DE102011006206B4

DE102011006206B4 - Verfahren zur herstellung von tonerzusammensetzungen

Info

Publication number: DE102011006206B4
Application number: DE102011006206.8A
Authority: DE
Inventors: Kimberley D. Nosella; Karen A. Moffat; Valerie M. Farrugia; Allan K. Chen; Cuong Vong; Richard P N. Veregin; Daryl W. Vanbesien
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2011221523A; US8431318B2; DE102011006206A1; CA2735576A1; JP5918929B2; US20110250535A1; CA2735576C

Abstract

Verfahren, umfassend die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge:
In-Kontakt-Bringen mindestens eines Polyesterharzes mit mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion;
das Aggregieren der kleinen Partikel;
Zugabe einer Metallverbindung, die ein Metall wie z. B. Kupfer, Eisen und Legierungen davon umfasst, zu den kleinen Partikeln;
Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln; und Gewinnung der Tonerpartikel,
wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer aufweisen.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren, die bei der Schaffung von Toner von Nutzen sind, die für elektrophotographische Geräte, einschließlich digitaler, Bild-auf-Bild-(image-onimage) und ähnlicher Geräte geeignet sind.
Vor kurzem wurde gezeigt, dass Tonermischungen, die kristalline oder halbkristalline Polyesterharze zusammen mit einem amorphen Harz enthalten, ein sehr wünschenswertes ultraniedriges Schmelzfixieren bieten, was sowohl für Hochgeschwindigkeitsdrucken als auch für einen geringeren Stromverbrauch des Fixierers wichtig ist. Es wurde gezeigt, dass diese Arten von kristalline Polyester enthaltenden Tonern sowohl für Emulsion-Aggregation(EA)-Toner als auch in herkömmlichen Tintenstrahltonern geeignet sind. Kombinationen aus amorphen und kristallinen Polyester können Toner mit relativ niedrigen Schmelzpunkteigenschaften versehen (die gelegentlich als niedrig schmelzend, ultraniedrig schmelzend oder ULM (ultra low melt) bezeichnet werden), was ein energieeffizienteres und schnelleres Drucken ermöglicht.
Die Entwicklung von hochpigmentierten Toner kann sich auf das Tonerbildungsverfahren auswirken, wobei Schwierigkeiten aus der Bildung von Tonerpartikeln mit einer gewünschten Größe und Form entstehen.
US 2010/0055598 A1 betrifft Tonerpartikel, welche ein Gel enthalten. (1) offenbart weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Tonerpartikel, umfassend den Schritt des Kontaktierens mindestens eines amorphen Polyesterharzes mit mindestens einem kristallinen Polyesterharz in einer Emulsion, welche mindestens ein oberflächenaktives Mittel umfasst, gefolgt von Kontaktieren der Emulsion mit einem optionalen Farbmittel und einem optionalem Wachs, Kontaktieren der Emulsion mit einem Gel, welches ein vernetztes Polymer umfasst, um kleine Partikel zu bilden, Aggregieren der kleinen Partikel, um größere Aggregate zu erhalten, Koaleszieren der größeren Aggregate und Bilden Abtrennen von Tonerpartikeln.
EP 2159644 A1 betrifft ein Verfahren, umfassend den Schritt des Kontaktierens mindestens eines amorphen Harzes mit mindestens einem kristallinen Harz in einer Dispersion, welche mindestens ein oberflächenaktives Mittel umfasst, Kontaktieren der Dispersion mit einem optionalen Farbmittel, mindestens einem oberflächenaktiven Mittel und einem optionalen Wachs, um kleine Partikel zu formen, Aggregieren der kleinen Partikel, Kontaktieren der kleinen Partikel mit einem Polyesterwachs, um eine Hülle über den kleinen Partikeln zu formen, Koaleszieren der kleinen Partikel mit der Hülle, um Tonerpartikel zu formen, und Abtrennen der Tonerpartikel.
US 2007/0243478 A1 offenbart einen Toner für die elektrostatische Bildentwicklung, wobei der Toner spezielle Amidester umfasst.
Verbesserte Verfahren für die Herstellung von Toner bleiben wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung schafft Verfahren zur Herstellung von Toner sowie die dadurch hergestellten Toner. In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren der vorliegenden Offenbarung die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge: das In-Kontakt-Bringen mindestens eines Polyesterharzes mit mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion, das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer ein Metall wie z. B. Kupfer, Eisen und Legierungen davon umfassenden Metallverbindung zu den kleinen Partikeln, Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln und Gewinnung der Tonerpartikel, wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer umfassen.
In weiteren Ausführungsformen kann ein Verfahren der vorliegenden Offenbarung das In-Kontakt-Bringen mindestens eines amorphen Harzes mit mindestens einem kristallinen Harz, mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion, das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer Metallverbindung, die Nitrate, Sulfate, Halogenide, Acetate, Phosphate, Oxide, Hydroxide, Carbonate und Kombinationen davon eines Metalls wie z. B. Kupfer, Eisen und Legierungen davon umfasst, zu den kleinen Partikeln, Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln und Gewinnung der Tonerpartikel, wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer umfassen.
In weiteren Ausführungsformen kann ein Verfahren der vorliegenden Offenbarung das In-Kontakt-Bringen mindestens eines amorphen Harzes mit mindestens einem kristallinen Harz, mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion, das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer Metallverbindung, die Nitrate, Sulfate, Halogenide, Acetate, Phosphate, Oxide, Hydroxide, Carbonate und Kombinationen davon eines Metalls wie z. B. Kupfer, Eisen und Legierungen davon umfasst, zu den kleinen Partikeln, Koaleszieren der aggregierten Partikel über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 5 Stunden zur Bildung von Tonerpartikeln, und Gewinnung der Tonerpartikel umfassen, wobei das Farbmittel Farbstoffe, Pigmente, Kombinationen von Farbstoffen, Kombinationen von Pigmenten und Kombinationen von Farbstoffen und Pigmenten umfasst, die einer Menge von 4 Prozent bis 40 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sind, und wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer und eine Rundheit von 0,95 bis 0,998 aufweisen.
