B. etwa 1 bis etwa 10 liegen. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines von x und y größer als 0 und in noch weiteren Ausführungsformen sind sowohl x als auch y größer als 0.
Zum Beispiel ist ein spezifisches Material, das als das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz verwendet werden kann, in Ausführungsformen das käuflich erhältliche Material BIOREZ^TM 64-113 Harz, das von Advanced Image Resources erhältlich ist und die allgemeine Formel (2) aufweist:
In Formel (2) stehen x und y für die jeweiligen Anteile der jeweiligen monomeren Einheiten im Polymer, und im Allgemeinen kann x im Bereich von etwa 0 bis etwa 1000, wie z. B. etwa 9 bis etwa 70 liegen, und y kann im Bereich von etwa 0 bis etwa 300, wie z. B. etwa 1 bis etwa 10 liegen. In einigen Ausführungsformen ist mindestens eines von x und y größer als 0 und in noch weiteren Ausführungsformen sind sowohl x als auch y größer als 0. Dieses Material ist ein auf Soja basierendes Harz, das mehr als 50% biobasierter Monomere enthält.
Die amorphen, biologisch abbaubaren Polyesterharze der Formel (1) können auf geeignete Weise hergestellt werden, zum Beispiel durch die Reaktion einer Dicarbonsäurekomponente, einer Isosorbidkomponente und einer dimeren Säurekomponente unter geeigneten Bedingungen, wie zum Beispiel in Gegenwart von Wärme und einem Katalysator, um das gewünschte Polyesterharz zu ergeben. Die Harze werden als biologisch erwünscht betrachtet, da die Isosorbidkomponente und die dimere Säurekomponente zum Beispiel aus natürlichen Quellen erhalten werden können, wie z. B. aus Mais und Sojabohnen, während nur die Dicarbonsäurekomponente aus Erdölquellen erhalten wird. Selbstverständlich kann jeder der konstituierenden Komponenten sich von einer Vielzahl an Abläufen, gleichgültig ob auf Erdölbasis oder nicht, ableiten.
Zum Beispiel kann das spezifische Material BIOREZ^TM 64-113 der Formel (2) synthetisiert werden, indem die folgenden Komponenten (2a)–(2c) in Gegenwart von Wärme und Sb₂O₃ zur Reaktion gebracht werden:
(2a, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, stammt aus Erdöl)
(2b, D-Isosorbid, stammt aus Mais)
(2c, dimere Säure, stammt aus Sojabohnen)
In Ausführungsformen kann das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz eine Tg von etwa 40°C bis etwa 70°C, wie z. B. von etwa 50°C bis etwa 65°C aufweisen, obwohl die Tg außerhalb dieses Bereichs liegen kann.
Das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz kann ein beliebiges, geeignetes und erwünschtes Molekulargewicht aufweisen, um den resultierenden Tonerzusammensetzungen gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Zum Beispiel kann das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz in Ausführungsformen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von etwa 1.000 bis etwa 15.000, wie z. B. etwa 2.000 bis etwa 10.000 aufweisen, und kann ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 2.000 bis etwa 5.000, wie z. B. etwa 2.500 bis etwa 4.000 aufweisen. Das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz kann auch eine geeignete Molekulargewichtsverteilung MWD (Mw/Mn) aufweisen, wie z. B. etwa 1,5 bis etwa 10 oder etwa 1,75 bis etwa 6. Selbstverständlich können Werte außerhalb dieser Bereiche in anderen Ausführungsformen akzeptable Ergebnisse liefern.
In Ausführungsformen kann die Emulsion des amorphen, biologisch abbaubaren Polyesterharzes eine mittlere Partikelgröße oder einen mittleren Durchmesser von etwa 50 nm bis etwa 600 nm, wie z. B. etwa 75 nm bis etwa 400 nm aufweisen, obwohl die Partikelgröße außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Weitere Harzmaterialien
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen amorphen, biologisch abbaubaren Harz, können die Tonerzusammensetzungen des Weiteren ein oder mehrere zusätzliche Harzmaterialien umfassen, um die gewünschten Ergebnisse zu liefern. Das eine oder die mehreren zusätzlichen Harzmaterialien können zum Beispiel amorph, halbkristallin oder kristallin sein und können entweder aus Erdölquellen stammen oder können ein biobasiertes Harz aus erneuerbaren Quellen sein. Das eine oder die mehreren zusätzlichen Harzmaterialien können ein auf Acrylat basierendes Harz, ein auf Styrol basierendes Harz, ein auf Polyester basierendes Harz oder dergleichen sein. Eine Vielzahl dafür geeigneter Harze wird in den verschiedenen zitierten Patentreferenzen beschrieben.
In einer Ausführungsform kann das oben beschriebene, amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz in Kombination mit einem biobasierten kristallinen Harz eingesetzt werden. Das biobasierte, kristalline Harz kann mittels Coemulgieren mit dem amorphen, biologisch abbaubaren Polymerharz in die Tonerzusammensetzung eingefügt werden.
Beispiele für halbkristalline Harze, die verwendet werden können, umfassen Polyester, Polyamide, Polyimide, Polyisobutyrat und Polyolefine wie z. B. Polyethylen, Polybutylen, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen können die halbkristallinen Harze, die verwendet werden können, auf Polyester basieren, wie z. B. auf Polyhydroxyalkanoaten mit der folgenden Formel:
in der R unabhängig H oder eine substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 13 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 3 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen ist, X von etwa 1 bis etwa 3 ist, und n der Polymerisationsgrad ist und von etwa 50 bis etwa 20.000, in Ausführungsformen von etwa 100 bis etwa 15.000 beträgt.
In Ausführungsformen kann R mit Gruppen wie zum Beispiel Silylgruppen, Nitrogruppen, Cyanogruppen, Halogenidatomen wie z. B. Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid und Astatid, Amingruppen, einschließlich primärer, sekundärer und tertiarer Amine, Hydroxygruppen, Alkoxygruppen wie z. B. solchen mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, Aryloxygruppen wie z. B. solchen mit von etwa 6 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 6 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, Alkylthiogruppen wie z. B. solchen mit von etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, Arylthiogruppen wie solchen mit von etwa 6 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen, in Ausführungsformen von etwa 6 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, Aldehydgruppen, Ketongruppen, Estergruppen, Amidgruppen, Carbonsäuregruppen, Sulfonsäuregruppen, Kombinationen davon und dergleichen substituiert sein.
Geeignete Polyhydroxyalkanoatharze umfassen Polyhydroxybutyrat (PHB), Polyhydroxyvalerat (PHV) und Copolyester, die zufällig angeordnete Einheiten von 3-Hydroxybutyrat (HB) und/oder 3-Hydroxyvalerat (HV) enthalten, wie z. B. Poly-beta-hydroxybutyrat-co-beta-hydroxyvalerat, sowie Kombinationen davon. Weitere geeignete Polyhydroxyalkanoatharze werden zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,004,664 beschrieben.
Polyhydroxyalkanoatharze können von einer beliebigen geeigneten Quelle erhalten werden, wie z. B. einem Syntheseverfahren wie im US-Patent Nr. 5,004,664 beschrieben, oder durch Isolieren des Harzes aus einem Mikroorganismus, der dieses Harz produzieren kann. Beispiele für Mikroorganismen, die Polyhydroxyalkanoatharze produzieren können, umfassen zum Beispiel Alcaligenes eutrophus, Methylobacterium sp., Paracoccus sp., Alcaligenes sp., Pseudomonas sp., Comamonas acidovorans und Aeromonas caviae, wie zum Beispiel bei Robert W. Lenz und Robert H. Marchessault, Macromolecules, Volume 6, Nummer 1, Seite 1–8 (2005), in der japanischen Patentanmeldung der Offenlegungsnummer 5-74492 , den japanischen Patenten Nr. 6-15604 , 7-14352 und 8-19227 , in der japanischen Patentanmeldung der Offenlegungsnummer 9-191893 sowie den japanischen Patentanmeldungen mit den Offenlegungsnummern 5-93049 und 7-265065 beschrieben.
In Ausführungsformen können die Polyhydroxyalkanoate vom Bakterium Alcaligenes eutrophus erhalten werden. Alcaligenes eutrophus kann Harze in Kügelchen mit verschiedenen Partikelgrößen von bis zu etwa 1 Mikrometer produzieren. Darüber hinaus kann die Größe des Harzes, wie bei Wu, Corrinna, 1997, Sci. Neves. „Weight Control for bacterial plastics" S. 23–25, Vol. 151:2 beschrieben, auf einen Durchmesser von weniger als etwa 250 nm gesteuert werden.
Kommerzielle Polyhydroxyalkanoatharze, die verwendet werden können, umfassen BIOPOL^TM (käuflich von Imperial Chemical Industries, Ltd. (ICI), England erhältlich), oder solche, die unter dem Namen MIREL^TM in fester Form oder als Emulsion verkauft werden (käuflich von Metabolix erhältlich).
Spezifische, nicht einschränkende Beispiele für die biobasierten halbkristallinen Harze, die in Kombination mit dem amorphen, biologisch abbaubaren Polymerharz verwendet werden können, umfassen Polyhydroxyalkanoate wie z. B. Poly(3-hydroxyoctanoat-co-3-hydroxyhexanoat) (PHO).
In Ausführungsformen kann ein Verhältnis der Gewichtsteile von amorphem biologisch abbaubarem Polyesterharz zu dem einen oder den mehreren zusätzlichen Harzen, wie dem biobasierten halbkristallinen oder kristallinen Harz von etwa 100:0 bis etwa 50:50, wie z. B. etwa 99:1 oder etwa 95:5 bis etwa 70:30 oder etwa 60:40 betragen, basierend auf 100 Gewichtsteilen des gesamten Harzes. Das Verhältnis kann außerhalb dieser Bereiche liegen. Tenside
In Ausführungsformen können während des Harzemulgierungsverfahrens ein, zwei oder mehr Tenside verwendet werden. Die Tenside können aus ionischen Tensiden und nichtionischen Tensiden ausgewählt werden. Der Begriff „ionische Tenside” umfasst anionische Tenside und kationische Tenside. In Ausführungsformen kann die Verwendung von anionischen und nichtionischen Tensiden die Stabilisierung des Aggregationsverfahrens in Gegenwart eines Koagulationsmittels unterstützen, das ansonsten zu einer Aggregationsinstabilität führen würde.
