DE102012214173A1

DE102012214173A1 - Tonerzusammensetzungen

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Publication number: DE102012214173A1
Application number: DE102012214173A
Authority: DE
Inventors: Grazyna E. Kmiecik-Lawrynowicz; Robert D. Bayley; Maura A. Sweeney; Mark E. Mang
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20130052581A1; US8475994B2; CA2786196C; JP5869982B2; RU2597426C2; BR102012020942A2; RU2012135578A; JP2013045106A; MX342644B; CA2786196A1; MX2012009532A

Abstract

Toner mit Ladungskontrollmitteln, die ausgezeichnete triboelektrischen Ladungscharakteristika verleihen. Bei Ausführungsformen werden die Tonerpartikel mit einer Lösung gewaschen, die Metallionen enthält, die den Tonerpartikeln wünschenswerte Ladungscharakteristika verleihen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Toner und Verfahren, die bei der Bereitstellung von Tonern nützlich sind, die sich für elektrophotographische Vorrichtungen, einschließlich beispielsweise Digital-, Bild-auf-Bild- und ähnlicher Vorrichtungen, eignen.
Zahlreiche Verfahren sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Tonerherstellung bekannt. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist die Emulsions-Aggregation (Emulsion Aggregation).
Tonersysteme fallen für gewöhnlich in zwei Klassen: Zwei-Komponenten-Systeme, bei denen das Entwicklermaterial magnetische Trägergranulate mit Tonerpartikeln enthält, die an diese triboelektrisch anhaften; und Ein-Komponenten-Systeme (SDC), bei denen nur Toner verwendet werden können.
Ladungskontrollmittel können verwendet werden, um die triboelektrische Ladung zu verbessern. Ladungskontrollmittel können organische Salze oder Komplexe aus großen organischen Molekülen enthalten. Obwohl die Menge an Ladungskontrollmitteln im Vergleich zu den anderen Komponenten eines Toners klein sein kann, können Ladungskontrollmittel für die triboelektrischen Ladungseigenschaften eines Toners wichtig sein. Diese triboelektrischen Ladungseigenschaften wiederum können die Bildgebungsgeschwindigkeit und -qualität beeinflussen und eine längere Lebensdauer bieten.
Ein Problem, das bei auf die Oberfläche hinzugefügten Ladungskontrollmitteln auftreten kann, ist, dass sie sich ungleichmäßig verteilen und über die Zeit in die Oberfläche geschlagen werden können, wodurch eine drastische Ladungssenkung bewirkt und schließlich die Lebensdauer des Toners beeinflusst wird.
Verbesserte Verfahren zur Herstellung von Tonern, die eine ausgezeichnete Kontrolle der Ladung von Tonerpartikeln ermöglichen, sind weiterhin wünschenswert.
Gemäß hier dargestellten Aspekten wird ein Verfahren zum Herstellen von Toner bereitgestellt, das das Hinzufügen eines optionalen Farbstoffs und eines optionalen Wachses zu einer Emulsion, die zumindest ein Harz umfasst, um Partikel zu bilden, das Aggregieren der Partikel zur Bildung von aggregierten Partikeln, das Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln, das Waschen der Tonerpartikel mit einer Lösung, die ein Metallion enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Zink, Chrom, Aluminium, Calcium, Magnesium, Barium, Strontium, Beryllium und Kombinationen davon ausgewählt ist, und das Gewinnen der Tonerpartikel umfasst.
Die vorliegende Offenbarung stellt Toner und Verfahren für die Herstellung von Tonerpartikeln mit ausgezeichneten Ladungscharakteristika bereit. Toner der vorliegenden Offenbarung können unter Durchführung eines Waschschritts nach dem Koaleszieren hergestellt werden, um die Ladung der Tonerpartikel zu verbessern. Die Waschung kann eine Lösung enthalten, die Metallionen aufweist, die die Tonerpartikel mit einer Ladung versehen. Beispielsweise können Tonerpartikel bei Ausführungsformen einer Zinkwaschung ausgesetzt werden, um die negative Ladung der Partikel zu steigern. Bei anderen Ausführungsformen können Tonerpartikel einer Calciumwaschung ausgesetzt werden, um die positive Ladung der Partikel zu steigern.
Bei Ausführungsformen können Toner der vorliegenden Offenbarung durch Kombinieren eines Latexpolymers mit einem optionalen Farbstoff, einem optionalen Wachs und anderen optionalen Zusatzstoffen hergestellt werden. Während das Latexpolymer mithilfe eines beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahrens hergestellt werden kann, kann das Latexpolymer bei Ausführungsformen mithilfe von Emulsionspolymerisationsverfahren, einschließlich semikontinuierlicher Emulsionspolymerisation, hergestellt werden und der Toner Emulsion Aggregation-Toner umfassen. Die Emulsions-Aggregation umfasst die Aggregation sowohl von Latex- als auch Pigmentpartikeln im Submikronenbereich in Partikel in Tonergröße, wobei das Wachstum der Partikelgröße bei Ausführungsformen beispielsweise ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 15 µm beträgt.
Es kann jedes Monomer verwendet werden, das sich für die Herstellung eines Latex zur Verwendung in einem Toner eignet. Wie oben angemerkt, kann der Toner bei Ausführungsformen mithilfe von Emulsions-Aggregation hergestellt werden. Geeignete Monomere, die bei der Bildung einer Latexpolymeremulsion nützlich sind – und somit die entstehenden Latexpartikel in der Latexemulsion – umfassen Styrole, Acrylate, Methacrylate, Butadiene, Isoprene, Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Acrylonitrile, Kombination davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Bei Ausführungsformen kann das Latexpolymer zumindest ein Polymer enthalten. Bei Ausführungsformen kann das zumindest eine ungefähr 1 bis ungefähr 20 und bei Ausführungsformen ungefähr 3 bis 10 sein. Beispielhafte Polymere umfassen Stryrolacrylate, Styrolbutadiene, Styrolmethacrylate und Kombinationen davon. Die Polymere können Block-, statische oder alternierende Copolymere sein.
Darüber hinaus können Polyesterharze als das Latexpolymer verwendet werden. Geeignete Polyester, die verwendet werden können, umfassen jene, die aus den Reaktionsprodukten von Bisphenol A und Propylenoxid oder Propylencarbonat erhalten werden, sowie die Polyester, die durch Reagieren dieser Reaktionsprodukte mit Fumarsäure und verzweigten Polyesterharzen, die aus der Reaktion von Dimethylterephthalat mit 1,3-Butandiol, 1,2-Propandiol und Pentaerythritol stammen, erhalten werden. Bei Ausführungsformen können Kombinationen von Polyesterharzen, einschließlich amorpher Polyesterharze und kristalliner Polyesterharze, verwendet werden.
Bei Ausführungsformen kann ein Poly(styrolbutylacrylat) als das Latexpolymer verwendet werden. Die Glasübergangstemperatur dieses Latex, das bei Ausführungsformen zur Bildung eines Toners der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, kann ungefähr 35 °C bis ungefähr 75 °C, bei Ausführungsformen ungefähr 40 °C bis ungefähr 70 °C und bei Ausführungsformen ungefähr 45 °C bis ungefähr 65 °C betragen.