In Ausführungsformen können die Tonerpartikel dann auf ein Substrat aufgebracht werden und auf dem Substrat schmelzfixiert werden, wobei ein Bild erzeugt wird, wobei der Toner eine Tonerlagenhöhe von 0,5 Mikrometer bis 7 Mikrometer aufweist.
Figurenliste
Im Folgenden werden hier nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei:

1 die Erzeugung eines Bildes mit einem Toner der vorliegenden Offenbarung (1b) verglichen mit einem gebräuchlichen Toner (1A) zeigt;
2 eine Graphik ist, welche die für Tonerpartikel erhaltene Rundheit als eine Funktion der Zeit während der Koaleszenz für Polyester-EA-Toners zeigt, die in den verschiedenen Beispielen erzeugt wurden;
3 eine Graphik ist, welche die Aufladungsergebnisse zeigt, die für die Toner aus den Beispielen erhalten wurden; und
4 eine Graphik ist, welche die Aufladungsergebnisse zeigt, die für einen käuflich erhältlichen magentafarbenen Toner erhalten wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Offenbarung schafft Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln, welche die durch die Bildung von hochpigmentierten Partikeln entstehenden Probleme vermeiden kann. In Ausführungsformen kann eine Übergangsmetallverbindung, die als Pulver und/oder als ein Übergangsmetallsalz vorliegen kann, während einer Emulsion-Aggratationsynthese zur Erleichterung einer raschen Koaleszenz der Tonerpartikel zu den Tonerpartikeln gegeben werden, wobei die Tonerpartikel ein hohes Maß an Rundheit aufweisen.
Toner der vorliegenden Offenbarung können ein Latexharz in Kombination mit einem Pigment umfassen. Auch wenn das Latexharz mittels eines beliebigen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs von Fachleuten auf dem Gebiet herstellbar ist, kann das Latexharz in Ausführungsformen mittels Emulsionspolymerisationsverfahren, einschließlich halbkontinuierlicher Emulsionspolymerisation hergestellt werden und der Toner kann Emulsion-Aggregation-Toner umfassen. Emulsion-Aggregation umfasst die Aggregation von submikrometergroßem Latex sowie Farbmittelpartikeln zu Partikeln in Tonergröße, wobei das Wachstum der Partikelgröße zum Beispiel in Ausführungsformen von 0,1 Mikrometer bis 15 Mikrometer reicht.
Harze
In den Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann ein beliebiges Tonerharz eingesetzt werden. Solche Harze können ihrerseits aus einem beliebigen, geeigneten Monomer oder aus beliebigen, geeigneten Monomeren mittels geeigneter Polymerisationsverfahren hergestellt werden. Das Harz kann in Ausführungsformen mit einem anderen Verfahren als Emulsionspolymerisation hergestellt werden. In weiteren Ausführungsformen kann das Harz mittels Kondensationspolymerisation hergestellt werden.
Die Tonerzusammensetzung der vorliegenden Offenbarung umfasst in Ausführungsformen ein amorphes Harz. Das amorphe Harz kann linear oder verzweigt sein. In Ausführungsformen kann das amorphe Polyesterharz mindestens ein amorphes Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht sein. Die amorphen Polyesterharze mit niedrigem Molekulargewicht, die von einer Vielzahl an Quellen erhältlich sind, können verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, zum Beispiel von 30°C bis 120°C, in Ausführungsformen von 75°C bis 115°C, in Ausführungsformen von 100°C bis 110°C und/oder in Ausführungsformen von 104°C bis 108°C. Wie hierin verwendet, weist das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht ein mittels GelPermeationschromatographie (GPC) gemessenes, zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von zum Beispiel 1.000 bis 10.000, in Ausführungsformen von 2.000 bis 8.000, in Ausführungsformen von 3.000 bis 7.000 und in Ausführungsformen von 4.000 bis 6.000 auf. Das mittels GPC unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmte, gewichtsgemittelte Molekulargewicht (M_w) des Harzes beträgt 50.000 oder weniger, zum Beispiel in Ausführungsformen von 2.000 bis 50.000, in Ausführungsformen von 3.000 bis 40.000, in Ausführungsformen von 10.000 bis 30.000 und in Ausführungsformen von 18.000 bis 21.000. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des amorphen Harzes mit niedrigem Molekulargewicht beträgt zum Beispiel von 2 bis 6, in Ausführungsformen von 3 bis 4. Das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht kann einen Säurewert von 8 bis 20 mg KOH/g, in Ausführungsformen von 9 bis 16 mg KOH/g und in Ausführungsformen von 10 bis 14 mg KOH/g aufweisen.
Beispiele für lineare amorphe Polyesterharze, die verwendet werden können, umfassen Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-co-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-co-fumarat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-A-co-fumarat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-A-co-ethoxyliertes Bisphenol-A-co-fumarat), Poly(1,2-propylenfumarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-co-maleat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-co-maleat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-A-co-maleat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-A-co-ethoxyliertes Bisphenol-A-co-maleat), Po1y(1,2-propylenmaleat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-co-itaconat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-co-itaconat), Poly(butyloxyliertes Bisphenol-A-co-itaconat), Poly(co-propoxyliertes Bisphenol-A-co-ethoxyliertes Bisphenol-A-co-itaconat), Poly(1,2-propylenitaconat) sowie Kombinationen davon.
In Ausführungsformen kann ein geeignetes, lineares amorphes Polyesterharz ein Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-co-fumarat)-Harz mit der folgenden Formel (I) sein:
in der m von 5 bis 1000 sein kann.