In Ausführungsformen kann das Tensid so eingesetzt werden, dass es in einer wirksamen Menge vorliegt, wie z. B. in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Harzes, zum Beispiel von etwa 0,75 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-% des Harzes, in Ausführungsformen von etwa 1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% des Harzes, obwohl die Tensidmenge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Beispiele für nichtionische Tenside, die eingesetzt werden können, umfassen zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitan-monolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxy-poly(ethylenoxy)ethanol, erhältlich von Rhone-Poulenc als IGEPAL CA-210^TM, IGEPAL CA-520^TM, IGEPAL CA-720^TM, IGEPAL CO-890^TM, IGEPAL CO-720^TM, IGEPAL CO-290^TM, IGEPAL CA-210^TM, ANTAROX 890^TM und ANTAROX 897^TM (Alkylphenolethoxylat). Weitere Beispiele für geeignete nichtionische Tenside können ein Blockcopolymer aus Polyethylenoxid und Polypropylenoxid umfassen, einschließlich der als SYN-PERONIC PE/F, in Ausführungsformen SYNPERONIC PE/F 108, käuflich erhältlichen.
Anionische Tenside, die verwendet werden können, umfassen Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und Sulfonate, Säuren wie z. B. Abietinsäure, die von Aldrich erhältlich ist, oder NEOGEN R^TM, NEOGEN SC^TM, NEOGEN RK^TM, die von Daiichi Kogyo Seiyaku erhalten werden können, Kombinationen davon, und dergleichen. Weitere geeignete anionische Tenside umfassen in Ausführungsformen DOWFAX^TM 2A1, ein Alkyldiphenyloxid-disulfonat von The Dow Chemical Company, und/oder TAYCA POWER BN2060 von Tayca Corporation (Japan), bei dem es sich um verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate handelt. In Ausführungsformen können Kombinationen dieser Tenside und jedem der vorhergehenden anionischen Tenside verwendet werden.
Beispiele für kationische Tenside, die üblicherweise positiv geladen sind, umfassen zum Beispiel Alkylbenzyldimethylammoniumchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C₁₂-, C₁₅-, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halogenidsalze von quarternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL^TM und ALKAQUAT^TM, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANIZOL^TM (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals und dergleichen sowie Mischungen davon. Ein Beispiel für ein geeignetes kationisches Tensid kann SANISOL B-50 sein, das von der Kao Corp. erhältlich ist und hauptsächlich aus Benzyldimethylalkoniumchlorid besteht. Pufferlösung
Es wurde gefunden, dass die biologisch abbaubaren Polyesterharze der vorliegenden Offenbarung nicht in einem solchen Maße emulgiert werden, das ein Ablaufen der gewünschten Emulsion-Aggregation-Verfahren auf eine solche Weise erlauben würde, die ein gesteuertes und erwünschtes Partikelgrößenwachstum bietet. Es wurde jedoch gefunden, dass der Zusatz einer Pufferlösung die Durchführung eines Emulgierens so erlaubt, dass ein nachfolgendes Emulsion-Aggregation-Verfahren ermöglicht wird.
In Ausführungsformen wird eine Pufferlösung dazu verwendet, die pH-Wertstabilität während des Emulgierens und einer nachfolgenden Temperaturerhöhung zum Koaleszieren zu gewährleisten und den pH-Wertschock im System zu beseitigen und so Unregelmäßigkeiten oder Tonerpartikel außerhalb der gewünschten Spezifikationen zu vermeiden. Der Puffer kann aus einem beliebigen, geeigneten Puffer gewählt werden, der eine pH-Wertstabilität während der Temperaturerhöhung zum Koaleszieren gewährleisten kann.
In Ausführungsformen kann das Puffersystem mindestens zwei Säuren, Salze, Basen, organische Verbindungen und Kombinationen davon in einer Lösung mit deionisiertem Wasser als Lösungsmittel umfassen.
Geeignete Säuren, die zur Bildung des Puffersystems verwendet werden können, umfassen organische und/oder anorganische Säuren wie z. B. Essigsäure, Citronensäure, Salzsäure, Borsäure, Ameisensäure, Oxasäure, Phthalsäure, Salicylsäure, Kombinationen davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Geeignete Salze oder Basen, die zur Bildung des Puffersystems eingesetzt werden können, umfassen Metallsalze von aliphatischen Säuren oder aromatischen Säuren und Basen wie z. B. Natriumhydroxid (NaOH), Natriumtetraborat, Kaliumacetat, Zinkacetat, Natriumdihydrogenphosphat, Dinatriumhydrogenphosphat, Kaliumformiat, Kaliumhydroxid, Natriumoxalat, Natriumphthalat, Kaliumsalicylat, Kombinationen davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Geeignete organische Verbindungen, die zur Bildung des Puffersystems verwendet werden können, umfassen Tris(hydroxymethyl)aminomethan („TRIS”), Tricin, Bicin, Glycin, HEPES, Trietholaminhydrochlorid, MOPS, Kombinationen davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt.
In Ausführungsformen kann ein geeignetes Puffersystem eine Kombination aus Säuren und organischen Verbindungen umfassen. Zum Beispiel kann ein Puffersystem Tris und Salzsäure umfassen.
Die zur Bildung des Puffersystems verwendete Menge an Säure und organischer Verbindung, sowie das zur Bildung einer Pufferlösung verwendete, deionisierte Wasser kann in Abhängigkeit von der verwendeten Säure, der verwendeten organischen Verbindung und der Zusammensetzung der Tonerpartikel variieren. Wie oben erwähnt kann ein Puffersystem sowohl eine Säure als auch eine organische Verbindung umfassen. In so einem Fall kann die Menge an Säure im Puffersystem von etwa 1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% des Puffersystems, wie z. B. von etwa 2 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% betragen. Die Menge an organischer Verbindung im Puffersystem kann von etwa 10 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% des Puffersystems, wie z. B. von etwa 30 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% des Puffersystems betragen.
Die Menge an Säure und/oder organischer Verbindung im Puffersystem kann in solchen Mengen vorliegen, dass der pH-Wert des Puffersystems von etwa 7 bis etwa 12, wie z. B. von etwa 7 bis etwa 9, von etwa 8 bis etwa 9 oder etwa 9 beträgt.
Das Puffersystem kann zu der oben beschriebenen Harzemulsion (Harz, Tensid und Wasser) gegeben werden, sodass der pH-Wert der endgültigen Toneraufschlämmung etwa 6 bis 9, wie z. B. von etwa 7 bis etwa 8 beträgt.
Lösungsmittel
Zur Bildung der Emulsion werden das Bioharz und ein Initiator in einem geeigneten organischen Lösungsmittel unter Bedingungen gelöst, welche die Bildung der Lösung ermöglichen. Geeignete Lösungsmittel, die verwendet werden können, umfassen solche, in denen das Harz und beliebige weitere optionale Komponenten (wie z. B. ein Wachs) löslich sind, und welche die Harzkomponente zur Bildung einer Emulsion lösen, wobei diese Lösungsmittel jedoch anschließend abgezogen werden können, um das Harz bei einer gewünschten Partikelgröße in einer Emulsion zu belassen, wie z. B. in Wasser. Zum Beispiel umfassen geeignete Lösungsmittel Alkohole, Ketone, Ester, Ether, chlorierte Lösungsmittel, stickstoffhaltige Lösungsmittel und Mischungen davon. Spezifische Beispiele für geeignete Lösungsmittel umfassen Dichlormethan, Aceton, Methylacetat, Methylethylketon, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Ethylacetat, N,N-Dimethylformamid, Dioctylphthalat, Toluol, Xylol, Benzol, Dimethylsulfoxid, Mischungen davon und dergleichen. Besondere Lösungsmittel, die verwendet werden können, umfassen Dichlormethan, Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon, Methylacetat, Ethylacetat, Dimethylsulfoxid sowie Mischungen davon. Falls gewünscht oder erforderlich, kann das Harz in dem Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur gelöst werden, wie z. B. etwa 40 bis etwa 80°C oder etwa 50 bis etwa 70°C oder etwa 60 bis etwa 65°C, obwohl die Temperatur vorzugsweise geringer ist als die Glasübergangstemperatur des Harzes. In Ausführungsformen wird das Harz im Lösungsmittel bei einer erhöhten Temperatur, aber unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels gelöst, wie z. B. bei etwa 2 bis etwa 15°C oder etwa 5 bis etwa 10°C unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels.
Neutralisierungsmittel
Falls gewünscht oder erforderlich, kann eine optionale Menge an Neutralisierungsmittel zu der Pufferlösung gegeben werden, wobei die Menge an Neutralisierungsmittel im Allgemeinen von der Säurezahl des Harzes abhängt. Beispiele für geeignete Neutralisierungsmittel umfassen wasserlösliche Alkalimetallhydroxide, wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Berylliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid oder Bariumhydroxid; Ammoniumhydroxid; Alkalimetallcarbonate, wie z. B. Natriumbicarbonat, Lithiumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Lithiumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Berylliumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Bariumcarbonat oder Cäsiumcarbonat; oder Mischungen davon. In Ausführungsformen ist ein besonders wünschenswertes Neutralisierungsmittel Natriumbicarbonat oder Ammoniumhydroxid.