Bei Ausführungsformen kann das zur Bildung eines Toners verwendete Harz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von ungefähr 25 kpse bis ungefähr 75 kpse, bei Ausführungsformen von ungefähr 30 kpse bis ungefähr 55 kpse und bei anderen Ausführungsformen von ungefähr 35 kpse bis ungefähr 55 kpse aufweisen. Das zur Bildung eines Toners verwendete Harz kann ein zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) von ungefähr 1 kpse bis ungefähr 30 kpse, bei Ausführungsformen von ungefähr 2 kpse bis ungefähr 20 kpse, bei anderen Ausführungsformen von ungefähr 3 kpse bis ungefähr 15 kpse, aufweisen. Die Polydispersität des Harzes, d. h. Mw/Mn, kann somit ungefähr 0,5 bis ungefähr 15, bei Ausführungsformen ungefähr 0,75 bis ungefähr 10 und bei anderen Ausführungsformen ungefähr 1 bis ungefähr 5 betragen. Die im Toner vorhandene Harzmenge kann sich somit auf ungefähr 50 % Gew./Gew. bis ungefähr 90 % Gew./Gew., bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 65 % Gew./Gew. bis ungefähr 85 % Gew./Gew. und bei anderen Ausführungsformen ungefähr 70 % Gew./Gew. bis ungefähr 80 % Gew./Gew. belaufen.
Bei Ausführungsformen kann das Latex in einer wässrigen Phase hergestellt werden, die ein Tensid oder ein Cotensid enthält. Tenside, die mit dem Polymer zur Bildung einer Latexdispersion verwendet werden können, können ionische (anionische oder kationische) oder nicht-ionische Tenside oder Kombinationen davon in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 15 Gew.-% der Feststoffe, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% der Feststoffe und bei Ausführungsformen von ungefähr 1 bis ungefähr 7,5 Gew.-% der Feststoffe sein.
Die Wahl bestimmter Tenside oder Kombinationen davon sowie die jeweiligen zu verwendenden Mengen liegen im Wissen des Fachmanns.
Bei Ausführungsformen können Initiatoren für die Bildung des Latexpolymers hinzugefügt werden. Beispiele für geeignete Initiatoren umfassen wasserlösliche Initiatoren wie Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat sowie organische lösliche Initiatoren, einschließlich organischer Peroxide, und Azo-Verbindungen, einschließlich Vazo-Peroxide, wie VAZO 64^TM, 2-Methyl 2-2′-azobispropannitril, VAZO 88^TM, 2-2′-Azobisisobutyramiddehydrat und Kombinationen davon. Andere wasserlösliche Initiatoren, die verwendet werden können, umfassen Azoamidinverbindungen, beispielsweise 2,2'-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]di-hydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-hydroxyphenyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(4-aminophenyl)-2-methylpropionamidin]tetrahydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N(phenylmethyl)propionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-methyl-N-2-propenylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[N-(2-hydroxy-ethyl)2-methylpropionamidin]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2(5-methyl-2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(4,5,6,7-tetrahydro-1H-1,3-diazepin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis[2-(5-hydroxy-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid, 2,2'-Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}dihydrochlorid, Kombinationen davon und dergleichen.
Initiatoren können in geeigneten Mengen hinzugefügt werden, beispielsweise von ungefähr 0,1 bis ungefähr 8 Gew.-% der Monomere, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,2 bis ungefähr 5 Gew.-% der Monomere und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 4 Gew.-% der Monomere.
Bei Ausführungsformen können auch Kettenregler bei der Bildung des Latexpolymers verwendet werden. Geeignete Kettenregler umfassen Dodecanthiol, Octanthiol, Carbontetrabromid, Kombinationen davon und dergleichen in Mengen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 % von Monomeren, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,2 bis ungefähr 5 Gew.-% von Monomeren und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 3,5 Gew.-% von Monomeren, um die Molekulargewichtseigenschaften des Latexpolymers zu kontrollieren, wenn die Emulsionspolymerisation gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird.
Bei Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, ein funktionelles Polymer bei der Bildung des Latexpolymers und der Partikel, aus denen das Polymer besteht, zu verwenden. Geeignete funktionelle Monomere umfassen Monomere mit Carboxylsäurefunktionalität. Solche Monomere können die folgende Formel (I) aufweisen:
wobei R1 Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist; R2 und R3 unabhängig voneinander aus Alkylgruppen, die ungefähr 1 bis ungefähr 12 Kohlenstoffe enthalten, oder einer Phenylgruppe ausgewählt sind; und n ungefähr 0 bis ungefähr 20, bei Ausführungsformen ungefähr 1 bis ungefähr 10, ist. Beispiele für solche funktionellen Monomere umfassen beta-Carboxyethylacrylat (β-CEA), Poly(2-carboxyethyl)acrylat, 2-Carboxyethylmethacrylat, Kombinationen davon und dergleichen. Andere funktionelle Monomere, die verwendet werden können, umfassen beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure und deren Derivate sowie Kombination des Vorstehenden.
Bei Ausführungsformen kann das funktionelle Monomer mit Carboxylsäurefunktionalität auch eine kleine Menge an Metallionen, beispielsweise Natrium, Kalium und/oder Calcium, enthalten, um bessere Emulsionspolymerisationsergebnisse zu erzielen. Die Metallionen können in einer Menge von ungefähr 0,001 bis ungefähr 10 Gew.-% des funktionellen Monomers mit Carboxylsäurefunktionalität, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Gew.-% des funktionellen Monomers mit Carboxylsäurefunktionalität und bei Ausführungsformen von ungefähr 0.75 bis ungefähr 4 Gew.-% des funktionellen Monomers mit Carboxylsäurefunktionalität vorhanden sein.
Wenn vorhanden, kann das funktionelle Monomer in Mengen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Gew.-% der Gesamtmonomere, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,05 bis ungefähr 5 Gew.-% der Gesamtmonomere und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 3 Gew.-% der Gesamtmonomere hinzugefügt werden.
Wachsdispersionen können während der Bildung eines Latexpolymers im Rahmen einer Emulsions-Aggregationssynthese ebenfalls hinzugefügt werden. Geeignete Wachse umfassen beispielsweise Wachspartikel im Submikronenbereich mit einem volumengemittelten Durchmesser in einem Größenbereich von ungefähr 50 ungefähr 1000 nm, bei Ausführungsformen von ungefähr 100 bis ungefähr 500 Nanometer, suspendiert in einer wässrigen Phase von Wasser und einem ionischen Tensid, nicht-ionischen Tensid oder Kombinationen davon. Geeignete Tenside umfassen die oben beschriebenen. Die ionischen Tenside oder nicht-ionischen Tenside können in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 20 Gew.-% und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 15 Gew.-% des Wachses vorhanden sein.
Die Wachsdispersion gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können beispielsweise ein natürliches pflanzliches Wachs, ein natürliches tierisches Wachs, mineralisches Wachs und/oder synthetisches Wachs umfassen. Beispiele für natürliche pflanzliche Wachse umfassen Carnaubawachs, Candelillawachs, Japanwachs und Myrtenwachs. Beispiele für natürliche tierische Wachse umfassen Bienenwachs, punisches Wachs, Lanolin, Lack-Wachs, Schellackwachs und Walratwachs. Mineralische Wachse umfassen beispielsweise Paraffinwachs, mikrokristallines Wachs, Montanwachs, Bergwachs, Ceresinwachs, Vaselinewachs und Erdölwachs. Synthetische Wachse der vorliegenden Offenbarung umfassen beispielsweise Fischer-Tropsch-Wachs, Acrylatwachs, Fettsäureamidwachs, Silikonwachs, Polytetrafluorethylenwachs, Polyethylenwachs, Polypropylenwachs und Kombinationen davon.