Ein Beispiel für ein lineares propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat-Harz, das als ein Latexharz verwendet werden kann, ist unter dem Handelsnamen SPARII™ von Resana S/A Industrias Quimicas, Sao Paulo, Brasilien erhältlich. Weitere geeignete lineare Harze umfassen die in US 4,533,614 A , US 4,957,774 A und US 4,533,614 A beschriebenen, die lineare Polyesterharze sein können, einschließlich solcher mit Terephthalsäure, Dodecylbernsteinsäure, Trimellithsäure, Fumarsäure und alkoxyliertem Bisphenol A, wie zum Beispiel Bisphenol-A-Ethylenoxid-Addukte und Bisphenol-A-Propylenoxid-Addukte. Weitere propoxylierte Bisphenol-A-Terephthalat-Harze, die verwendet werden können und käuflich erhältlich sind, umfassen GTU-FC115, das käuflich von der Kao Corporation, Japan erhältlich ist, und dergleichen.
In Ausführungsformen kann das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht ein gesättigtes oder ungesättigtes amorphes Polyesterharz sein. Erläuternde Beispiele für gesättigte und ungesättigte amorphe Polyesterharze, die für das Verfahren und die Partikel der vorliegenden Offenbarung ausgewählt werden können, umfassen beliebige der verschiedenen amorphen Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polypentylenterephthalat, Polyhexalenterephthalat, Polyheptadenterephthalat, Polyoctalenterephthalat, Polyethylenisophthalat, Polypropylenisophthalat, Polybutylenisophthalat, Polypentylenisophthalat, Polyhexalenisophthalat, Polyheptadenisophthalat, Polyoctalenisophthalat, Polyethylensebacat, Polypropylensebacat, Polybutylensebacat, Polyethylenadipat, Polypropylenadipat, Polybutylenadipat, Polypentylenadipat, Polyhexalenadipat, Polyheptadenadipat, Polyoctalenadipat, Polyethylenglutarat, Polypropylenglutarat, Polybutylenglutarat, Polypentylenglutarat, Polyhexalenglutarat, Polyheptadenglutarat, Polyoctalenglutarat Polyethylenpimelat, Polypropylenpimelat, Polybutylenpimelat, Polypentylenpimelat, Polyhexalenpimelat, Polyheptadenpimelat, Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-fumarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-succinat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-adipat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-glutarat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-terephthalat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-isophthalat), Poly(ethoxyliertes Bisphenol-A-dodecenylsuccinat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-succinat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-adipat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-glutarat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-terephthalat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-isophthalat), Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-dodecenylsuccinat), SPAR (Dixie Chemicals), BECKOSOL (Reichhold Inc), ARAKOTE (Ciba-Geigy Corporation), HETRON (Ashland Chemical), PARAPLEX (Rohm & Haas), POLYLITE (Reichhold Inc), PLASTHALL (Rahm & Haas), CYGAL (American Cyanamide), ARMCO (Armco Composites), ARPOL (Ashland Chemical), CELANEX (Celanese Eng), RYNITE (DuPont), STYPOL (Freeman Chemical Corporation) sowie Kombinationen davon. Die Harze können, wenn gewünscht, auch funktionalisiert sein, wie z. B. carboxyliert, sulfoniert oder dergleichen und insbesondere natriumsulfoniert.
Die linearen amorphen Polyesterharze mit niedrigem Molekulargewicht werden im Allgemeinen durch Polykondensation eines organischen Diols, einer Dicarbonsäure oder eines Dicarbonsäureesters und eines Polykondensationskatalysators hergestellt. Das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht ist in der Tonerzusammensetzung im Allgemeinen in verschiedenen geeigneten Mengen vorhanden, wie z. B. von 60 bis 90 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 50 bis 65 Gewichtsprozent des Toners oder der Feststoffe. Beispiele für organische Diole, die für die Herstellung von Harzen mit niedrigem Molekulargewicht ausgewählt werden, umfassen aliphatische Diole mit von 2 bis 36 Kohlenstoffatomen, wie z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und dergleichen, sowie aliphatische Alkalisulfodiole wie z. B. Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol, Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol, Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol, Mischungen davon und dergleichen. Das aliphatische Diol wird zum Beispiel in einer Menge von 45 bis 50 Molprozent des Harzes gewählt, und das aliphatische Alkalisulfodiol kann in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent des Harzes gewählt werden. Beispiel für Dicarbonsäuren oder Dicarbonsäureester, die zur Herstellung des amorphen Polyesters mit niedrigem Molekulargewicht ausgewählt werden, umfassen Dicarbonsäuren oder Diester, wie z. B. Terephthalsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäure, Dadecylbernsteinsäureanhydrid, Dodecenylbernsteinsäure, Dodecenylbernsteinsäureanhydrid, Glutarsäure, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat, Dimethylisophthalat, Diethylisophthalat, Dimethylphthalat, Phthalsäureanhydrid, Diethylphthalat, Dimethylsuccinat, Dimethylfumarat, Dimethylmaleat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Dimethyldodecylsuccinat, Dimethyldodecenylsuccinat sowie Mischungen davon. Die organische Dicarbonsäure oder der Diester wird zum Beispiel von 45 bis 52 Molprozent des Harzes ausgewählt. Beispiele für geeignete Polykondensationskatalysatoren für entweder den amorphen Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht umfassen Tetraalkyltitanate, Dialkylzinnoxid wie z. B. Dibutylzinnoxid, Tetraalkylzinnverbindungen wie z. B. Dibutylzinndilaurat und Dialkylzinnoxid-hydroxide wie z. B. Butylzinnoxid-hydroxid, Aluminiumalkoxide, Alkylzink, Dialkylzink, Zinkoxid, Zinn(II)-oxid oder Mischungen davon, und diese Katalysatoren können basierend auf der für die Erzeugung des Polyesterharzes verwendeten Ausgangsdicarbonsäure oder dem Ausgangsdiester in Mengen von zum Beispiel 0,01 Molprozent bis 5 Molprozent verwendet werden.