Wird das Neutralisierungsmittel in der Zusammensetzung verwendet, ist es typischerweise in einem Gehalt von etwa 0,1 bis etwa 5 Prozent, wie z. B. etwa 0,5 bis etwa 3 Gewichtsprozent des Harzes vorhanden. Werden solche Salze als Neutralisierungsmittel zu der Zusammensetzung gegeben, ist es in Ausführungsformen erwünscht, das keine inkompatiblen Metallsalze in der Zusammensetzung vorhanden sind. Wenn zum Beispiel diese Salze verwendet werden, sollte die Zusammensetzung vollständig oder im Wesentlichen frei von Zink und andere inkompatiblen Metallionen, z. B. Ca, Fe, Ba usw. sein, die wasserunlösliche Salze bilden. Der Begriff „im Wesentlichen frei” bezieht sich zum Beispiel darauf, dass die inkompatiblen Metallionen in einem Gehalt von weniger als etwa 0,01 Prozent, wie z. B. weniger als etwa 0,005 oder weniger als etwa 0,001 Gewichtsprozent des Wachses und des Harzes vorhanden sind. Falls gewünscht oder erforderlich, kann das Neutralisierungsmittel bei Umgebungstemperatur zu der Mischung gegeben werden oder es kann vor der Zugabe auf die Mischungszugabe erhitzt werden.
Emulgierverfahren
Das Emulgieren des Harzes kann mittels verschiedener Verfahren ausgeführt werden. Ein solches Verfahren, das auf geeignete Weise von Fachleuten verändert werden kann, umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte:

(1) Abmessen von Harz in einen geeigneten Behälter;
(2) Zugeben von Lösungsmittel zum Harz;
(3) Lösen von Harz im Lösungsmittel, gegebenenfalls durch Erhitzen (zum Beispiel unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels) und unter Rühren;
(4) Zugeben einer Pufferlösung in ein Reaktionsgefäß;
(5) Gegebenenfalls Zugeben einer erwünschten Menge an Neutralisierungsmittel zu der Pufferlösung, wobei die Menge an Neutralisierungsmittel im Allgemeinen von der Säurezahl des Harzes abhängt;
(6) Gegebenenfalls Zugeben eines Tensids zu der Pufferlösung;
(7) Zugeben von deionisiertem Wasser zu der Pufferlösung;
(8) Gegebenenfalls Erhitzen der Puffer/Wasserlösung auf eine erhöhte Temperatur, aber unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels;
(9) Beginn des Homogenisierens der Puffer/Wasserlösung;
(10) Langsames Eingießen von Harzlösung in die Puffer/Wasserlösung, während die Lösung homogenisiert wird, und gegebenenfalls Erhöhen der Geschwindigkeit des Homogenisators.
(11) Homogenisieren der Mischung;
(12) Platzieren der homogenisierten Mischung in ein geeignetes Gefäß für ein Abziehen des Lösungsmittels, wie z. B. einer Destillationsapparatur mit Heizmantel;
(13) Beginn von Rühren und Erhitzen der homogenisierten Mischung auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels;
(14) Abdestillieren oder Abziehen des Lösungsmittels aus der homogenisierten Mischung und anschließendes Abkühlen der Mischung;
(15) Gegebenenfalls Ablassen des Produkts aus der Apparatur zum Abziehen des Lösungsmittels, Klassieren des Produkts sofern erforderlich; und
(16) Einstellen des pH-Werts des Produkts auf 7,0, soweit erforderlich.

Toneraggregation
In Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen unter Verwendung der Emulsion wie z. B. mittels eines Emulsion-Aggregation-Verfahrens hergestellt werden. Sobald die Emulsion aus biologisch abbaubaren Polyesterharzen und Puffer bereitgestellt ist, kann die Aggregation durch Mischen der Harzemulsion mit einem Farbmittel und einem Koagulationsmittel und gegebenenfalls auch durch Zugabe eines Wachses, eines Tensids oder weiterer Materialien, die ebenfalls gegebenenfalls in (einer) Dispersion(en) vorliegen können, ausgeführt werden.
Wird ein Farbmittel verwendet, kann das Farbmittel ein Pigment, ein Farbstoff, eine Kombination von Pigmenten, eine Kombination von Farbstoffen oder eine Kombination aus Pigmenten und Farbstoffen sein. Das Farbmittel kann im Toner in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 bis etwa 35 Gewichtsprozent des Toners, oder von etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent des Toners, oder von etwa 3 bis etwa 10 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein, obwohl die Farbmittelmenge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Als Beispiele für geeignete Farbmittel kann ein Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330^® (Cabot), Kohlenstoffschwarz 5250 und 5750 (Columbian Chemicals), Sunsperse Kohlenstoffschwarz LHD 9303 (Sun Chemicals); Magnetite, wie z. B. Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM; Kolumbianische Magnetite; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; Northern-Pigments-Magnetite, NP-604^TM, NP-608^TM; Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM und dergleichen erwähnt werden. Als gefärbte Pigmente können Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon ausgewählt werden. Im Allgemeinen werden Cyan-, Magenta- oder Gelb-Pigmente oder Farbstoffe oder Mischungen davon verwendet. Das Pigment oder die Pigmente werden im Allgemeinen als wasserbasierte Pigmentdispersionen verwendet.
Im Allgemeinen können geeignete Farbmittel Paliogen-Violett 5100 und 5890 (BASF), Normandy Magenta RD-2400 (Paul Uhlrich), Permanent Violett VT2645 (Paul Uhlrich), Heliogen-Grün L8730 (BASF), Argyle Green XP-111-S (Paul Uhlrich), Brilliant-Green-Toner GR 0991 (Paul Uhlrich), Lithol Scharlach D3700 (BASF), Toluidin-Rot (Aldrich), Scharlach für Thermoplaste NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), Lithol-Rubin-Toner (Paul Uhlrich), Lithol Scharlach 4440 (BASF), NBD 3700 (BASF), Bon-Rot C (Dominion Color), Royal Brilliant Red RD-8192 (Paul Uhlrich), Oracet-Pink RF (Ciba Geigy), Paliogen-Rot 3340 und 3871K (BASF), Lithol Echtscharlach L4300 (BASF), Heliogen-Blau D6840, D7080, K7090, K6910 und L7020 (BASF), Sudanblau OS (BASF), Neogen-Blau FF4012 (BASF), PV-Echtblau B2G01 (American Hoechst), Irgalit-Blau BCA (Ciba Geigy), Paliogen-Blau 6470 (BASF), Sudan II, III und IV (Matheson, Coleman, Bell), Sudanorange (Aldrich), Sudanorange 220 (BASF), Paliogen-Orange 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlrich), Paliogen-Gelb 152 und 1560 (BASF), Lithol Echtgelb 0991K (BASF), Paliotol-Gelb 1840 (BASF), Novaperm-Gelb FGL (Hoechst), Permanent Yellow YE 0305 (Paul Uhlrich), Lumogen-Gelb D0790 (BASF), Suco-Gelb 1250 (BASF), Suco-Gelb D1355 (BASF), Suco Echtgelb D1165, D1355 und D1351 (BASF), Hostaperm Pink E^TM (Hoechst), Fanal Pink D4830 (BASF), Cinquasia Magenta^TM (DuPont), Paliogen-Schwarz L9984 (BASF), Pigment Black K801 (BASF), Levanyl Schwarz A-SF (Miles, Bayer) sowie Kombinationen und dergleichen davon umfassen.
Weitere geeignete wasserbasierte Farbmitteldispersionen umfassen solche, die von Clariant kommerziell erhältlich sind, zum Beispiel Hostafine Yellow GR, Hostafine Black T und Black TS, Hostafine Blue B2G, Hostafine Rubine F6B und Magenta-Trockenpigment wie z. B. Toner Magenta 6BVP2213 und Toner Magenta EO2, die vor der Verwendung in Wasser und/oder Tensid dispergiert werden können.
Spezifische Beispiele von Pigmenten umfassen Sunsperse BHD 6011X (Blue 15 Type), Sunsperse BHD 9312X (Pigment Blue 15 74160), Sunsperse BHD 6000X (Pigment Blue 15:3 74160), Sunsperse GHD 9600X und GHD 6004X (Pigment Green 7 74260), Sunsperse QHD 6040X (Pigment Red 122 73915), Sunsperse RHD 9668X (Pigment Red 185 12516), Sunsperse RHD 9365X und 9504X (Pigment Red 57 15850:1, Sunsperse YHD 6005X (Pigment Yellow 83 21108), Flexiverse YFD 4249 (Pigment Yellow 17 21105), Sunsperse YHD 6020X und 6045X (Pigment Yellow 74 11741), Sunsperse YHD 600X und 9604X (Pigment Yellow 14 21095), Flexiverse LFD 4343 und LFD 9736 (Pigment Black 7 77226), Aquatone, Kombinationen davon und dergleichen, als wasserbasierte Pigmentdispersionen von Sun Chemicals, Heliogen-Blau L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, Pylam Oil Blue^TM, Pylam Oil Yellow^TM, Pigment Blue 1^TM erhältlich von Paul Uhlich & Company, Inc., Pigment Violet 1^TM, Pigment Red 48^TM, Lemon Chrome Yellow DCC 1026^TM, E. D. Toluidin-Rot^TM und Bon-Rot C^TM erhältlich von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, Novaperm Yellow FGL^TM, und dergleichen. Im Allgemeinen sind Farbmittel, die ausgewählt werden können, schwarz, cyanfarben, magentafarben oder gelb oder Mischungen daraus. Beispiele für Magentafarben sind 2,9-dimethylsubstituierte Chinacridone und im Color Index als CI 60710, CI Disperse Red 15 identifizierte Anthrachinon-Farbstoff; ein im Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 identifizierter Diazofarbstoff und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Cyanfarbstoffe umfassen Kupfer-tetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, im Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue, Pigment Blue 15:3, Pigment Blue 15:4 aufgeführtes x-Kupferphthalocyanin-Pigment, und im Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137 identifiziertes Anthrathren-Blau und dergleichen. Erläuternde Beispiele für Gelb sind Diarylid-Yellow 3,3-Dichlorbenzidenacetoacetanilid, ein im Color Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16 identifiziertes Monoazopigment, ein im Color Index als Foron Yellow SE/GLN, Cl Dispersed Yellow 33 identifiziertes Nitrophenylaminsulfonamid, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, Yellow 180 sowie Permanent Yellow FGL.