Beispiele für Polypropylen- und Polyethylenwachse umfassen jene, die im Handel von Allied Chemical und Baker Petrolite erhältlich sind, Wachsemulsionen, die von Michelman Inc. und Daniels Products Company erhältlich sind, EPOLENE N-15, das im Handel von Eastman Chemical Products, Inc. erhältlich ist, VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit geringem gewichtsgemitteltem Molekulargewicht, das von Sanyo Kasel K.K. erhältlich ist, und ähnliche Materialien. Bei Ausführungsformen besitzen im Handel erhältliche Polyethylenwachse ein Molekulargewicht (Mw) von ungefähr 100 bis ungefähr 5000 und bei Ausführungsformen von ungefähr 250 bis ungefähr 2500, während die im Handel erhältlichen Polypropylenwachse ein Molekulargewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 10.000 und bei Ausführungsformen von ungefähr 400 bis ungefähr 5000 aufweisen.
Bei Ausführungsformen können die Wachse funktionalisiert werden. Beispiele für Gruppen, die zur Funktionalisierung von Wachsen hinzugefügt werden, umfassen Amine, Amide, Imide, Ester, quaternäre Amine und/oder Carboxylsäuren. Bei Ausführungsformen können die funktionalisierten Wachse Akrylpolymeremulsionen, beispielsweise JONCRYL 74, 89, 130, 537 und 538, allesamt von Johnson Diversey, Inc erhältlich, oder chlorierte Polypropylene und Polyethylene sein, die im Handel von Allied Chemical, Baker Petrolite Corporation und Johnson Diversey, Inc erhältlich sind.
Das Wachs kann in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% und bei Ausführungsformen von ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gew.-% des Toners vorhanden sein.
Die Latexpartikel können zu einer Farbstoffdispersion hinzugefügt werden. Die Farbstoffdispersion kann beispielsweise Farbstoffpartikel im Submikronenbereich mit einem volumengemittelten Durchmesser von beispielsweise ungefähr 50 bis ungefähr 500 Nanometer und bei Ausführungsformen von ungefähr 100 bis ungefähr 400 Nanometer enthalten. Die Farbstoffpartikel können in einer wässrigen Phase suspendiert sein, die ein anionisches Tensid, ein nicht-ionisches Tensid oder Kombinationen davon enthält. Bei Ausführungsformen kann das Tensid ionisch sein und kann zu ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% und bei Ausführungsformen zu ungefähr 4 bis ungefähr 15 Gew.-% des Farbstoffs vorhanden sein.
Farbstoffe, die zur Bildung von Tonern gemäß der vorliegenden Offenbarung nützlich sind, umfassen Pigmente, Färbemittel, Mischungen von Pigmenten und Färbemitteln, Mischungen von Pigmenten, Mischungen von Färbemitteln und dergleichen. Der Farbstoff kann beispielsweise Ruß, blaugrün, gelb, magentarot, rot, orange, braun, grün, blau, violett oder Kombinationen davon sein. Bei Ausführungsformen kann ein Pigment verwendet werden. Wie hier verwendet, enthält ein Pigment ein Material, das die Farbe des Lichts, das es reflektiert, infolge der selektiven Farbabsorption verändert. Bei Ausführungsformen ist ein Pigment im Gegensetz zu einem Färbemittel, das im Allgemeinen in einer wässrigen Lösung angewandt werden kann, im Allgemeinen unlöslich. Beispielsweise kann ein Färbemittel im Trägervehikel (Bindemittel) löslich sein, ein Pigment hingegen kann im Trägervehikel unlöslich sein.
Bei Ausführungsformen, bei denen der Farbstoff ein Pigment ist, kann das Pigment beispielsweise Ruß, Phthalocyanine, Chinacridone, rote, grüne, orangefarbene, braune, violette, gelbe, fluoreszierende Farbmittel, einschließlich vom RHODAMINE B^TM Typ, und dergleichen sein.
Der Farbstoff kann im Toner der Offenbarung in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 25 Gew.-% des Toners und bei Ausführungsformen in einer Menge von ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% des Toners vorhanden sein.
Beispielhafte Farbstoffe umfassen Ruß wie REGAL 330^®-Magnetiten; Mobay-Magnetiten, einschließlich MO8029^TM, MO8060^TM; Columbian-Magnetiten; MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetiten; Pfizer-Magnetiten, einschließlich CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM; Bayer-Magnetiten, einschließlich BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM; Northern Pigments-Magnetiten, einschließlich NP-604^TM, NP-608^TM; Magnox-Magnetiten, einschließlich TMB-100^TM oder TMB-104^TM, HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, PIGMENT BLUE 1^TM, erhältlich von Paul Uhlich and Company, Inc.; PIGMENT VIOLET 1^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026^TM, E.D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, erhältlich von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario; NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK E^TM von Hoechst; und CINQUASIA MAGENTA^TM, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours and Company. Andere Farbstoffe umfassen 2,9-Dimethyl-substituiertes Chinacridon- und Anthrachinon-Färbemittel, im Color Index identifiziert als Cl 60710, Cl Dispersed Red 15, Diazo-Färbemittel, im Color Index identifiziert als Cl 26050, Cl Solvent Red 19, Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, im Color Index gelistet als Cl 74160, Cl Pigment Blue, Anthrathrene Blue, im Color Index identifiziert als Cl 69810, Special Blue X-2137, Diarylidgelb-3,3-dichlorbenzidenacetoacetanilid, ein Monoazo-Pigment, im Color Index identifiziert als Cl 12700, Cl Solvent Yellow 16, ein Nitrophenylaminsulfonamid, im Color Index identifiziert als Foron Yellow SE/GLN, Cl Dispersed Yellow 33, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilidphenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, Yellow 180 und Permanent Yellow FGL. Organische lösliche Färbemittel mit einem hohen Reinheitsgrad für einen Farbumfang, die verwendet werden können, umfassen Neopen Yellow 075, Neopen Yellow 159, Neopen Orange 252, Neopen Red 336, Neopen Red 335, Neopen Red 366, Neopen Blue 808, Neopen Black X53 und Neopen Black X55, wobei die Färbemittel in diversen geeigneten Mengen ausgewählt werden, beispielsweise von ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 Gew.-% des Toners und bei Ausführungsformen von ungefähr 5 bis ungefähr 18 Gew.-% des Toners.
Bei Ausführungsformen umfassen beispielhafte Farbstoffe Pigment Blue 15:3 mit einer Color Index Constitution Number von 74160, Magenta Pigment Red 81:3 mit einer Color Index Constitution Number von 45160:3, Yellow 17 mit einer Color Index Constitution Number von 21105 sowie bekannte Färbemittel wie Lebensmittelfarben, gelb, blau, grün, rot, Magentafärbemittel und dergleichen.
Bei anderen Ausführungsformen können ein Magenta-Pigment Red 122 (2,9-Dimethylchiinacridon), Pigment Red 185, Pigment Red 192, Pigment Red 202, Pigment Red 206, Pigment Red 235, Pigment Red 269, Kombinationen davon und dergleichen als der Farbstoff verwendet werden. Pigment Red 122 (hier manchmal auch als PR-122 bezeichnet) wird bei der Pigmentierung von Tonern, Kunststoffen, Tinten und Beschichtungen aufgrund seines einzigartigen Magentafarbtons häufig verwendet. Die chemischen Strukturen von PR-122, Pigment Red 269 und Pigment Red 185 (hier manchmal auch als PR-185 bezeichnet) sind im Folgenden angeführt.