Das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht kann ein verzweigtes Harz sein. Wie hierin verwendet, umfassen die Begriffe „verzweigt“ oder „verzweigend“ verzweigte Harze und/oder vernetzte Harze. Verzweigungsmittel zur Verwendung bei der Bildung dieser verzweigten Harze umfassen zum Beispiel eine mehrwertige Polycarbonsäure wie z. B. 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,2,4-Cyclohexantricarbonsäure, 2,5,7-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,5-Hexantricarbonsäure, 1,3-Dicarboxyl-2-methyl-2-methylencarboxylpropan, Tetra(methylencarboxyl)methan und 1,2,7,8-Octantetracarbonsäure, deren Säureanhydride und deren niedere Alkylester mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen; ein mehrwertiges Polyol wie z. B. Sorbit, 1,2,3,6-Hexantetrol, 1,4-Sorbitan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Tripentaerythrit, Saccharose, 1,2,4-Butantriol, 1,2,5-Pentatriol, Glycerin, 2-Methylpropantriol, 2-Methyl-1,2,4-butantriol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,3,5-Trihydroxymethylbenzol, Mischungen davon und dergleichen. Die Menge an Verzweigungsmittel wird zum Beispiel von 0,1 bis 5 Molprozent des Harzes ausgewählt.
Lineare oder verzweige ungesättigte Polyester, die für die in-Situ-Vorreaktionen zwischen sowohl gesättigten als auch ungesättigten Dicarbonsäuren (oder Anhydriden) und zweiwertigen Alkoholen (Glykolen oder Diolen) ausgewählt werden. Die resultierenden ungesättigten Polyester sind an zwei Fronten reaktiv (zum Beispiel versetzbar): (i) an den ungesättigten Stellen (Doppelbindungen) entlang der Polyesterkette, und (ii) an den funktionellen Gruppen wie Carboxyl-, Hydroxylgruppen und dergleichen, die für Säure-Base-Reaktion zugänglich sind. Typische ungesättigte Polyesterharze werden durch Schmelzpolykondensation oder andere Polymerisationsprozesse unter Verwendung von Dicarbonsäuren und/oder Anhydriden und Diolen hergestellt.
In Ausführungsformen kann das amorphe Polyesterharz mit niedrigem Molekulargewicht oder eine Kombination aus amorphen Polyesterharzen mit niedrigem Molekulargewicht eine Glasübergangstemperatur von 30°C bis 80°C, in Ausführungsformen von 35°C bis 70°C aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können die kombinierten Harze eine Schmelzviskosität bei 130°C von 10 bis 1.000.000 Pa s, in Ausführungsformen von 50 bis 100.000 Pa s aufweisen.
Die zur Herstellung der gewählten amorphen Polyesterharze verwendeten Monomere sind nicht eingeschränkt und die verwendeten Moleküle können ein oder mehrere beliebige aus zum Beispiel Ethylen, Propylen und dergleichen umfassen. Zur Kontrolle der Molekulargewichtseigenschaften des Polyesters können bekannte Kettenübertragungsmittel, zum Beispiel Dodecanthiol oder Kohlenstofftetrabromid, eingesetzt werden. Jedes geeignete Verfahren zur Bildung des amorphen oder kristallinen Polyesters aus den Monomeren kann ohne Einschränkung verwendet werden.
Die Menge des amorphen Polyesterharzes mit niedrigem Molekulargewicht in einem Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung, ob nun im Kern, einer beliebigen Schale oder in beiden, kann in einer Menge von 25 bis 50 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 30 bis 45 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen von 35 bis 43 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein (das heißt Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe und Wasser).
Die Tonerzusammensetzung kann in Ausführungsformen mindestens ein kristallines Harz umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich „kristallin“ auf einen Polyester mit einer dreidimensionalen Ordnung. „Halbkristalline Harze“ wie hierin verwendet, beziehen sich auf Harze mit einem kristallinen Anteil von zum Beispiel 10 bis 90%, in Ausführungsformen von 12 bis 70%. Des Weiteren umfassen „kristalline Polyesterharze“ und „kristalline Harze“ hier im Folgenden sowohl kristalline Harze als auch halbkristalline Harze, sofern nicht anders angegeben.
In Ausführungsformen ist das kristalline Polyesterharz ein gesättigtes kristallines Polyesterharz oder ein ungesättigtes kristallines Polyesterharz.
Die kristallinen Polyesterharze, die von einer Vielzahl an Quellen erhältlich sind, können verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, zum Beispiel von 30°C bis 120°C, in Ausführungsformen von 50°C bis 90°C. Die kristallinen Harze können ein mittels GelPermeationschromatographie (GPC) gemessenes, zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von zum Beispiel 1.000 bis 50.000, in Ausführungsformen von 2.000 bis 25.000, in Ausführungsformen von 1000 bis 15.000 und in Ausführungsformen von 6,000 bis 12.000 aufweisen. Das mittels GPC unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmte gewichtsgemittelte Molekulargewicht (M_w) des Harzes beträgt 50.000 oder weniger, zum Beispiel von 2.000 bis 50.000, in Ausführungsformen von 3.000 bis 40.000, in Ausführungsformen von 10.000 bis 30.000 und in Ausführungsformen von 21.000 bis 24.000. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des kristallinen Harzes beträgt zum Beispiel von 2 bis 6, in Ausführungsformen von 3 bis 4. Die kristallinen Polyesterharze können eine Säurezahl von 2 bis 20 mg KOH/g, in Ausführungsformen von 5 bis 15 mg KOH/g und in Ausführungsformen von 8 bis 13 mg KOH/g aufweisen. Die Säurezahl (oder Neutralisierungszahl) ist die Menge an Kaliumhydroxid (KOH) in Milligramm, die zur Neutralisierung von einem Gramm des kristallinen Polyesterharzes erforderlich ist. Erläuternde Beispiele für kristalline Polyesterharze können beliebige der verschiedenen kristallinen Polyester umfassen, wie z. B. Poly(ethylenadipat), Poly(propylenadipat), Poly(butylenadipat), Poly(pentylenadipat), Poly(hexylenadipat), Poly(octylenadipat), Poly(ethylensuccinat), Poly(propylensuccinat), Poly(butylensuccinat), Poly(pentylensuccinat), Poly(hexylensuecinat), Poly(octylensuccinat), Poly(ethylensebaeat), Poly(propylensebacat), Poly(butylensebacat), Poly(pentylensebacat), Poly(hexylensebacat), Poly(octylensebacat), Poly(nonylensebacat), Poly(decylensebacat), Poly(undecylensebacat), Poly(dodecylensebacat), Poly(ethylendodecandioat), Poly(propylendodecandioat), Poly(butylendodecandioat), Poly(pentylendodecandioat), Poly(hexylendodecandioat), Po1y(octylendodecandioat), Poly(nonylendodecandioat), Poly(decylendodecandioat), Poly(undecylendodecandioat), Poly(dodecylendodecandioat), Poly(ethylenfumarat), Poly(propylenfumarat), Poly(butylenfumarat), Poly(pentylenfumarat), Poly(hexylenfumarat), Poly(octylenfumarat), Poly(nonylenfumarat), Poly(decylenfumarat), Copoly(5sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensuecinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensuccinat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(octylensebacat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(ethylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(propylenadipat), Capoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(butylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(pentylenadipat), Copoly(5-sulfoisophthaloyl)-copoly(hexylenadipat) sowie Kombinationen davon.