In Ausführungsformen kann das Farbmittel Kohlenstoffschwarz, Magnetit, Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Blau, Braun oder Kombinationen davon in einer Menge umfassen, die ausreicht, um dem Toner den gewünschten Farbton zu verleihen. Es versteht sich, dass sich basierend auf der vorliegenden Offenbarung weitere nützliche Farbmittel ohne Weiteres ergeben.
Gegebenenfalls kann beim Bilden der Tonerpartikel auch ein Wachs mit dem Harz und einem Farbmittel kombiniert werden. Das Wachs kann in einer Wachsdispersion bereitgestellt werden, die eine einzige Art von Wachs oder eine Mischung aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Wachsen umfassen kann. Ein einzelner Wachs kann zu Tonerformulierungen gegeben werden, um zum Beispiel bestimmte Tonereigenschafen zu verbessern, wie z. B. die Tonerpartikelform, Vorhandensein und Menge von Wachs auf der Tonerpartikeloberfläche, Aufladungs- und/oder Fixiereigenschaften, Glanz, Ablösen, Offset-Eigenschaften und dergleichen. Alternativ kann eine Kombination von Wachsen zugegeben werden, um die Tonerzusammensetzung mit mehreren Eigenschaften auszustatten.
Sofern vorhanden, kann das Wachs in einer Menge von zum Beispiel etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in Ausführungsformen von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein, obwohl die Wachsmenge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Wird eine Wachsdispersion eingesetzt, kann die Wachsdispersion beliebige der verschiedenen, herkömmlicherweise bei Emulsion-Aggregation-Tonerzusammensetzungen verwendeten Wachse umfassen. Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit zum Beispiel einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 20.000, in Ausführungsformen von etwa 1.000 bis etwa 10.000. Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Polyolefine wie z. B. Polyethylen, einschließlich linearere Polyethylenwachse und verzweigter Polyethylenwachse, Polypropylen, einschließlich linearer Polypropylenwachse und verzweigter Polypropylenwachse, Polyethylen/amid, Polyethylentetrafluorethylen, Polyethylenfluorethylen/amid und Polybutenwachse wie z. B. solche, die kommerziell von der Allied Chemical and Petrolite Corp. erhältlich sind, zum Beispiel POLYWAX^TM-Polyethylenwachse wie kommerziell von Baker Petrolite erhältlich, von Michelman Inc. und the Daniels Products Company erhältliche Wachsdispersionen, kommerziell von Eastman Chemical Products, Inc. erhältliches EPOLENE N-15, und VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit geringem gewichtsgemitteltem Molekulargewicht, das von Sanyo Kasel K. K. erhältlich ist, pflanzenbasierte Wachse wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Japanwachs und Jojobaöl, tierische Wachse wie z. B. Bienenwachs, mineralbasierte Wachse und erdölbasierte Wachse wie z. B. Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristalliner Wachs wie z. B. aus der Destillation von Rohöl stammende Wachse, Silikonwachse, Mercaptowachse, Polyesterwachse, Urethanwachse, modifizierte Polyolefinwachse (wie z. B. carbonsäureterminierter Polyethylenwachs oder ein carbonsäureterminierter Polypropylenwachs), Fischer-Tropsch-Wachs, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und einwertigen oder mehrwertigen niederen Alkoholen erhalten werden wie z. B. Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, und Pentaerythrittetrabehenat, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und mehrwertigen Alkoholmultimeren erhalten wurden, wie z. B. Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat und Triglyceryltetrastearat, höhere Fettsäureesterwachse mit Sorbitan wie z. B. Sorbitanmonostearat und höhere Fettsäureesterwachse mit Cholesterin wie z. B. Cholesterylstearat. Beispiele für funktionalisierte Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Amine, Amide, zum Beispiel AQUA SUPERSLIP 6550^TM, SUPERSLIP 6530^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, zum Beispiel POLYFLUG 190^TM, POLYFLUG 200^TM, POLYSILK 19^TM, POLYSILK 14^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, wie z. B. mit aliphatischen, polaren Amiden funktionalisierte Wachse, aus Estern von hydroxylierten, ungesättigten Fettsäuren bestehende Wachse, zum Beispiel MICROSPERSION 19^TM, ebenfalls von Micro Powder Inc. erhältlich, Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsion, zum Beispiel JONCRYL 74^TM, 89^TM, 130^TM, 537^TM und 538^TM, alle von SC Johnson Wax erhältlich, und chlorierte Polypropylene und Polyethylene, erhältlich von Allied Chemical and Petrolite Corporation und SC Johnson Wax. In Ausführungsformen können auch Mischungen und Kombinationen der vorstehenden Wachse verwendet werden. Wachse können zum Beispiel als Fixierwalzenablösungsmittel enthalten sein. In Ausführungsformen können Wachse kristallin oder nicht kristallin sein.
In Ausführungsformen kann das Wachs in den Toner in der Form einer oder mehrerer wässriger Emulsionen oder Dispersionen aus festem Wachs in Wasser eingebaut werden, wobei die Größe der festen Wachspartikel im Bereich von etwa 100 bis etwa 300 nm liegen kann.
Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann mittels einer Säure eingestellt werden, wie zum Beispiel Essigsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Citronensäure, Trifluoressigsäure, Bernsteinsäure, Salicylsäure, Salpetersäure oder dergleichen. In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung auf etwa 2 bis etwa 5 eingestellt werden. In Ausführungsformen wird der pH-Wert unter Verwendung einer Säure in verdünnter Form im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent Wasser, in anderen Ausführungsformen im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 5 Gewichtsprozent Wasser eingestellt.
Beispiele für Basen, die zur Erhöhung des pH-Werts und Ionisierung der aggregierten Partikel eingesetzt werden, wodurch Stabilität ermöglicht wird und die Aggregate an einer weiteren Zunahme an Größe gehindert werden, können unter anderen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Cäsiumhydroxid und dergleichen umfassen.
Zudem kann die Mischung in Ausführungsformen homogenisiert werden. Wird die Mischung homogenisiert, kann die Homogenisierung durch Mischen bei etwa 600 bis etwa 6.000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt werden. Die Homogenisierung kann mittels jeglichen geeigneten Mittels erreicht werden, einschließlich zum Beispiel eines ULTRA TURRAX T50 Sondenhomogenisators von IKA.
Im Anschluss an die Herstellung der oben genannten Mischung kann ein Aggregierungsmittel zu der Mischung gegeben werden. Zur Bildung des Toners kann jegliches geeignete Aggregierungsmittel eingesetzt werden. Geeignete Aggregierungsmittel umfassen zum Beispiel wässrige Lösungen eines zweiwertigen Kations oder eines mehrwertigen Kationenmaterials. Das Aggregierungsmittel kann zum Beispiel Polyaluminiumhalogenide wie z. B. Polyaluminiumchlorid (PAC), oder das korrespondierende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilikate wie z. B. Polyaluminiumsulfosilikat (PASS), sowie wasserlösliche Metallsalze, einschließlich Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Magnesiumbromid, Kupferchlorid, Kupfersulfat sowie Kombinationen davon umfassen. In Ausführungsformen kann das Aggregierungsmittel bei einer Temperatur zu der Mischung gegeben werden, die unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) des Harzes liegt.
Das Aggregierungsmittel kann zu dieser zur Bildung eines Toners verwendeten Mischung in einer Menge von zum Beispiel etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-%, in weiteren Ausführungsformen von etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung gegeben werden, obwohl die Menge an Aggregierungsmittel außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Man kann die Partikel aggregieren lassen, bis eine vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erhalten wird. Eine vorbestimmte, gewünschte Größe bezieht sich auf die gewünschte, zu erhaltene, vor der Bildung festgelegte Partikelgröße, wobei die Partikelgröße während des Wachstumsprozesses überwacht wird, bis diese Partikelgröße erreicht ist. Während des Wachstumsprozesses können Proben genommen und zum Beispiel mit einem Counter Counter auf die mittlere Partikelgröße analysiert werden. Die Aggregation kann so unter Aufrechterhaltung der erhöhten Temperatur oder unter langsamen Anheben der Temperatur auf zum Beispiel etwa 40°C bis etwa 100°C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von etwa 0,5 Stunden bis etwa 6 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 1 Stunde bis etwa 5 Stunden unter stetigem Rühren fortgesetzt werden, um die aggregierten Partikel zu ergeben. Sobald die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess gestoppt.
Das Wachstum und die Formgebung der Partikel nach der Zugabe von Aggregierungsmittel kann unter beliebigen, geeigneten Bedingungen erreicht werden. Zum Beispiel kann das Wachstum und die Formgebung unter Bedingungen durchgeführt werden, in denen die Aggregation getrennt von der Koaleszenz erfolgt. Bei getrennten Aggregations- und Koaleszenzstufen kann der Aggregationsprozess unter Scherbedingungen bei einer erhöhten Temperatur, die unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes liegen kann, wie oben diskutiert, zum Beispiel von etwa 40°C bis etwa 90°C, in Ausführungsformen von etwa 45°C bis etwa 80°C, durchgeführt werden.
Sobald die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht ist, kann der pH-Wert der Mischung mit einer Base auf einen Wert von etwa 3 bis etwa 10, in Ausführungsformen von etwa 5 bis etwa 9 eingestellt werden. Die Einstellung des pH-Werts kann verwendet werden, um das Tonerwachstum einzufrieren, das heißt zu stoppen. Die zum Stoppen des Tonerwachstums verwendete Base kann jegliche geeignete Base umfassen, wie zum Beispiel Alkalimetallhydroxide wie zum Beispiel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen kann Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) zugegeben werden, um die Einstellung des pH-Werts auf die gewünschten, oben angegebenen Werte zu unterstützen.
Schalenharz
In Ausführungsformen kann nach der Aggregation aber vor dem Koaleszieren eine Harzbeschichtung auf die aggregierten Partikel aufgebracht werden, um darauf eine Schale zu bilden. Als die Schale kann jedes beliebige Harz eingesetzt werden, das weiter oben als für das Kernharz geeignet beschrieben wurde. In Ausführungsformen kann ein biologisch abbaubares Polyesterharz wie oben beschrieben in die Schale eingefügt werden. In noch anderen Ausführungsformen kann das oben beschriebene, biologisch abbaubare Polyesterharz mit einem weiteren Harz kombiniert werden und dann als Harzbeschichtung zur Bildung einer Schale zu den Partikeln gegeben werden. Selbstverständlich können auch beliebige, herkömmlicherweise zur Tonerbildung eingesetzte Harze bei der Bildung einer Schale eingesetzt werden.