Pigment PR 122 (2,9-Dimethylchinacridon)
Pigment Red 269
Pigment Red 185
Bei einigen Ausführungsformen kann ein pH-Wert einstellendes Mittel hinzugefügt werden, um die Rate des Emulsions-Aggregationsverfahrens zu kontrollieren. Das bei der vorliegenden Offenbarung verwendete pH-Wert einstellende Mittel kann eine beliebige Säure oder Base sein, die die zu produzierenden Produkte nicht negativ beeinflusst. Geeignete Basen können Metallhydroxide wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid und wahlweise Kombinationen davon umfassen. Geeignete Säuren umfassen Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Zitronensäure, Essigsäure und wahlweise Kombinationen davon. Die Höhe der Basenaddition kann sich somit auf ungefähr 0,1 % Gew./Gew. bis ungefähr 20 % Gew./Gew., bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 0,2 % Gew./Gew. bis ungefähr 10 % Gew./Gew. und bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 0,5 % Gew./Gew. bis ungefähr 5 % Gew./Gew. belaufen.
Bei Ausführungsformen kann ein Koagulans während oder vor der Aggregation des Latex und der wässrigen Farbstoffdispersion hinzugefügt werden. Das Koagulans kann über einen Zeitraum von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 60 Minuten, bei Ausführungsformen von ungefähr 1,25 Minuten bis ungefähr 20 Minuten und bei Ausführungsformen von ungefähr 2 Minuten bis ungefähr 15 Minuten hinzugefügt werden, je nach Verarbeitungsbedingungen.
Beispiele für geeignete Koagulanzien umfassen Polyaluminiumhalide wie Polyaluminiumchlorid (PAC) oder das entsprechende Bromid, Fluorid oder Iodid, Polyaluminiumsilicate wie Polyaluminiumsulfosilicat (PASS) und wasserlösliche Metallsalze wie Aluminiumchlorid, Aluminiumnitrit, Aluminiumsulfat, Kaliumaluminiumsulfat, Calciumacetat, Calciumchlorid, Calciumnitrit, Calciumoxylat, Calciumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumnitrat, Magnesiumsulfat, Zinkacetat, Zinknitrat, Zinksulfat, Kombinationen davon und dergleichen. Ein geeignetes Koagulans ist PAC, das im Handel erhältlich ist und durch kontrollierte Hydrolyse von Aluminiumchlorid mit Natriumhydroxid hergestellt werden kann. Im Allgemeinen kann das PAC durch Zugabe von zwei Mol einer Base zu einem Mol Aluminiumchlorid hergestellt werden. Die Spezies ist löslich und stabil, wenn sie aufgelöst und unter sauren Bedingungen bei einem pH-Wert von unter ungefähr 5 gelagert wird. Man geht davon aus, dass die Spezies in Lösung die Formel Al₁₃O₄(OH)₂₄(H₂O)₁₂ mit ungefähr 7 positiven elektrischen Ladungen pro Einheit enthält.
Bei Ausführungsformen umfassen geeignete Koagulanzien ein Polymetallsalz wie beispielsweise Polyaluminiumchlorid (PAC), Polyaluminiumbromid oder Polyaluminiumsulfosilicat. Das Polymetallsalz kann in einer Lösung von Salpetersäure oder anderen verdünnten Säurelösungen wie Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Zitronensäure oder Essigsäure vorliegen. Das Koagulans kann in Mengen von ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% des Toners, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 3 Gew.-% des Toners und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 Gew.-% des Toner hinzugefügt werden.
Jedes Aggregationsmittel, das in der Lage ist, eine Komplexierung zu bewirken, könnte bei der Bildung des Toners der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Sowohl Erdalkalimetall- oder Übergangsmetallsalze können als Aggregationsmittel verwendet werden. Bei Ausführungsformen könne Alkali(II)-Salze ausgewählt werden, um sulfonierte Polyesternatriumkolloide mit einem Farbstoff zu aggregieren, um die Bildung eines Toner-Verbundstoffs zu ermöglichen. Solche Salze umfassen beispielsweise Berylliumchlorid, Berylliumbromid, Berylliumiodid, Berylliumacetat, Berylliumsulfat, Magnesiumchlorid, Magnesiumbromid, Magnesiumiodid, Magnesiumacetat, Magnesiumsulfat, Calciumchlorid, Calciumbromid, Calciumiodid, Calciumacetat, Calciumsulfat, Strontiumchlorid, Strontiumbromid, Strontiumiodid, Strontiumacetat, Strontiumsulfat, Bariumchlorid, Bariumbromid, Bariumiodid und wahlweise Kombinationen davon. Beispiele für Übergangsmetallsalze oder -anione, die als Aggregationsmittel verwendet werden können, umfassen Acetate von Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium oder Silber; Acetoacetate von Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium oder Silber; Sulfate von Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium oder Silber; und Aluminiumsalze wie Aluminiumacetat, Aluminiumhalide wie Polyaluminiumchlorid, Kombinationen davon und dergleichen. Die Höhe der Aggregationsmitteladdition kann sich somit auf ungefähr 0,01 % Gew./Gew bis ungefähr 1 % Gew./Gew., bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 0,1 % Gew./Gew. bis ungefähr 0,5 % Gew./Gew. und bei weiteren Ausführungsformen ungefähr 0,15 % Gew./Gew. bis ungefähr 0,3 % Gew./Gew. belaufen.
Ein Ladungskontrollmittel (CCA) kann zu den Tonerpartikeln hinzugefügt werden. Bei Ausführungsformen kann das CCA zu einem Latex, einer optionalen Farbstoffdispersion, einem optionalen Wachs und einem optionalen Aggregationsmittel hinzugefügt werden, um das CCA innerhalb der Tonerpartikel zu inkorporieren. Bei anderen Ausführungsformen kann das CCA nach Bildung der Partikel als Teil einer Schale hinzugefügt werden. Die Verwendung eines CCA kann in Bezug auf die triboelektrischen Ladungseigenschaften eines Toners nützlich sein, da es die Bildgebungsgeschwindigkeit und -qualität des entstehenden Toners beeinflussen kann.
Geeignete Ladungskontrollmittel, die verwendet werden können, umfassen bei Ausführungsformen Metallkomplexe von Alkylderivaten von Säuren wie Salicylsäure, anderen Säuren wie Dicarboxylsäurederivate, Benzoesäure, Oxynaphthoesäure, Sulfonsäuren, andere Komplexe wie quaternäres Polyhydroxyalkanoatphosphoniumtrihalozinkat, Metallkomplexe von Dimethylsulfoxid, Kombinationen davon und dergleichen. Metalle, die bei der Bildung solcher Komplexe verwendet werden können, umfassen Zink, Mangan, Eisen, Calcium, Zirkonium, Aluminium, Chrom, Kombinationen davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Alkylgruppen, die bei der Bildung von Salicylsäurederivaten verwendet werden können, umfassen Methyl, Butyl, t-Butyl, Propyl, Hexyl, Kombinationen davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Beispiele für Ladungskontrollmittel umfassen jene, die im Handel als BONTRON^☐ E-84 und BONTRON^☐ E-88 (im Handel durch Orient Chemical erhältlich) erhältlich sind. BONTRON^☐ E-84 ist ein Zinkkomplex von 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure in Pulverform. BONTRON^☐ E-88 ist ein Gemisch aus Hydroxyaluminium-bis[2-hydroxy-3,5-di-tert-butylbenzoat] und 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure. Andere geeignete CCAs umfassen den Calciumkomplex von 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure, einen Zirkoniumkomplex von 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure und einen Aluminiumkomplex von 3,5-Di-tert-butylsalicylsäure, Kombinationen davon und dergleichen.