Das kristalline Harz kann durch einen Polykondensationsprozess hergestellt werden, indem (ein) geeignete(s) organische(s) Diol(e) und (eine) geeignete Dicarbonsäure(n) in Gegenwart eines Polykondensationskatalysators zur Reaktion gebracht werden. Im Allgemeinen wird ein stöchiometrisch äquimolares Verhältnis von organischem Diol und organischer Dicarbonsäure eingesetzt; in einigen Beispielen, in denen der Siedepunkt des organischen Diols zwischen 180°C und 230°C liegt, kann jedoch eine überschüssige Menge an Diol eingesetzt und während des Polykondensationsprozesses entfernt werden. Die Menge des eingesetzten Katalysators variiert und kann in einer Menge von zum Beispiel 0,01 bis 1 Molprozent des Harzes ausgewählt werden. Zusätzlich kann anstelle der organischen Dicarbonsäure auch ein organischer Diester ausgewählt werden, wobei ein Alkoholnebenprodukt erzeugt wird. In weiteren Ausführungsformen ist das kristalline Polyesterharz ein Poly(dodecandisäure-co-nonandiol).
Beispiele für organische Diole, die für die Herstellung von kristallinen Polyesterharzen ausgewählt werden können, umfassen aliphatische Diole mit von 2 bis 36 Kohlenstoffatomen, wie z. B. 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandial, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,7-Heptandiol, 1,8-Octandiol, 1,9-Nonandiol, 1,10-Decandiol, 1,12-Dodecandiol und dergleichen, sowie aliphatische Alkalisulfodiole wie z. B. Natrium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Lithium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Kalium-2-sulfo-1,2-ethandiol, Natrium-2-sulfo-1,3-propandiol, Lithium-2-sulfo-1,3-propandiol, Kalium-2-sulfo-1,3-propandiol, Mischungen davon und dergleichen. Das aliphatische Diol wird zum Beispiel in einer Menge von 45 bis 50 Molprozent des Harzes gewählt, und das aliphatische Alkalisulfodiol kann in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent des Harzes gewählt werden. Beispiele für organische Dicarbonsäuren oder Diester, die für die Herstellung der kristallinen Polyesterharze ausgewählt werden, umfassen Oxalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacensäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure, Naphthalin-2,7-dicarbonsäure, Cyclohexandicarbonsäure, Malonsäure und Mesaconsäure, einen Diester oder ein Anhydrid davon sowie eine organische Alkalisulfodicarbonsäure wie z. B. Natrium-, Lithium- oder Kaliumsalze von Dimethyl-5-sulfoisophtalat, Dialkyl-5-sulfoisophthalat-4-sulfo-1,8-naphthalinsäureanhydrid, 4-Sulfophthalsäure, Dimethyl-4-sulfophthalat, Dialkyl-4-sulfophthalat, 4-Sulfophenyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, 6-Sulfo-2-naphthyl-3,5-dicarbomethoxybenzol, Sulfoterephthalsäure, Dimethyl-sulfoterephthalat, 5-Sulfoisophthalsäure, Dialkyl-sulfoterephthalat, Sulfo-p-hydroxybenzoesäure, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-aminoethansulfonat oder Mischungen davon. Die organische Dicarbonsäure wird zum Beispiel in einer Menge von 40 bis 50 Molprozent des Harzes gewählt, und die aliphatische Alkalisulfodicarbonsäure kann in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent des Harzes gewählt werden. Geeignete kristalline Polyesterharze umfassen solche, die in US 7,329,476 B2 , US 2006/0216626 A1 , US 2008/0107990 A1 , US 2008/0236446 A1 und US 2009/0047593 A1 offenbart werden. In Ausführungsformen kann ein geeignetes kristallines Harz ein aus Ethylenglykol oder Nonandiol und einer Mischung aus Dodecandisäure- und Fumarsäure-Comonomeren zusammengesetztes Harz mit der folgenden Formel (II) umfassen:
in der b von 5 bis 2000 ist und d von 5 bis 2000 ist.