Das Schalenharz kann mittels jeglichen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten auf diesem Gebiet auf die aggregierten Partikel aufgebracht werden. In Ausführungsformen kann das zur Bildung der Schale verwendete Harz in einer ein beliebiges der oben beschriebenen Tenside umfassenden Emulsion vorliegen. Die diese Harze enthaltende Emulsion kann mit den oben beschriebenen aggregierten Partikeln vereinigt werden, sodass sich die Schale über den aggregierten Partikeln bildet. In Ausführungsformen kann die Schale über den gebildeten Aggregaten eine Dicke von bis zu etwa 5 Mikrometern, in Ausführungsformen von etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von etwa 0,3 Mikrometer bis etwa 0,8 Mikrometer aufweisen.
Die Bildung der Schale über den aggregierten Partikeln kann unter Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 30°C bis etwa 80°C, in Ausführungsformen von etwa 35°C bis etwa 70°C stattfinden. Die Bildung der Schale kann über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten bis etwa 10 Stunden, in Ausführungsformen von etwa 10 Minuten bis etwa 5 Stunden stattfinden.
Zum Beispiel kann das Tonerverfahren in einigen Ausführungsformen die Bildung eines Tonerpartikels durch Mischen der Polymerlatizes in Gegenwart einer Wachs- und einer Farbmitteldispersion umfassen, wobei beim Vermischen bei hohen Geschwindigkeiten gegebenenfalls ein Koagulationsmittel zugegen sein kann. Die resultierende Mischung, die einen pH-Wert von zum Beispiel etwa 2 bis etwa 3 aufweist, wird unter Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb der Tg des Polymerharzes aggregiert, um Aggregate in Tonergröße zu ergeben. Gegebenenfalls kann zusätzlicher Latex zu den gebildeten Aggregaten gegeben werden, um die gebildeten Aggregate mit einer Schale zu versehen. Der pH-Wert der Mischung wird dann verändert, zum Beispiel durch Zugabe einer Natriumhydroxidlösung, bis ein pH-Wert von etwa 7 erreicht ist.
Tonerkoaleszenz
Nach der Aggregation auf die gewünschte Partikelgröße und Aufbringung einer beliebigen, optionalen Schale können die Partikel anschließend auf die gewünschte Endform koalesziert werden, wobei die Koaleszenz erreicht wird, indem die Mischung zum Beispiel auf eine Temperatur von etwa 45°C bis etwa 100°C, in Ausführungsformen von etwa 55°C bis etwa 99°C erhitzt wird, wobei die Temperatur bei der Glasübergangstemperatur der zur Bildung der Tonerpartikel verwendeten Harze oder darüber liegen kann, und/oder das Rühren auf zum Beispiel etwa 100 UpM bis etwa 1.000 UpM, in Ausführungsformen von etwa 200 UpM bis etwa 800 UpM verringert wird. Der Formfaktor oder die Rundheit der verschmolzenen Partikel kann z. B. mit einem FPIA 2100 Analyzer von Sysmex gemessen werden, bis die gewünschte Form erreicht ist.
Es können höhere oder niedrigere Temperaturen verwendet werden, wobei es sich versteht, dass die Temperatur von den für das Bindemittel verwendeten Harzen abhängt. Die Koaleszenz kann über einen Zeitraum von 0,01 bis 9 Stunden, in Ausführungsformen von 0,1 bis 4 Stunden abgeschlossen werden.
Nach Aggregation und/oder Koaleszenz kann die Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wie z. B. von 20°C bis 25°C. Das Kühlen kann je nach Wunsch rasch oder langsam erfolgen. Ein geeignetes Kühlverfahren kann die Einführung von kaltem Wasser in einen rund um den Reaktor befindlichen Mantel umfassen. Nach dem Kühlen können die Tonerpartikel gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet werden. Das Trocknen kann mittels jeglichen geeigneten Verfahrens zum Trocknen erfolgen, einschließlich zum Beispiel Gefriertrocknen.
Zusatzstoffe
In Ausführungsformen können die Tonerpartikel auch weitere optionale Zusatzstoffe enthalten, je nach Wunsch oder Anforderung. Zum Beispiel kann der Toner Ladungskontrollmittel für eine positive oder negative Ladung umfassen, zum Beispiel in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners. Beispiele für geeignete Ladungskontrollmittel umfassen quartäre Ammoniumverbindungen, einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, Eisulfaten; Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,298,672 offenbarten; organische Sulfat- und Sulfonatverbidungen, einschließlich der im US-Patent Nr. 4,338,390 offenbarten; Cetylpyridiniumtetrafluorborate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie z. B. BONTRON E84^TM oder E88^TM (Orient Chemical Industries, Ltd.); Kombinationen davon und dergleichen. Solche Ladungskontrollmittel können gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
Nach der Bildung können auch externe Zusatzstoffpartikel, einschließlich Zusatzstoffe zur Fließhilfe, mit den Tonerpartikeln vermischt werden, wobei die Zusatzstoffe auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele für diese Zusatzstoffe umfassen Metalloxide wie z. B. Titanoxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxide, Ceroxide, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Kieselgele wie z. B. AEROSIL^®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Calciumstearat; oder langkettige Alkohole wie z. B. UNILILA 700 sowie Mischungen davon.
Im Allgemeinen kann Siliciumdioxid auf der Toneroberfläche für den Tonerfluss, eine Verbesserung der triboelektrischen Aufladung, für eine Steuerung der Vermischung, eine verbesserte Entwicklung und Transferstabilität sowie eine höhere Tonerblockierungstemperatur angewandt werden. TiO₂ kann zur Verbesserung der Stabilität bei relativer Feuchtigkeit (RH), der Steuerung der triboelektrischen Aufladung und für eine verbesserte Entwicklungs- und Transferstabilität angewandt werden. Zinkstearat, Calciumstearat und/oder Magnesiumstearat können gegebenenfalls auch als äußerer Zusatzstoff eingesetzt werden, um Schmiereigenschaften zu bieten, für die Entwicklerleitfähigkeit, für eine Verbesserung der triboelektrischen Aufladung, zum Ermöglichen einer höheren Toneraufladung und Ladungsstabilität durch Erhöhung der Anzahl von Kontakten zwischen Toner und Trägerpartikeln. In Ausführungsformen kann kommerziell erhältliches Zinkstearat, das von der Ferro Corporation erhalten wird und als Zinc Stearate L bekannt ist, verwendet werden. Die äußeren Oberflächenzusatzstoffe können mit oder ohne eine Beschichtung verwendet werden.
Jeder dieser externen Zusatzstoffe kann in einer Menge von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von etwa 0,25 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein, obwohl die Menge dieser Zusatzstoffe außerhalb dieser Bereiche liegen können. In Ausführungsformen können die Toner zum Beispiel von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent Titandioxid, von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 8 Gewichtsprozent Siliciumdioxid und von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 4 Gewichtsprozent Zinkstearat umfassen.
Geeignete Zusatzstoffe umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 3,590,000 , 3,800,588 und 6,214,507 beschrieben sind. Wiederum können diese Zusatzstoffe gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
In Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung als extrem niedrig schmelzende (ULM (ultra low melt) Toner verwendet werden. In Ausführungsformen können die trockenen Tonerpartikel mit einem Kern und/oder einer Schale, ohne äußere Oberflächenzusatzstoffe, eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen.

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

Die Tonerpartikeleigenschaften können mittels einer beliebigen geeigneten Technik und einem beliebigen geeigneten Gerät bestimmt werden und sind nicht auf die hier oben angegebenen Techniken und Geräte beschränkt.
In Ausführungsformen können die Tonerpartikel ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 17.000 bis etwa 60.000 Dalton, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 18.000 Dalton und ein MWD (ein Verhältnis von Mw zu Mn der Tonerpartikel, ein Maß für die Polydispersität oder Breite des Polymers) von etwa 2,1 bis etwa 10 aufweisen. Bei cyanfarbenen und gelben Toner können die Tonerpartikel in Ausführungsformen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 22.000 bis etwa 38.000 Dalton, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 13.000 Dalton und ein MWD von etwa 2,2 bis etwa 10 aufweisen. Bei schwarzen und magentafarbenen Toner können die Tonerpartikel in Ausführungsformen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) im Bereich von etwa 22.000 bis etwa 38.000 Dalton, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von etwa 9.000 bis etwa 13.000 Dalton und ein MWD von etwa 2,2 bis etwa 10 aufweisen.
Des Weiteren können die Toner, wenn gewünscht, eine spezifizierte Beziehung zwischen dem Molekulargewicht des Latexbindemittels und dem Molekulargewicht der Tonerpartikel, die gemäß dem Emulsion-Aggregation-Verfahren erhalten wurden, aufweisen. Wie im Fachgebiet geläufig, erfährt das Bindemittel während der Verarbeitung eine Vernetzung und das Ausmaß der Vernetzung kann während des Prozesses kontrolliert werden. Die Beziehung kann am besten in Bezug auf die Werte für den Molekülpeak (Mp) für das Bindemittel bezogen auf den höchsten Peak des Mw gesehen werden. In der vorliegenden Offenbarung kann das Bindemittel einen Molekülpeak (Mp) im Bereich von etwa 22.000 bis etwa 30.000 Dalton, wie z. B. von etwa 22.500 bis etwa 29.000 Dalton aufweisen. Die aus dem Bindemittel hergestellten Tonerpartikel weisen ebenfalls einen hohen Molekülpeak auf, zum Beispiel von etwa 23.000 bis etwa 32.000, in weiteren Ausführungsformen von etwa 23.500 bis etwa 31.500 Dalton, was zeigt, dass der Molekülpeak eher von den Eigenschaften des Bindemittels geprägt wird, als von denen der anderen Bestandteile wie z. B. dem Farbmittel.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellte Toner können ausgezeichnete Ladungseigenschaften aufweisen, wenn sie den Bedingungen einer extremen relativen Feuchtigkeit (RH, relative humidity) ausgesetzt werden. Die Zone mit geringer Feuchtigkeit (C-Zone) kann bei etwa 12°C 15% RH aufweisen, während die Zone mit hoher Feuchtigkeit (A-Zone) bei etwa 28°C 85% RH aufweisen kann. Toner der vorliegenden Offenbarung können ein ursprüngliches Tonerladung/Masse-Verhältnis (Q/M) von etwa –2 μC/g bis etwa –28 μC/g, in Ausführungsformen von etwa –4 μC/g bis etwa –25 μC/g, und eine Endtoneraufladung nach Mischen mit Oberflächenzusatzstoffen von etwa –8 μC/g bis etwa –25 μC/g, in Ausführungsformen von etwa –10 μC/g bis etwa –22 μC/g aufweisen.