Wenn verwendet, kann das Ladungskontrollmittel in einer Menge von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% des Tonerpartikels, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% des Tonerpartikels und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-% der Tonerpartikel vorhanden sein.
Beim Emulsions-Aggregationsverfahren können die Reaktionsmittel in einen geeigneten Reaktion, beispielsweise in ein Mischgefäß, hinzugefügt werden. Das entstehende Gemisch aus Latex, wahlweise in einer Dispersion, CCA, wahlweise in Dispersion, optionaler Farbstoffdispersion, optionalem Wachs, optionalem Koagulans und optionalem Aggregationsmittel kann dann gerührt und auf eine Temperatur gleich oder höher als die Glasübergangstemperatur (Tg) des Latex, bei Ausführungsformen von ungefähr 30 °C bis ungefähr 70 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 40 °C bis ungefähr 65 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 45 °C bis ungefähr 60 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 0,2 h bis ungefähr 6 h, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,3 h bis ungefähr 5 h, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 3 h, erhitzt werden, wodurch Toneraggregate mit einem volumengemittelten Durchmesser von ungefähr 3 µm bis ungefähr 15 µm, bei Ausführungsformen von ungefähr 4 µm bis ungefähr 8 µm und bei Ausführungsformen von ungefähr 5 µm bis ungefähr 7 µm gebildet werden.
Bei Ausführungsformen kann eine Schale auf den aggregierten Partikeln gebildet werden. Jedes Latex, das oben zur Bildung des Kern-Latex angeführt ist, kann zur Bildung des Schale-Latex verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann ein Styrol-n-butylayrlatcopolymer verwendet werden, um das Schale-Latex zu bilden. Bei Ausführungsformen kann das zur Bildung der Schale verwendete Latex eine Glasübergangstemperatur im Bereich von ungefähr 35 °C bis ungefähr 75 °C und bei Ausführungsformen von ungefähr 40 ° bis ungefähr 70 °C aufweisen.
Wenn vorhanden, kann ein Schale-Latex mithilfe eines beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahrens aufgetragen werden, beispielsweise Eintauchen, Aufsprühen und dergleichen. Das Schale-Latex kann aufgetragen werden, bis die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht ist, bei Ausführungsformen von ungefähr 3 µm bis ungefähr 12 µm, bei anderen Ausführungsformen von ungefähr 4 µm bis ungefähr 8 µm und bei anderen Ausführungsformen von ungefähr 5 µm bis ungefähr 7 µm. Bei anderen Ausführungsformen können die Tonerpartikel mithilfe von angeimpfter semikontinuierlicher In-situ-Emulsionscopolymerisation des Latex hergestellt werden, wobei das Schale-Latex hinzugefügt wird, nachdem die aggregierten Partikel gebildet wurden.
Nachdem die gewünschte Endgröße der Tonerpartikel erreicht wurde, kann der pH-Wert des Gemischs mit einer Base auf einen Wert von ungefähr 3,5 bis ungefähr 7 und bei Ausführungsformen von ungefähr 4 bis ungefähr 6,5 eingestellt werden. Die Base kann jede geeignete Base umfassen, beispielsweise Alkalimetallhydroxide wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid. Das Alkalimetallhydroxid kann in Mengen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% des Gemischs und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 15 Gew.-% des Gemischs hinzugefügt werden.
Die Tonerpartikel können danach koalesziert werden. Das Koaleszieren kann das Rühren und Erhitzen bei einer Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 100 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 90 °C bis ungefähr 98 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 12 und bei Ausführungsformen von ungefähr 1 h bis ungefähr 6 h umfassen. Das Koaleszieren kann durch weiteres Rühren beschleunigt werden.
Der pH-Wert des Gemischs kann dann beispielsweise mit einer Säure auf ungefähr 3,5 bis ungefähr 6, bei Ausführungsformen ungefähr 3,7 bis ungefähr 5,5, gesenkt werden, um die Toneraggregate zu koaleszieren. Geeignete Säuren umfassen beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Zitronensäure oder Essigsäure. Die hinzugefügte Säuremenge kann sich auf ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Gew.-% des Gemischs und bei Ausführungsformen auf ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% des Gemischs belaufen.
Das Gemisch wird in einem Kühl- oder Gefrierschritt gekühlt. Das Kühlen kann bei einer Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 40 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 22 °C bis ungefähr 30 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 1 h bis ungefähr 8 h und bei Ausführungsformen von ungefähr 1,5 h bis ungefähr 5 h erfolgen.
Bei Ausführungsformen umfasst das Kühlen einer koaleszierten Toneraufschlämmung das Quenchen durch Zugabe eines Kühlmediums, beispielsweise Eis, Trockeneis und dergleichen, um eine schnelle Kühlung auf eine Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 40 °C und bei Ausführungsformen von ungefähr 22 °C bis ungefähr 30 °C zu bewirken. Das Quenchen kann für kleine Tonermengen umsetzbar sein, beispielsweise weniger als ungefähr 2 l und bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 l bis ungefähr 1,5 l. Bei größer angelegten Verfahren, beispielsweise mit mehr als ungefähr 10 l, kann eine schnelle Kühlung des Tonergemischs womöglich nicht umsetzbar oder praktisch sein, weder durch das Einbringen eines Kühlmediums in das Tonergemisch noch durch Mantelreaktorkühlung.
Nach dieser Kühlung kann die Aggregatsuspension auf eine Temperatur von oder über der Tg des Latex erhitzt werden. Wenn die Partikel eine Kern-Schale-Konfiguration aufweisen, kann das Erhitzen auf über die Tg des ersten Latex verwendet werden, um den Kern zu bilden, und über die Tg des zweiten Latex verwendet werden, um die Schale zu bilden, um das Schale-Latex mit dem Kern-Latex zu fusionieren. Bei Ausführungsformen kann die Aggregatsuspension auf eine Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 120 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 85 °C bis ungefähr 98 °C, über einen Zeitraum von ungefähr 1 h bis ungefähr 6 h, bei Ausführungsformen von ungefähr 2 h bis ungefähr 4 h, erhitzt werden.
Die Toneraufschlämmung kann dann gewaschen werden. Das Waschen kann bei einem pH-Wert von ungefähr 7 bis ungefähr 12 und bei Ausführungsformen bei einem pH-Wert von ungefähr 9 bis ungefähr 11 erfolgen. Das Waschen kann bei einer Temperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 70 °C und bei Ausführungsformen von ungefähr 40 °C bis ungefähr 67 °C erfolgen. Das Waschen kann das Filtern und erneute Aufschlämmen eines Filterkuchens, der Tonerpartikel enthält, in entionisiertem Wasser umfassen. Der Filterkuchen kann einmal oder mehrmals mit entionisiertem Wasser oder durch eine einzelne Waschung mit entionisiertem Wasser bei einem pH-Wert von ungefähr 4 gewaschen werden, wobei der pH-Wert der Aufschlämmung mit einer Säure eingestellt wird, worauf wahlweise eine oder mehrere Waschungen mit entionisiertem Wasser folgen. Bei Ausführungsformen können die Partikel ungefähr dreimal mit Wasser gewaschen werden.