Werden hierin halbkristalline Polyesterharze eingesetzt, kann das halbkristalline Harz Poly(3-methyl-1-buten), Poly(hexamethylencarbonat), Poly(ethylen-p-carboxyphenoxybutyrat), Poly(ethylenvinylacetat), Poly(docosylacrylat), Poly(dodecylacrylat), Poly(octadecylacrylat), Poly(octadecylmethacrylat), Poly(behenylpolyethoxyethylmethacrylat), Poly(ethylenadipat), Poly(decamethylenadipat), Poly(decamethylenazelaat), Poly(hexamethylenoxalat), Poly(decamethylenoxalat), Poly(ethylenoxid), Poly(propylenoxid), Poly(butadienoxid), Poly(decamethylenoxid), Poly(decamethylensulfid), Poly(deeamethylendisulfid), Poly(ethylensebacat), Poly(decamethylensebacat), Poly(ethylensuberat), Poly(decamethylensuccinat), Poly(eicosamethylenmalonat), Poly(ethylen-p-carboxypherioxyundecanoat), Poly(ethylendithionisophthalat), Poly(methylethylenterephthalat), Poly(ethylen-p-carboxyphenoxyvalerat), Poly(hexamethylen-4,4'-oxydibenzoat), Poly(10-hydroxycaprinsäure), Poly(isophthalaldehyd), Poly(octamethylendodecandioat), Poly(dimethylsiloxan), Poly(dipropylsiloxan), Poly(tetramethylenphenylendiacetat), Poly(tetramethylentrithiodicarboxylat), Poly(trimethylendodecandioat), Poly(m-xylol), Poly(p-xylylenpimelamid) sowie Kombinationen davon umfassen.
Die Menge des kristallinen Polyesterharzes in einem Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung, ob nun im Kern, in der Schale oder in beiden, kann in einer Menge von 1 bis 15 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 5 bis 10 Gewichtsprozent und in Ausführungsformen von 6 bis 8 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein (das heißt Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe und Wasser).
In Ausführungsformen kann ein Toner der vorliegenden Offenbarung auch mindestens ein verzweigtes oder vernetztes amorphes Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht umfassen. Dieses Harz mit hohem Molekulargewicht kann in Ausführungsformen zum Beispiel ein verzweigtes amorphes Harz oder einen verzweigten amorphen Polyester, ein vernetztes amorphes Harz oder einen vernetzten amorphen Polyester, oder Mischungen davon, oder ein nicht vernetztes amorphes Polyesterharz umfassen, das einer Vernetzung unterzogen wurde. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können von 1 Gew.-% bis 100 Gew.-% des amorphen Polyesterharzes mit hohem Molekulargewicht verzweigt oder vernetzt sein, in Ausführungsformen können von 2 Gew.-% bis 50 Gew.-% der amorphen Polyesterharze mit hohem Molekulargewicht verzweigt oder vernetzt sein. Wie hierin verwendet, kann das amorphe Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht ein mittels GelPermeationschromatographie (GPC) gemessenes, zahlengemitteltes Molekulargewicht (M_n) von zum Beispiel 1.000 bis 10.000, in Ausführungsformen von 2.000 bis 9.000, in Ausführungsformen von 3.000 bis 8.000 und in Ausführungsformen von 6.000 bis 7.000 aufweisen. Das mittels GPC unter Verwendung von Polystyrolstandards bestimmte, gewichtsgemittelte Molekulargewicht (M_w) des Harzes ist höher als 55.000, zum Beispiel von 55.000 bis 150.000, in Ausführungsformen von 60.000 bis 100.000, in Ausführungsformen von 63.000 bis 94.000 und in Ausführungsformen von 68.000 bis 85.000. Der mittels GPC gegen Standardpolystyrol-Referenzharze gemessene Polydispersitätsindex (PD) ist größer als 4, wie zum Beispiel mehr als 4, in Ausführungsformen von 4 bis 20, in Ausführungsformen von 5 bis 10 und in Ausführungsformen von 6 bis 8. (Der PD-Index ist das Verhältnis von gewichtsgemitteltem Molekulargewicht (M_w) und zahlengemitteltem Molekulargewicht (M_n)). Die amorphen Polyesterharze mit niedrigem Molekulargewicht können eine Säurezahl von 8 bis 20 mg KOH/g, in Ausführungsformen von 9 bis 16 mg KOH/g und in Ausführungsformen von 11 bis 15 mg KOH/g aufweisen. Die amorphen Polyesterharze mit hohem Molekulargewicht, die von einer Vielzahl an Quellen erhältlich sind, können verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, zum Beispiel von 30°C bis 140°C, in Ausführungsformen von 75°C bis 130°C, in Ausführungsformen von 100°C bis 125°C und in Ausführungsformen von 115°C bis 121°C.
Die amorphen Polyesterharze mit hohem Molekulargewicht, die von einer Vielzahl an Quellen erhältlich sind, können verschiedene, mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) gemessene Glasübergangstemperaturen (Tg) aufweisen, zum Beispiel von 40°C bis 80°C, in Ausführungsformen von 50°C bis 70°C und in Ausführungsformen von 54°C bis 68°C. In Ausführungsformen können die amorphen, verzweigten und linearen Polyesterharze ein gesättigtes oder ungesättigtes amorphes Harz sein.
Die amorphen Polyesterharze mit hohem Molekulargewicht können durch Verzweigen oder Vernetzen von linearen Polyesterharzen hergestellt werden. Es können Verzweigungsmittel wie z. B. trifunktionelle oder multifunktionelle Monomere eingesetzt werden, wobei diese Mittel gewöhnlich das Molekulargewicht und die Polydispersität des Polyesters erhöhen. Geeignete Verzweigungsmittel umfassen Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Diglycerin, Trimellithsäure, Trimellithsäureanhydrid, Pyromellithsäure, Pyromellithsäureanhydrid, 1,2,4-Cyclohexantricarbonsäure, 2,5,7-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Butantricarbonsäure, Kombinationen davon und dergleichen. Diese Verzweigungsmittel können in wirksamen Mengen von 0,1 Molprozent bis 20 Molprozent eingesetzt werden, basierend auf der Ausgangsdicarbonsäure oder dem Ausgangsdiester, die für die Erzeugung des Harzes verwendet werden.