Entwickler
Die Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Zum Beispiel können die Tonerpartikel mit Trägerpartikeln vermischt werden, um eine Zwei-Komponenten-Entwicklerzusammensetzung zu ergeben. Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln vermischt werden. Die Tonerkonzentration im Entwickler kann von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% des Entwicklers, in Ausführungsformen von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen. In Ausführungsformen kann die Tonerkonzentration von 90 Gew.-% bis 98 Gew.-% des Trägers betragen. Es können jedoch unterschiedliche Toner- und Trägeranteile verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Träger
Erläuternde Beispiele für Trägerpartikel, die zum Mischen mit der gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Tonerzusammensetzung gewählt werden können, umfassen solche Partikel, die triboelektrisch eine Ladung mit entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerpartikel aufnehmen können. Demzufolge können in einer Ausführungsformen die Trägerpartikel so gewählt werden, dass sie eine negative Polarität aufweisen, sodass die positiv aufgeladenen Tonerpartikel darauf haften und die Trägerpartikel umgeben. Erläuternde Beispiele für solche Trägerpartikel umfassen granuliertes Zirkon, granuliertes Silicium, Glas, Siliciumdioxid, Eisen, Eisenlegierungen, Stahl, Nickel, Eisenferrite, einschließlich Ferrite, die Strontium, Magnesium, Mangan, Kupfer, Zink und dergleichen enthalten, Magnetite und dergleichen. Andere Träger umfassen solche, die in den US-Patenten Nr. 3,847,604 , 4,937,166 und 4,935,326 beschrieben sind.
Die gewählten Trägerpartikel können mit oder ohne Beschichtung verwendet werden. Die Trägerpartikel können in Ausführungsformen einen Kern mit einer Beschichtung darauf umfassen, die aus einer Mischung aus Polymeren gebildet werden kann, die in der triboelektrischen Reihe nicht besonders nah beieinander stehen. Die Beschichtung kann Polyolefine, Fluorpolymere, wie z. B. Polyvinylidenfluoridharze, Terpolymere aus Styrol-, Acryl- und Methacrylpolymeren wie z. B. Methylmethacrylat, Acryl- und Methacrylcopolymere mit Fluorpolymeren oder mit Monoalkyl- oder Dialkylaminen, und/oder Silane wie z. B. Triethoxysilan, Tetrafluorethylene, andere bekannte Beschichtungen und dergleichen umfassen. Zum Beispiel können Beschichtungen verwendet werden, die Polyvinylidenfluorid, zum Beispiel erhältlich als KYNAR 301F^TM, und/oder Polymethylmethacrylat, zum Beispiel mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von etwa 300.000 bis etwa 350.000, wie z. B. käuflich von Soken erhältlich, enthalten. In Ausführungsformen können Polyvinylidenfluorid und Polymethylmethacrylat (PMMA) in Anteilen von etwa 30 bis etwa 70 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% gemischt werden. Die Beschichtung kann ein Beschichtungsgewicht von zum Beispiel etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% des Trägers, in Ausführungsformen von etwa 0,5 Gew.-% etwa 2 Gew.-% des Trägers aufweisen.
In Ausführungsformen kann PMMA gegebenenfalls mit einem beliebigen gewünschten Comonomer copolymerisiert werden, solange wie das resultierende Copolymer eine geeignete Partikelgröße bewahrt. Geeignete Comonomere können Monoalkyl- oder Dialkylamine, wie z. B. ein Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diisopropylaminoethylmethacrylat oder tert-Butylaminoethylmethacrylat und dergleichen umfassen. Die Trägerpartikel können durch Mischen des Trägerkerns mit Polymer in einer Menge von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, Ausführungsformen von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht der beschichteten Trägerpartikel, bis zum Haften des Polymers auf dem Trägerkern mittels mechanischer Impaktion und/oder elektrostatischer Anziehung vermischt werden.
Zum Aufbringen des Polymers auf der Oberfläche der Trägerkempartikel können verschiedene wirksame, geeignete Mittel angewandt werden, zum Beispiel Kaskadenwalzmischen, Trommellackierung, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Beschichten in einer Pulverwolke, Wirbelschicht, elektrostatische Scheibenzerstäubung, elektrostatischer Vorhang, Kombinationen davon und dergleichen. Die Mischung aus Trägerkernpartikeln und Polymer kann dann erhitzt werden, damit das Polymer schmelzen und mit den Trägerkernpartikeln verschmelzen kann. Die beschichteten Trägerpartikel können dann abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Partikelgröße klassiert werden.
Geeignete Träger können in Ausführungsformen einen Stahlkern, zum Beispiel in einer Größe von etwa 25 bis etwa 100 μm, in Ausführungsformen in einer Größe von etwa 50 bis etwa 75 μm umfassen, der unter Verwendung des in den US-Patenten Nr. 5,236,629 und 5,330,874 beschriebenen Verfahrens mit etwa 0,5% bis etwa 10 Gew.-%, in Ausführungsformen von etwa 0,7% bis etwa 5 Gew.-% einer leitfähigen, zum Beispiel Methylacrylat und Kohlenstoffschwarz umfassenden Polymermischung beschichtet wurde.
Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln vermischt werden. Die Konzentrationen können von etwa 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Tonerzusammensetzung betragen. Es können jedoch unterschiedliche Toner- und Trägeranteile verwendet werden, um eine Entwicklerzusammensetzung mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Bilderzeugung
Die Toner der vorliegenden Offenbarung können für elektrostatographische (einschließlich elektrophotographische) oder xerographische Bilderzeugungsverfahren eingesetzt werden, einschließlich der zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,295,990 offenbarten. In Ausführungsformen kann eine beliebige bekannte Art von Bildentwicklungssystem in einer Bildentwicklungsvorrichtung eingesetzt werden, einschließlich zum Beispiel Magnetbürstenentwicklung, springende Einkomponenten-Entwicklung (jumping single-component development), Hybrid-Scavangeless-Entwicklung (HSD) und dergleichen. Diese und ähnliche Entwicklungssysteme liegen innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns.
Bilderzeugungsprozesse umfassen zum Beispiel die Herstellung eines Bildes mit einer xerographischen Vorrichtung, die eine Aufladungskomponente, eine Bilderzeugungskomponente, eine photoleitfähige Komponente, eine Entwicklungskomponente, eine Überführungskomponente und eine Schmelzfixierkomponente umfasst. Die Entwicklungskomponente kann in Ausführungsformen einen Entwickler umfassen, der durch Mischen eines Trägers mit einer hierin beschriebenen Tonerzusammensetzung hergestellt wurde. Die xerographische Vorrichtung kann einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Hochgeschwindigkeits-Schwarz-Weiß-Drucker, einen Farbdrucker und dergleichen umfassen.
Sobald das Bild mit Tonern/Entwicklern mithilfe eines geeigneten Bildentwicklungsverfahrens wie einem der vorgenannten Verfahren erzeugt wurde, kann das Bild auf ein Bild empfangendes Medium wie z. B. Papier und dergleichen überführt werden. Die Toner können in Ausführungsformen bei der Entwicklung eines Bildes in einer Bildentwicklungsvorrichtung unter Verwendung eines Fixierwalzenelements verwendet werden. Fixierwalzenelemente sind Kontaktfixiervorrichtungen, die innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns liegen und bei denen Hitze und Druck von der Walze zur Schmelzfixierung des Toners auf dem Bild empfangenden Medium genutzt werden können. In Ausführungsformen kann das Schmelzfixierelement vor oder während des Aufschmelzens auf dem Bild empfangenden Substrat auf eine Temperatur oberhalb der Fixiertemperatur des Toners, zum Beispiel auf Temperaturen von etwa 70°C bis etwa 160°C, in Ausführungsformen von etwa 80°C bis etwa 150°C, in weiteren Ausführungsformen von etwa 90°C bis etwa 140°C, erhitzt werden.
Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgelegt. Diese Beispiele sollen nur darstellend sein; es ist keinesfalls beabsichtigt, den Bereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Des Weiteren beziehen sich alle Teile und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Raumtemperatur” auf eine Temperatur von etwa 20°C bis etwa 25°C.
Es ist vorgesehen, dass die Toner der vorliegenden Offenbarung in einem beliebigen geeigneten Verfahren zur Erzeugung eines Bildes mit einem Toner eingesetzt werden können, einschließlich in anderen Anwendung als xerographischen Anwendungen.
Im Folgenden wird hierin ein Beispiel dargelegt, das für verschiedene Zusammensetzungen und Bedingungen, die zur Ausführung der Offenbarung verwendet werden können, erläuternd ist. Alle Teile beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Offenbarung mit vielen Arten von Zusammensetzungen ausgeführt werden kann und dass sie viele verschiedene Verwendungen gemäß der oben beschriebenen Offenbarung und wie hier im Folgenden dargelegt, aufweisen kann.