Bei Ausführungsformen beispielsweise können Tonerpartikel in entionisiertem Wasser (40 °C) gewaschen, filtriert, unter HCl-Säurezugabe erneut aufgeschlämmt, filtriert und in frischem entionisiertem Wasser erneut aufgeschlämmt werden. Die Waschungen können fortgesetzt werden, bis die Lösungsleitfähigkeit des Filtrats als gering (weniger als 10 Mikrosiemens pro Zentimeter) gemessen wird, was indiziert, dass der Ionengehalt signifikant verringert ist und die Metallbehandlung, bei Ausführungsformen Zinkbehandlung, nicht beeinträchtigen wird.
Bei Ausführungsformen können die Partikel danach einem weiteren Waschschritt, der ein Metall in Lösung enthält, unterzogen werden, um deren Ladungscharakteristika zu verbessern. Durch Erhöhen der Menge gewisser metallbasierter Ladungsmittel, bei Ausführungsformen Zinksalicylat oder ähnliches Mittel, auf der Oberfläche eines Tonerpartikels kann die Ladung der Tonerpartikel gesteigert werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann somit ein Waschschritt, der ein solches Metall enthält, die Ladung der Tonerpartikel erhöhen.
Bei Ausführungsformen kann ein nasser Tonerkuchen in Wasser, bei Ausführungsformen entionisiertes Wasser, redispergiert und auf eine Temperatur von ungefähr 20 °C bis ungefähr 50 °C, bei Ausführungsformen von ungefähr 35 °C bis ungefähr 45 °C und bei anderen Ausführungsformen auf ungefähr 40 °C erhitzt werden, und eine Lösung, die ein metallbasiertes Ladungsmittel, bei Ausführungsformen Zinksalicylat, Chromsalicylat, Aluminiumsalicylat oder andere metallbasierte Ladungskontrollmittel, enthält, hinzugefügt und vermischt werden, so dass sich das Metallsalicylat an der Oberfläche der Tonerpartikel anhaftet. Geeignete Quelle für Metall-Ladungsmittel bei diesem Waschschritt können Zinkacetat, Zinkbutyrat, Zinkchlorat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Zinkcitrat, Zinkfluorid, Zinksalicylat, Aluminiumsalicylat, Zinkfluoridtetrahydrat, Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure, Aluminium-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure, Kombinationen davon und dergleichen umfassen. Das Metallion kann in Lösung bei einer Konzentration von ungefähr 0,01 % bis ungefähr 10 %, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 % bis ungefähr 3 %, vorliegen.
Die Waschung der Tonerpartikel mit der Metallionenlösung kann bei einer Temperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 50 °C erfolgen. Die Metallionenlösung, die bei Ausführungsformen Zink enthält, kann tropfenweise in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 120 Tropfen zur Aufschlämmung hinzugefügt werden. Die Metallionenlösung wird tropfenweise in einer Rate von ungefähr 1 Tropfen/min bis ungefähr 120 Tropfen/min, bei Ausführungsformen ungefähr 5 Tropfen/min bis ungefähr 100 Tropfen/min, bei Ausführungsformen ungefähr 10 Tropfen/min bis ungefähr 60 Tropfen/min, zur Aufschlämmung hinzugefügt und für einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 1,5 h, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,75 h bis ungefähr 1,25 h und bei Ausführungsformen von ungefähr 1 h gemischt. Während dieses Mischens wird die Aufschlämmung von ungefähr 20 °C auf ungefähr 60 °C, bei anderen Ausführungsformen von ungefähr 30 °C auf ungefähr 55 °C und bei weiteren Ausführungsformen von ungefähr 35 °C auf ungefähr 45 °C leicht erhitzt. Das Zink haftet sich auf kontrollierte Weise an der Toneroberfläche an, ohne dass ein Aggregieren der Partikel aneinander erfolgt.
Der behandelte Toner kann dann filtriert und in entionisiertem Wasser redispergiert und danach für ungefähr 48 h gefriertrocknet werden. Das Trocknen kann fortgesetzt werden, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Partikel ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% und bei Ausführungsformen ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,7 Gew.-% beträgt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung steigert die Zugabe eines Metallions wie Zink im Rahmen einer Endwaschung der Tonerpartikel nach Koaleszieren und anderen Waschungen, wie oben beschrieben, die negative Ladung der Partikel. Dieser Waschschritt kann alleine oder in Verbindung mit dem Inkorporieren eines CCA herangezogen werden. Es kann jedes geeignete CCA verwendet werden, einschließlich der oben beschriebenen. Bei Ausführungsformen kann ein CCA wie 3,5-Di-tert-buylsalicylsäure, Zink oder ein anderes Metallladungsmittel hinzugefügt werden, um die Ladung in allen Bereichen und die Lebensdauer des Toners zu verbessern.
Bei Ausführungsformen können die Toner der vorliegenden Offenbarung, die einer Waschung mit einem Metall, bei Ausführungsformen Zink, unterzogen wurden, eine triboelektrische Ladung von ungefähr –2 µC/g bis ungefähr –60 µC/g, bei Ausführungsformen von ungefähr –10 µC/g bis ungefähr –40 µC/g, aufweisen. Toner der vorliegenden Offenbarung können auch ein Ausgangstoner-Ladung/Masse-Verhältnis (Q/M) von ungefähr –3 µC/g bis ungefähr –35 µC/g und eine Endtonerladung nach Vermischung mit Oberflächenzusatzstoff(en) von –10 µC/g bis ungefähr –45 µC/g aufweisen.
Bei anderen Ausführungsformen können andere Metallquellen verwendet werden, um die triboelektrische Ladung der Tonerpartikel einzustellen. Bei Ausführungsformen beispielsweise können Calcium wie Calcium aus Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Bariumchlorid, Strontiumchlorid, Berylliumchlorid, Kombinationen davon und dergleichen statt Zink zur Waschung hinzugefügt werden, um dem Toner eine positivere Ladung zu verleihen. Das Waschen mit diesen Metallen kann gemäß den gleichen Verfahren erfolgen, wie sie oben in Bezug auf die Lösungen, die Zink enthalten, beschrieben sind. Toner, die einer Waschung mit einer Calciumverbindung ausgesetzt werden, können eine triboelektrische Ladung von ungefähr 1 µC/g bis ungefähr 60 µC/, bei Ausführungsformen von ungefähr 10 µC/g bis ungefähr 45 µC/g, aufweisen.