Zusammensetzungen, die mit einer mehrbasigen Carbonsäure modifizierte Polyesterharze enthalten, die zur Bildung von Polyesterharzen mit höherem Molekulargewicht eingesetzt werden können, umfassen jene, die in US 3,681,106 Abeschrieben sind, sowie verzweigte oder vernetzte Polyester, die sich von mehrwertigen Säuren oder Alkoholen ableiten.
In Ausführungsformen können vernetzte Polyesterharze aus linearen amorphen Polyesterharzen hergestellt werden, die ungesättigte Stellen enthalten, die unter freie Radikale umfassenden Bedingungen reagieren können. Beispiele für solche Harze umfassen solche, die in US 5,227,460 A ; US 5,376,494 A ; US 5,480,756 A ; US 5,500,324 A ; US 5,601,960 A ; US 5,629,121 A ; US 5,650,484 A ; US 5,750,909 A ; US 6,326,119 B1 ; US 6,358,657 B1 ; US 6,359,105 B1 und US 6,593,053 B1 beschrieben werden. In Ausführungsformen können geeignete ungesättigte grundlegende Polyesterharze aus Dicarbonsäuren und/oder Anhydriden, wie zum Beispiel Maleinsäureanhydrid, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Fumarsäure und dergleichen, sowie Kombinationen davon und Diolen, wie zum Beispiel Bisphenol-A-Ethylenoxid-Addukten, Bisphenol-A-Propylenoxid-Addukten und dergleichen sowie Kombinationen davon, hergestellt werden. in Ausführungsformen ist ein geeigneter Polyester Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-cofumarsäure).
In Ausführungsformen kann als amorphes Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht ein vernetzter verzweigter Polyester eingesetzt werden. Solche Polyesterharze können aus mindestens zwei Prägel-Zusammensetzungen gebildet werden, die mindestens ein Polyol mit zwei oder mehr Hydroxylgruppen oder Ester davon, mindestens eine aliphatische oder aromatische polyfunktionelle Säure oder deren Ester, oder eine Mischung davon mit mindestens drei funktionellen Gruppen, und gegebenenfalls mindestens eine langkettige aliphatische Carbonsäure oder deren Ester oder eine aromatische Monocarbonsäure oder deren Ester oder Mischungen daraus umfassen. Die zwei Komponenten können in getrennten Reaktoren zur Reaktion gebracht werden, bis die Reaktion im Wesentlichen abgeschlossen ist, um in einem ersten Reaktor eine erste Zusammensetzung, die ein Prägel mit Carboxylendgruppen umfasst, und in einem zweiten Reaktor eine zweite Zusammensetzung zu erzeugen, die ein Prägel mit Hydroxylendgruppen umfasst. Anschließend können die beiden Zusammensetzungen vermischt werden, um ein vernetztes, verzweigtes Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht zu erzeugen. Beispiele für solche Polyester sowie Verfahren für deren Herstellung umfassen solche, die in US 6,592,913 B2 beschrieben sind.
In Ausführungsformen können die vernetzten, verzweigten Polyester für das amorphe Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht solche umfassen, die aus der Reaktion von Dimethylterephthalat, 1,3-Butandiol, 1,2-Propandiol und Pentaerythrit resultieren. Geeignete Polyole können von 2 bis 100 Kohlenstoffatome enthalten und weisen mindestens zwei oder mehr Hydroxygruppen oder Ester davon auf. Polyole können Glycerin, Pentaerythrit, Polyglykol, Polyglycerin und dergleichen oder Mischungen davon umfassen. Das Polyol kann ein Glycerin umfassen. Geeignete Ester von Glycerin umfassen Glycerinpalmitat, Glycerinsebacat, Glycerinadipat, Triacetintripropionin und dergleichen. Das Polyol kann in einer Menge von 20 Gew.-% bis 30 Gew.-% der Reaktionsmischung, in Ausführungsformen von 22 Gew.-% bis 26 Gew.-% der Reaktionsmischung vorhanden sein.
Aliphatische, polyfunktionelle Säuren mit mindestens zwei funktionellen Gruppen können gesättigte und ungesättigte Säuren, die 2 bis 100 Kohlenstoffatome, in einigen Ausführungsformen 4 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, sowie deren Ester umfassen. Weitere aliphatische polyfunktionelle Säuren umfassen Malon-, Bernstein-, Wein-, Apfel-, Citronen-, Fumar-, Glutar-, Adipin-, Pimelin-, Sebacin-, Suberin-, Azelain-, Sebacinsäure und dergleichen oder Mischungen davon. Weitere aliphatische polyfunktionelle Säuren, die eingesetzt werden können, umfassen Dicarbonsäuren, die eine cyclische C3- bis C6-Struktur umfassen, sowie Positionsisomere davon und umfassen Cyclohexandicarbonsäure, Cyclobutandicarbonsäure oder Cyclopropandicarbonsäure. Aromatische polyfunktionelle Säuren mit mindestens zwei funktionellen Gruppen, die eingesetzt werden können, umfassen Terephthal-, Isophthal-, Trimellith-, Pyromellithsäure und Naphthalin-1,4-, 2,3- und 2,6-dicarbonsäuren.
Die aliphatische polyfunktionelle Säure oder aromatische polyfunktionelle Säure kann in einer Menge von 40 Gew.-% bis 65 Gew.-% der Reaktionsmischung, in Ausführungsformen von 44 Gew.-% bis 60 Gew.-% der Reaktionsmischung vorhanden sein.