BEISPIELE
Herstellung einer Emulsion: Beispiel 1
100 g BIOREZ^TM 64-113-Harz, erhältlich von Advanced Imaging Resources, wurden in ein 2 Liter fassendes Becherglas abgemessen, das etwa 1000 g Ethylacetat enthielt. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur bei etwa 300 Umdrehungen pro Minute gerührt, um das Harz in dem Ethylacetat zu lösen. 186 g Natriumbicarbonat, 10,64 g Dowfax (47 Gew.-%) und 50 g Tris-HCl-Puffer, pH 8, wurden in einen 3 Liter fassenden, etwa 700 g deionisiertes Wasser enthaltenden Kolbenreaktor aus Pyrexglas abgemessen. Die Homogenisierung der wässrigen Lösung in dem 3 Liter fassenden Glaskolbenreaktor erfolgte mit einem Ultra Turrax T50 Homogenisator von IKA bei 4.000 Umdrehungen pro Minute. Anschließend wurde die Harzlösung langsam in die Wasserlösung gegossen, während die Mischung weiter homogenisiert wurde, wobei die Geschwindigkeit des Homogenisators auf 8.000 Umdrehungen pro Minute erhöht wurde. Das Homogenisieren wurde 30 Minuten lang unter diesen Bedingungen durchgeführt. Beim Abschluss der Homogenisierung wurde der Glaskolbenreaktor mitsamt seinem Inhalt auf eine Heizplatte gesetzt und mit Luft gespült. Die Mischung wurde bei etwa 250 Umdrehungen pro Minute gerührt und die Temperatur der Mischung wurde auf 50–55°C erhöht, um das Ethylacetat aus der Mischung abzudampfen. Das Rühren der Mischung wurde etwa 180 Minuten lang bei 50–55°C fortgesetzt und anschließend wurde auf Raumtemperatur heruntergekühlt.
Das Produkt wurde zentrifugiert und das Bodensediment wurde verworfen. Die resultierende Harzemulsion wurde gewogen und der Feststoffgehalt bestimmt. Die Emulsionsausbeute wurde berechnet, indem der Feststoffgehalt mit dem Emulsionsgewicht multipliziert wird.
Herstellung einer Emulsion: Beispiele 2–4 und Vergleichsbeispiele 1–2

In Beispiel 2 wurde das gleiche Emulgierverfahren wie in Beispiel 1 angewandt, außer dass als Puffersystem 20 g Tris-HCl-Puffer, pH 8, verwendet wurden. In Beispiel 3 wurde das gleiche Emulgierverfahren wie in Beispiel 1 angewandt, außer dass als Puffersystem 10 g Tris-HCl-Puffer, pH 8, verwendet wurden. In Beispiel 4 wurde das Verfahren von Beispiel 2 wiederholt. In Vergleichsbeispiel 1 wurde das gleiche Emulgierverfahren wie in Beispiel 1 angewandt, außer dass kein Puffer verwendet wurde. In Vergleichsbeispiel 2 wurde das gleiche Emulgierverfahren wie in Beispiel 1 angewandt, außer dass Tris-HCl-Puffer, pH 7, verwendet wurde. Die Ergebnisse des Emulgierens sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1

	Puffersystem	Partikelgröße	pH-Wert	Ausbeute (%)
Beispiel 1	Puffer pH 8, 50 g	169,3 nm	8,42	83,8
Beispiel 2	Puffer PH 8, 20 g	169,3 nm	8,26	100
Beispiel 3	Puffer PH 8, 10 g	141,8 nm	7,81	80,09
Beispiel 4 (Wiederh. von Beispiel 2)	Puffer pH 8, 20 g	146,9 nm	8,33	95,59
Vergleichsbeispiel 1	kein Puffer	Alle Partikel setzten sich ab.	6,1	0
Vergleichsbeispiel 2	Puffer pH 7	Alle Partikel setzten sich ab.	6,5	0

Wie in Tabelle 1 ersichtlich, wurde BIOREZ^TM 64-113 in den Beispielen 1–4 emulgiert. Insbesondere in den Beispielen 2 und 4 war die Ausbeute höher als 90%. Nach diesen Ergebnissen war die optimierte Formulierung eine Verwendung von 20 g Puffer pro 100 g BIOREZ^TM 64-113-Harz.
Herstellung von Toner: Beispiel 5
In einem mit einem magnetischen Rührstab und einer Heizplatte ausgestatteten, 600 ml fassenden Becherglas wurden 242,80 g der in Beispiel 2 erhaltenen Emulsion (100 g BIOREZ^TM 64-113, 20 g Puffer, 18,39 Gew.-%), 15,56 g Cyanpigmentdispersion PB15:3 (17,0 Gew.-%) und 44,80 g Al₂(SO₄)₃-Lösung (1 Gew.-%) als Flockungsmittel unter Homogenisieren zusammengegeben.
Anschließend wurde die Mischung zum Aggregieren bei 700 UpM auf 45°C erhitzt. Die Partikelgröße wurde mit einem Counter Counter überwacht, bis die Kernpartikel eine volumengemittelte Partikelgröße von 5,37 Mikrometern mit einer GSD von 1,30 erreicht hatten.
Dann wurde der pH-Wert der Reaktionsaufschlämmung unter Verwendung von 3,46 g EDTA (39 Gew.-%) und NaOH (4 Gew.-%) auf 7,81 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren. Nach dem Einfrieren wurde die Reaktionsmischung auf 90°C erhitzt und der pH-Wert wurde zum Koaleszieren auf 7,66 verringert. Der Toner wurde nach dem Koaleszieren abgeschreckt und hatte eine endgültige Partikelgröße von 10,37 μm, eine Volumen-GSD von 1,29 und eine Zahlen-GSD von 1,61. Die Toneraufschlämmung wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt, mittels Klassieren getrennt (25 Mikrometer), filtriert und schließlich gewaschen und gefriergetrocknet.
Herstellung einer Emulsion: Beispiel 6
Ein biobasiertes kristallines Harz wurde mittels Co-Emulgieren in den BIOREZ^TM 64-113-Harz eingefügt. 88,39 g BIOREZ^TM 64-113-Harz und 12,64 g biobasiertes kristallines Harz Poly(3-hydroxyoctanoat-co-3-hydroxyhexanoat) (PHO), das von der Queen's University erhalten wurde, wurden in ein etwa 1000 g Ethylacetat enthaltendes, 2 Liter fassendes Becherglas gegeben. Das Gewichtsverhältnis von Tris-HCl-Puffer, pH 8, zu BIOREZ^TM 64-113-Harz und PHO-Harz betrug 20:100. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur bei etwa 300 Umdrehungen pro Minute gerührt, um das Harz in dem Ethylacetat zu lösen. 1,64 g Natriumbicarbonat, 9,40 g Dowfax (47 Gew.-%) und 20,2 g Tris-HCl-Puffer, pH 8, wurden in einen 3 Liter fassenden, etwa 700 g deionisiertes Wasser enthaltenden Kolbenreaktor aus Pyrexglas abgemessen. Die Homogenisierung der genannten wässrigen Lösung in dem genannten, 3 Liter fassenden Glaskolbenreaktor erfolgte mit einem Ultra Turrax T50 Homogenisator von IKA bei 4.000 Umdrehungen pro Minute. Anschließend wurde die Harzlösung langsam in die Wasserlösung gegossen, während die Mischung weiter homogenisiert wurde, wobei die Geschwindigkeit des Homogenisators auf 8.000 Umdrehungen pro Minute erhöht wurde, und die Homogenisierung wurde unter diesen Bedingungen etwa 30 Minuten lang ausgeführt. Beim Abschluss der Homogenisierung wurde der Glaskolbenreaktor mitsamt seinem Inhalt auf eine Heizplatte gesetzt und mit Luft gespült. Die Mischung wurde bei etwa 250 Umdrehungen pro Minute gerührt und die Temperatur der genannten Mischung wurde auf 50–55°C erhöht, um das Ethylacetat aus der Mischung abzudampfen. Das Rühren der genannten Mischung wurde etwa 180 Minuten lang bei 50–55°C fortgesetzt und anschließend wurde auf Raumtemperatur heruntergekühlt.
Das Produkt wurde zentrifugiert und das Bodensediment wurde verworfen. Die resultierende Emulsion hatte eine Größe von 165 nm und enthielt etwa 23,04 Gew.-% Feststoffe in Wasser.
Herstellung von Toner: Beispiel 7
In einem mit einem magnetischen Rührstab und einer Heizplatte ausgestattetem, 600 ml fassenden Becherglas wurden 185,18 g der in Beispiel 6 erhaltenen Emulsion (88,39 g BIOREZ^TM 64-113, 12,64 g PHO, 20,2 g Puffer, 23,04 Gew.-%), 14,886 g Cyanpigmentdispersion PB 15:3 (17,0 Gew.-%) und 42,81 g Al₂(SO₄)₃-Lösung (1 Gew.-%) als Flockungsmittel unter Homogenisieren zusammengegeben.