Weitere optionale Zusatzstoffe, die mit einem Toner kombiniert werden, umfassen einen beliebigen Zusatzstoff zur Verbesserung der Eigenschaften der Tonerzusammensetzungen. Davon umfasst sind Oberflächenzusatzstoffe, Farbverstärker etc. Oberflächenzusatzstoffe, die nach dem Waschen oder Trocknen zu den Tonerzusammensetzungen hinzugefügt werden können, umfassen beispielsweise Metallsalze, Metallsalze von Fettsäuren, kolloidale Siliciumdioxide, Metalloxide, Strontiumtitanate, Kombinationen davon und dergleichen, wobei die Zusatzstoffe für gewöhnlich in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Gew.-% des Toners, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 7 Gew.-% des Toners, vorhanden sind. Beispiele für solche Zusatzstoffe sind Zinkstearat und AEROSIL R972^®, erhältlich von Degussa. Beschichtete Siliciumdioxide können auch in Mengen von beispielsweise ungefähr 0,05 bis ungefähr 5 Gew.-% des Toners, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,1 bis ungefähr 2 Gew.-% des Toners, ausgewählt werden. Diese Zusatzstoffe können während der Aggregation hinzugefügt oder in das gebildete Tonerprodukt gemischt werden.
Tonerpartikel, die unter Verwendung eines Latex der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, können eine Größe von ungefähr 1 µm bis ungefähr 20 µm, bei Ausführungsformen von ungefähr 2 µm bis ungefähr 15 µm und bei Ausführungsformen von ungefähr 3 µm bis ungefähr 7 µm aufweisen. Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung können eine Kreisförmigkeit von ungefähr 0,9 bis ungefähr 0,99, bei Ausführungsformen von ungefähr 0,92 bis ungefähr 0,98, aufweisen.
Gemäß den Verfahren der vorliegenden Offenbarung können Tonerpartikel erhalten werden, die gegenüber herkömmlichen Tonern zahlreiche Vorteile aufweisen: (1) sie steigern die Stabilität der triboelektrischen Ladung der Partikel, wodurch Tonerdefekte verringert und Maschinenleistung verbessert werden; (2) sie erleichtern die Umsetzung, keine wesentlichen Änderungen an bestehenden Aggregations-/Koaleszierungsprozessen; und (3) sie steigern die Produktivität und senken die Einheitsherstellungskosten (UMC), indem sie die Produktionszeit verkürzen und den Nachbearbeitungsbedarf senken (Verbesserung der qualitativen Ausbeute).
Toner gemäß der vorliegenden Offenbarung können bei einer Vielzahl von Bildgebungsvorrichtung verwendet werden, einschließlich Druckern, Kopiergeräten und dergleichen. Die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Toner eignen sich ausgezeichnet für Bildgebungsverfahren, insbesondere xerographische Verfahren, und können qualitativ hochwertige Farbbilder mit ausgezeichneter Bildauflösung, annehmbarem Signal-Rausch-Verhältnis und Bildgleichmäßigkeit bereitstellen. Darüber hinaus können die Toner der vorliegenden Offenbarung für elektrophotographische Bildgebungs- und Druckprozesse wie digitale Bildgebungssysteme und -prozesse ausgewählt werden.
Entwicklerzusammensetzungen können durch Mischen der Toner, die mit den hier offenbarten Verfahren erhalten werden, mit bekannten Trägerpartikeln, einschließlich beschichteter Träger wie Stahl, Ferrite und dergleichen, hergestellt werden. Die Träger können zu ungefähr 2 Gew.-% des Toners bis ungefähr 8 Gew.-% des Toners, bei Ausführungsformen von ungefähr 4 Gew.-% des Toners bis ungefähr 6 Gew.-% des Toners, vorhanden sein. Die Trägerpartikel können auch einen Kern umfassen, der mit Polymer, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), beschichtet ist und in dem eine leitfähige Komponente wie leitfähiger Ruß dispergiert ist. Trägerbeschichtungen umfassen Silikonharze wie Methylsilsequioxane, Fluorpolymere wie Polyvinylidienfluorid, Mischungen von Harzen, die nicht in engster Nähe der triboelektrischen Reihe sind, beispielsweise Polyvinylidienfluorid und Acryle, wärmeaushärtbare Harze wie Acryle, Kombinationen davon und andere bekannte Komponenten.
Die Entwicklung kann durch Weißschreiben (Discharged Area Development) erfolgen. Beim Weißschreiben wird ein Photorezeptor geladen und danach werden die zu entwickelten Bereiche entladen. Die Entwicklungsfelder und die Tonerladungen sind derart, dass der Toner von den geladenen Bereichen am Photorezeptor abgestoßen und in die entladenen Bereiche angezogen wird. Dieser Entwicklungsprozess wird bei Laserscannern verwendet.
Die Entwicklung kann unter Verwendung des Magnetbürstenentwicklungsverfahrens erzielt werden. Dieses Verfahren umfasst das Befördern eines Entwicklermaterials, das Toner der vorliegenden Offenbarung und magnetische Trägerpartikel enthält, mithilfe eines Magneten. Das Magnetfeld des Magneten bewirkt eine Ausrichtung der magnetischen Träger in bürstenähnlicher Konfiguration, und diese "Magnetbürste" wird mit der elektrostatischen Oberfläche des Photorezeptors, die das Bild aufweist, in Kontakt gebracht. Die Tonerpartikel werden durch elektrostatische Anziehung in die entladenen Bereiche des Photorezeptors von der Bürste auf das elektrostatische Bild gezogen, wodurch die Entwicklung des Bildes entsteht. Bei Ausführungsformen wird das Verfahren mit der leitfähigen Magnetbürste herangezogen, wobei der Entwickler leitfähige Trägerpartikel enthält und in der Lage ist, einen elektrischen Strom zwischen dem vorgespannten Magnet über die Trägerpartikel zum Photorezeptor zu leiten.
Bildgebungsverfahren werden bei den hier offenbarten Tonern ebenfalls in Betracht gezogen. Der Bildgebungsprozess umfasst das Erzeugen eines Bildes in einer elektronischen Magnetschriftzeichendruckvorrichtung und danach das Entwickeln des Bildes mit einer Tonerzusammensetzung der vorliegenden Offenbarung. Die Bildung und Entwicklung von Bildern an der Oberfläche von photoleitfähigen Materialien durch elektrostatische Mittel ist hinlänglich bekannt. Das grundlegende xerographische Verfahren umfasst das Platzieren einer einheitlichen elektrostatischen Ladung auf einer photoleitfähigen Isolierschicht, das Exponieren der Schicht gegenüber einem Licht- und Schattenbild, um die Ladung auf der lichtexponierten Bereiche der Schicht abzuleiten, und das Entwickeln des entstehenden verborgenen elektrostatischen Bildes durch Ablagern auf eines fein geteilten elektroskopischen Materials, beispielsweise Toner, auf das Bild. Der Toner wird für gewöhnlich in jene Bereiche der Schicht gezogen, die eine Ladung halten, wodurch ein Tonerbild entsprechend dem verborgenen elektrostatischen Bild gebildet wird. Dieses pulverförmige Bild kann dann auf eine Trägerfläche übertragen werden, beispielsweise Papier. Das übertragene Bild kann dann mittels Hitze permanent auf der Trägerfläche fixiert werden. Statt der Bildung eines verborgenen Bildes durch einheitliches Laden der photoleitfähigen Schicht und danach Exponieren der Schicht gegenüber einem Licht- und Schattenbild, kann man das verborgene Bild durch direktes Laden der Schicht in Bildkonfiguration bilden. Danach kann das pulverförmige Bild an der photoleitfähigen Schicht fixiert werden, wodurch die Übertragung des pulverförmigen Bildes entfällt. Andere geeignete Fixiermittel wie Lösungsmittel- oder Überschichtungsbehandlung können den vorstehenden Hitzefixierungsschritt ersetzen.