Anschließend wurde die Mischung zum Aggregieren bei 700 UpM auf 49°C erhitzt. Die Partikelgröße wurde mit einem Coulter Counter überwacht, bis die Kernpartikel eine volumengemittelte Partikelgröße von 5,71 Mikrometern mit einer GSD von 1,31 erreicht hatten und dann wurde der pH-Wert der Reaktionsaufschlämmung unter Verwendung von 1,65 g EDTA (39 Gew.-%) und NaOH (4 Gew.-%) auf 8,10 erhöht, um das Tonerwachstum einzufrieren. Nach dem Einfrieren wurde die Reaktionsmischung auf 90°C erhitzt und der pH-Wert wurde zum Koaleszieren auf 7,44 verringert. Der Toner wurde nach dem Koaleszieren abgeschreckt und hatte eine endgültige Partikelgröße von 6,15 μm, eine Volumen-GSD von 1,33 und eine Zahlen-GSD von 1,48. Die Toneraufschlämmung wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt, mittels Klassieren getrennt (25 Mikrometer), filtriert und schließlich gewaschen und gefriergetrocknet. Bewertung der Aufladung

Die Fixiereigenschaften der in den Beispielen 5 und 7 hergestellten Toner sowie eines Referenztoners wurden bestimmt. Entwicklerproben wurde in einer 60 Milliliter fassenden Glasflasche hergestellt, indem etwa 0,5 g Toner auf etwa 10 g FWC 938 als Träger eingewogen wurden, wobei der Träger einen Stahlkern und eine Beschichtung aus einer Polymermischung aus Polymethylmethacrylat (PMMA, 60 Gew.-%) und Polyvinylidenfluorid (40 Gew.-%) umfasste. Die Proben wurden über Nacht etwa 24 Stunden lang in den jeweiligen Umgebungen gehalten, um vollständig zu äquilibrieren. Am folgenden Tag wurden die Entwicklerproben etwa 1 Stunde lang unter Verwendung eines Turbula-Mischers gemischt, wonach die Aufladung der Tonerpartikel unter Verwendung eines Ladungsspektrographen gemessen wurde. Die Toneraufladung wurde als Mittelpunkt der Toneraufladungsverteilung berechnet. Die Aufladung war in Millimeter Verschiebung von der Nulllinie sowohl für die ursprünglichen Partikel als auch die Partikel mit Zusatzstoffen. Das RH-Verhältnis (Luftfeuchtigkeitsverhältnis) wurde als Aufladung in der A-Zone bei 85 Gew.-% Feuchtigkeit (in Millimeter) zur Aufladung in der C-Zone bei 15 Gew.-% Feuchtigkeit (in Millimeter) berechnet. Die Aufladungsergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

	Referenz	Beispiel 5	Beispiel 7
Träger		FWC938	FWC938
Q/d A-Zone 60M	8,8	0,8	1,3
Q/m A-Zone 60M	40	23	11
Q/m A-Zone 2M	58	24	16,6
Q/d C-Zone 60M	14,6	4,0	8,2
Q/m C-Zone 60M	66	75	56
Ladungserhaltung 24 Stunden	72	94	66
Blockierung bei 54°°C (%)	66	38,9	92

Wie in Tabelle 2 gezeigt, wiesen die Toner aus den Beispielen 5 und 7 eine vergleichbare Aufladung wie der Referenztoner auf.
Herstellung von Toner: Beispiel 8
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 5 wurde wiederholt. Die mittlere Partikelgröße betrug 6,15 Mikrometer, ein Volumen-GSD betrug 1,33 und ein Zahlen-GSD betrug 1,56.
Herstellung von Toner: Beispiel 9
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 7 wurde wiederholt. Die mittlere Partikelgröße betrug 6,15 Mikrometer, ein Volumen-GSD betrug 1,34 und ein Zahlen-GSD betrug 1,46.
Fixierbewertung/Glanz
Unfixierte Testbilder wurden unter Verwendung eines DC 12-Farbkopierers/druckers von der Xerox Corporation hergestellt. Die Bilder wurden aus dem DC 12 von der Xerox Corporation herausgenommen, bevor das Dokument den Schmelzfixierer passierte. Die anfängliche Fixierbewertung wurde unter Verwendung eines iGen3^® (XP777)-Schmelzfixierers von der Xerox Corporation durchgeführt. Es wurde nach den üblichen Betriebsvorgängen verfahren, wobei unfixierte Bilder eines Kontrolitoners (iGen3^® Cyan Series 9) auf DCX+ 90 gsm und DCEG 120 gsm Papier von der Xerox Corporation entwickelt wurden. Die Tonermasse pro Einheitsfläche für die unfixierten Bilder betrug 0,5 mg/cm². Die Kontrolltoner sowie die Testtoner wurden über einen weiten Temperaturbereich fixiert. Die Fixierwalzengeschwindigkeit wurde während der Experimente variiert, so dass Glanz und Knitterbereich als Funktion der Fixierwalzentemperatur bestimmt werden konnten. Der Druckglanz wurde unter Verwendung eines 75°-Glanzmessgeräts von BYK Gardner gemessen. Kalt-Offset, Glanz, Knittertest und Dokument-Offset-Verhalten wurden gemessen.
Die Ergebnisse der Beispiele 8 und 9 zeigten, das sowohl der BIOREZ^TM 64-113 allein enthaltende Toner als auch der BIOREZ^TM 64-113 und PHO enthaltende Toner einen ähnlichen Glanz aufwiesen wie der i-Gen-3-Kontrolltoner.
Fixierbewertung/MFT
Wie gut die Toner auf dem Papier haften, wurde mittels der Knittertest-Mindestfixiertemperatur (MFT) bestimmt. Das fixierte Bild wurde gefaltet und etwa 860 g Tonergewicht wurden über die Falz gerollt, wonach das Papier wieder entfaltet und abgewischt wurde, um abgebrochenen Toner vom Bogen zu entfernen. Dieser Bogen wurde dann unter Verwendung eines Flachbettscanners von Epson gescannt und die Tonerfläche, die vom Papier entfernt wurde, wurde mittels Bildanalysesoftware wie z. B. IMAQ von National Instruments bestimmt. Die Ergebnisse der Fixierbewertung sind in 2 dargestellt.
Die Ergebnisse zeigten, dass an dem Punkt, an dem die Knitterfläche 85 ist, die MFT von Beispiel 6 179°C betrug, die MFT von Beispiel 8 160°C betrug, während die MFT des iGen3^®-Kontrolltoners 169°C betrug. Die MFT-Ergebnisse zeigen, dass der Toner aus Beispiel 9 eine um 10°C höhere MFT als die iGen3^®-Kontrolle aufweist, während die Zugabe von 12 Gew.-% PHO zu einer um 19°C geringeren MFT führt, was eine niedrigere MFT als jene der iGen3^®-Kontrolle ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Verfahren zur Herstellung eines Toners, umfassend: Bilden einer Emulsion, die eine Pufferlösung und ein amorphes, biologisch abbaubares Polyesterharz enthält, das durch die folgende Formel (1) dargestellt ist:
in der jedes n unabhängig für eine ganze Zahl von 1 bis etwa 20 steht und x und y für die jeweiligen Anteile der jeweiligen monomeren Einheiten im Polymer stehen und x im Bereich von etwa 0 bis etwa 1000 liegt und y im Bereich von etwa 0 bis etwa 300 liegt; Zugabe eines Farbmittels, eines Koagulationsmittels und gegebenenfalls eines Wachses zu der Emulsion zur Bildung einer Mischung; Erhitzen der Mischung, Zulassen von Aggregation und Koaleszenz der Mischung zur Bildung von Tonerpartikeln; und Gewinnung der Tonerpartikel.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Emulsion folgendermaßen gebildet wird: Lösen des amorphen, biologisch abbaubaren Polyesterharzes in einem organischen Lösungsmittel zur Bildung einer organischen Lösung, Herstellen einer wässrigen Lösung, welche die Pufferlösung, ein optionales Neutralisierungsmittel und ein optionales Tensid umfasst; Vereinigen der organischen Lösung und der wässrigen Lösung zur Bildung einer Mischung und Homogenisieren der Mischung; und Entfernen des organischen Lösungsmittels durch Erhitzen der Mischung auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels, aber unterhalb des Siedepunkts von Wasser.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Ketonen, Ester, Ethern, chlorierten Lösungsmitteln, stickstoffhaltigen Lösungsmitteln und Mischungen davon ausgewählt wird, oder wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Methylethylketon, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Ethylacetat, N,N-Dimethylformamid, Dioctylphthalat, Toluol, Xylol, Benzol, Dimethylsulfoxid, Dichlormethan und Mischungen davon ausgewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei x im Bereich von etwa 9 bis etwa 70 liegt und y im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 liegt; oder wobei das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz eine Tg zwischen 40°C und 70°C aufweist; oder wobei das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 15.000, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 2.000 bis etwa 5.000 und eine Molekulargewichtsverteilung von etwa 1,5 bis etwa 10,0 aufweist; oder wobei das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz eine mittlere Partikelgröße von etwa 50 nm bis etwa 600 nm im Durchmesser aufweist, oder wobei die Pufferlösung einen pH-Wert von etwa 8 aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das amorphe, biologisch abbaubare Polyesterharz durch die folgende Formel (2) dargestellt ist:
in der x und y für die jeweiligen Anteile der jeweiligen monomeren Einheiten im Polymer stehen und x im Bereich von etwa 0 bis etwa 1000 liegt und y im Bereich von etwa 0 bis etwa 300 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend die Zugabe eines halbkristallinen biologisch abbaubaren Harzes zu der Mischung.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das halbkristalline biologisch abbaubare Harz ein Polyhydroxyalkanoat der folgenden Formel umfasst:
in der R H, eine substituierte Alkylgruppe oder eine unsubstituierte Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 13 Kohlenstoffatomen, ist, X von etwa 1 bis etwa 3 ist, und n von etwa 50 bis etwa 10.000 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Polyhydroxyalkanoat aus der Gruppe bestehend aus Polyhydroxybutyrat, Polyhydroxyvalerat, zufällig angeordnete Einheiten aus 3-Hydroxybutyrat und 3-Hydroxyvalerat enthaltenden Copolymeren sowie Kombinationen davon ausgewählt ist; oder wobei das biobasierte, kristalline Harz Poly(3-hydroxyoctanoat-co-3-hydroxyhexanoat) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei genanntes halbkristallines biologisch abbaubares Harz durch ein Bakterium produziert wird, welches Alcaligenes eutrophus umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pufferlösung eine organische Verbindung und eine Säure umfasst; und wobei die organische Verbindung gegebenenfalls eine oder mehrere Verbindungen umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus Tris(hydroxymethyl)aminomethan („TRIS”), Tricin, Bicin, Glycin, HEPES, Trietholamin-hydrochlorid und MOPS ausgewählt ist; und die Säure gegebenenfalls eine oder mehrere Säuren umfasst, die aus der Gruppe bestehend aus einer aliphatischen Säure, einer aromatischen Säure, Essigsäure, Citronensäure, Salzsäure, Borsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Phthalsäure und Salicylsäure ausgewählt wird; oder wobei die Pufferlösung gegebenenfalls TRIS-HCl umfasst.