Beispiel 1: Waschung mit 0,8 % Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylat
Im Endwaschschritt wurde 0,8 % Gew./Gew. 3,5-Ditertiärbutylsalicylsäure durch Natriumhydroxid eingestellt, um in der wässrigen Lösung zu solubilisieren. Das 0,8 % 3,5-Ditertiärbutylsalicylat wurde tropfenweise zur 14 % Aufschlämmung hinzugefügt. Nach mehrminütigem Mischen wurde eine gleiche Menge an Zinkchloridlösung zur Aufschlämmung hinzugefügt, und die Aufschlämmung wurde für weitere 40 min vermischt. Nach Salzzugabe wurde in der Aufschlämmung eine leichte Viskositätssteigerung beobachtet. Nach dem Mischen wurde die Aufschlämmung auf übliche Weise gesiebt, gewaschen und getrocknet, danach wurden Zusatzstoffe auf die Oberfläche gemischt, um Fließ- und weitere Ladungseigenschaften zu verbessern.
Beispiel 2: Waschung mit 0,4 % Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylat
Im Endwaschschritt wurde 0,4 % Gew./Gew. 3,5-Ditertiärbutylsalicylsäure durch Natriumhydroxid eingestellt, um in der wässrigen Lösung zu solubilisieren. Das 0,4 % 3,5-Ditertiärbutylsalicylat wurde tropfenweise zur 14 % Aufschlämmung hinzugefügt. Nach mehrminütigem Mischen wurde eine gleiche Menge an Zinkchloridlösung zur Aufschlämmung hinzugefügt, und die Aufschlämmung wurde für weitere 40 min vermischt. Nach Salzzugabe wurde in der Aufschlämmung eine geringere Viskositätssteigerung als bei 0,8 % beobachtet. Nach dem Mischen wurde die Aufschlämmung auf übliche Weise gesiebt, gewaschen und getrocknet, danach wurden Zusatzstoffe auf die Oberfläche gemischt, um Fließ- und weitere Ladungseigenschaften zu verbessern.
Beispiel 3: Waschung mit 1 % Zinksalicylat
Im Endwaschschritt wurde 1 % Gew./Gew. Salicylsäure durch 0,5 % Natriumhydroxid eingestellt, um in der wässrigen Lösung zu solubilisieren. 1 % Salicylat wurde tropfenweise zur 14 % Aufschlämmung hinzugefügt. Nach mehrminütigem Mischen wurde 1 %-Zinkchloridlösung zur Aufschlämmung hinzugefügt, und die Aufschlämmung wurde für weitere 50 min vermischt. Nach dem Mischen wurde die Aufschlämmung auf übliche Weise gesiebt, gewaschen und getrocknet, danach wurden Zusatzstoffe auf die Oberfläche gemischt, um Fließ- und weitere Ladungseigenschaften zu verbessern. Es wurde beobachtet, dass sich das Oberflächenzink nach diesem Versuch auf 10.000 ppm belief. Ein weiterer Versuch wurde unter Verwendung von 0,3 % Zinksalicylat durchgeführt, wobei verringerte Oberflächenzinkmengen beobachtet wurden.
Beispiel 4: Waschung mit 1 % Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure
Im Endwaschschritt wurde 1 % Gew.-/Gew. Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure in 75 % Ethanol aufgelöst und für mehrere Minuten gemischt. Dieses Gemisch wurde zur Aufschlämmung hinzugefügt und bei erhöhter Temperatur (40 °C) für 50 min vermischt. Nach dem Mischen wurde die Aufschlämmung auf übliche Weise gesiebt, gewaschen und getrocknet, danach wurden Zusatzstoffe auf die Oberfläche gemischt, um Fließ- und weitere Ladungseigenschaften zu verbessern.

Claims

Verfahren zur Tonerherstellung, umfassend: Hinzufügen eines optionalen Farbstoffs und eines optionalen Wachses zu einer Emulsion, die zumindest ein Harz umfasst, um Partikel zu bilden; Aggregieren der Partikel, um aggregierte Partikel zu bilden; Koaleszieren der aggregierten Partikel, um Tonerpartikel zu bilden; Waschen der Tonerpartikel mit einer Lösung, die ein Metallion enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink, Chrom, Aluminium, Calcium, Magnesium, Barium, Strontium, Beryllium und Kombinationen davon; und Gewinnen der Tonerpartikel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lösung Metallione enthält, die durch eine Verbindung bereitgestellt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinkacetat, Zinkbutyrat, Zinkchlorat, Zinkchlorid, Zinkbromid, Zinkcitrat, Zinkfluoird, Zinksalicylat, Zinkfluoridtetrahydrat, Aluminiumsalicylat, Zink-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure, Aluminium-3,5-ditertiärbutylsalicylsäure und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Tonerpartikel eine triboelektrische Ladung von ungefähr –2 µ/C/g bis ungefähr –60 µC/g aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lösung Metallione enthält, die durch eine Verbindung bereitgestellt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Bariumchlorid, Strontiumchlorid, Berylliumchlorid und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Tonerpartikel eine triboelektrische Ladung von ungefähr 1 µ/C/g bis ungefähr 60 µC/g aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Waschen der Tonerpartikel bei einer Temperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 50 °C erfolgt, wobei die Lösung, die die Metallione enthält, in einer Menge von ungefähr 1 Tropfen bis ungefähr 120 Tropfen hinzugefügt wird, und wobei das Waschen ferner das Mischen bei einer Rate von ungefähr 100 U/min bis ungefähr 300 U/min für einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 1,5 h umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Inkontaktbringen der Tonerpartikel mit zumindest einem Ladungskontrollmittel in Lösung während des Waschschritts.
Verfahren zur Tonerherstellung, umfassend: Hinzufügen eines Farbstoffs, eines optionales Wachses, eines optionalen Ladungskontrollmittels und eines Aggregationsmittels zu einer Emulsion, die zumindest ein Harz umfasst, um Partikel zu bilden; Aggregieren der Partikel, um aggregierte Partikel zu bilden; Koaleszieren der aggregierten Partikel, um Tonerpartikel zu bilden; Waschen der Tonerpartikel zumindest einmal mit entionisiertem Wasser; Waschen der Tonerpartikel mit einer Lösung, die ein Metallion enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink, Calcium, Chrom, Aluminium, Magnesium, Barium, Strontium, Beryllium und Kombinationen davon, wobei die Lösung das Metallion in einer Konzentration von ungefähr 0,01 % bis ungefähr 10 % enthält; und Gewinnen der Tonerpartikel.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Waschen der Tonerpartikel bei einer Temperatur von ungefähr 30 °C bis ungefähr 50 °C erfolgt, wobei die Lösung, die die Metallione enthält, in einer Rate von ungefähr 1 Tropfen/min bis ungefähr 120 Tropfen/min hinzugefügt wird, und wobei das Waschen ferner das Mischen bei einer Rate von ungefähr 100 U/min bis ungefähr 300 U/min für einen Zeitraum von ungefähr 0,5 h bis ungefähr 1,5 h umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Inkontaktbringen der Tonerpartikel mit zumindest einem Ladungskontrollmittel, wobei die Tonerpartikel eine Kern-Schale-Konfiguration aufweisen, und wobei das Ladungskontrollmittel im Kern, in der Schale oder in beidem vorhanden ist.