Langkettige, aliphatische Carbonsäuren oder aromatische Monocarbonsäuren können solche umfassen, die 12 bis 26 Kohlenstoffatome, in einigen Ausführungsformen 14 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten, oder deren Ester. Langkettige, aliphatische Carbonsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein. Geeignete gesättigte, langkettige, aliphatische Carbonsäuren können Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Arachidin-, Cerotinsäure und dergleichen oder Kombinationen davon umfassen. Geeignete ungesättigte, langkettige, aliphatische Carbonsäuren können Dodecylen-, Palmitolein-, Olein-, Linol-, Linden-, Erucasäure und dergleichen oder Kombinationen davon umfassen. Aromatische Monocarbonsäuren können Benzoe-, Naphthoe- und substituierte Naphthoesäuren umfassen. Geeignete substituierte Naphthoesäuren können Naphthoesäuren umfassen, die mit linearen oder verzweigten Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert sind, wie z. B. 1-Methyl-2-naphthoesäure und/oder 2-lsopropyl-1-naphthoesäure. Die langkettige, aliphatische Carbonsäure oder aromatische Monocarbonsäure kann in einer Menge von 0 Gew.-% bis 70 Gew.-% der Reaktionsmischung, in Ausführungsformen von 15 Gew.-% bis 30 Gew.-% der Reaktionsmischung vorhanden sein. Zusätzliche Polyole, ionische Spezies, Oligomere oder Derivate davon können ebenfalls eingesetzt werden, sofern gewünscht. Diese zusätzlichen Glykole oder Polyole können in Mengen von 0 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Reaktionsmischung vorhanden sein. Zusätzliche Polyole oder deren Derivate können Propylenglykol, 1,3-Butandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol Diethylenglykol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Neopentylglykol, Triacetin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Celluloseether, Celluloseester, wie z. B. Celluloseacetat, Saccharoseacetat-iso-butyrat und dergleichen umfassen.
In Ausführungsformen kann das Harz mit hohem Molekulargewicht, zum Beispiel ein verzweigter Polyester, auf der Oberfläche der Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein. Das Harz mit hohem Molekulargewicht auf der Oberfläche der Tonerpartikel kann von Natur auch partikulär sein, wobei die Harzpartikel mit hohem Molekulargewicht einen Durchmesser von 100 Nanometern bis 300 Nanometern, in Ausführungsformen von 110 Nanometern bis 150 Nanometern aufweisen.
Die Menge des amorphen Polyesterharzes mit hohem Molekulargewicht in einem Tonerpartikel der vorliegenden Offenbarung, ob nun im Kern, einer beliebigen Schale oder in beiden, kann in einer Menge von 25 Gew.-% bis 50 Gew.-% des Toners, in Ausführungsformen von 30 Gew.-% bis 45 Gew.-%, in weiteren Ausführungsformen von 40 Gew.-% bis 43 Gew.-% des Toners vorhanden sein (das heißt Tonerpartikel ohne externe Zusatzstoffe und Wasser).
Das Verhältnis von kristallinem Harz zu amorphem Harz mit niedrigem Molekulargewicht zu amorphem Polyesterharz mit hohem Molekulargewicht kann im Bereich von 1:1:98 bis 98:1:1 bis 1:98:1, liegen, in Ausführungsformen von 1:5:5 bis 1:9:9, in Ausführungsformen von 1:6:6 bis 1:8:8.
Tenside
In Ausführungsformen können zur Bildung von Tonerzusammensetzungen eingesetzte Harze, Wachse und andere Zusatzstoffe in Tenside enthaltenden Dispersionen vorliegen. Darüber hinaus können Tonerpartikel mittels Emulsion-Aggregation-Verfahren gebildet werden, bei denen das Harz und die anderen Komponenten des Toners in ein oder mehrere Tenside gegeben und eine Emulsion gebildet wird, und Tonerpartikel aggregiert, koalesziert, gegebenenfalls gewaschen und getrocknet und isoliert werden.
Es können 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 das Tensid so eingesetzt werden, dass es in einer Menge von 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, zum Beispiel von 0,75 Gew.-% bis 4 Gew.-% der Tonerzusammensetzung, in Ausführungsformen von 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% der Tonerzusammensetzung vorhanden ist.
Beispiele für nichtionische Tenside, die eingesetzt werden können, umfassen zum Beispiel 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™, IGEPAL CA-520™, IGEPAL CA-720™, IGEPAL CO-890™, IGEPAL CO-720™, IGEPAL CO-290™, IGEPAL CA-210™, ANTAROX 890™ und ANTAROX 897™. 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, NEOGEN R™, NEOGEN SC™, erhalten von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon, und dergleichen. Weitere geeignete anionische Tenside umfassen in Ausführungsformen DOWFAX™ 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™ und ALKAQUAT™, erhältlich von Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (Benzalkoniumchlorid), erhältlich von Kao Chemicals und dergleichen sowie Mischungen davon.
Toner
Das Harz der oben beschriebenen Harzemulsion, in Ausführungsformen ein Polyesterharz, kann zur Bildung von Tonerzusammensetzungen eingesetzt werden. Solche Tonerzusammensetzungen können optionale Farbmittel, optionale Wachse und andere Zusatzstoffe umfassen. Toner können mittels eines beliebigen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns gebildet werden, einschließlich Emulsion-Aggregation-Verfahren, aber nicht darauf beschränkt.
Farbmittel
Die wie oben beschrieben hergestellten Latexpartikel können zu einem Farbmittel gegeben werden, um einen Toner zu erzeugen. In Ausführungsformen kann das Farbmittel in einer Dispersion vorliegen. Die Farbmittelsuspension kann zum Beispiel submikrometergroße Farbmittelpartikel mit einer Größe von zum Beispiel 50 bis 500 Nanometer im mittleren Volumendurchmesser und in Ausführungsformen von 100 bis 400 Nanometer im mittleren Volumendurchmesser umfassen. Die Farbmittelpartikel können in einer wässrigen, ein anionisches Tensid, ein nichtionisches Tensid oder Kombinationen davon enthaltenden Wasserphase suspendiert werden. Geeignete Tenside umfassen beliebige der oben beschriebenen. In Ausführungsformen kann das Tensid ionisch sein und in einer Dispersion in einer Menge von 0,1 bis 25 Gewichtsprozent des Farbmittels, und in Ausführungsformen von 1 bis 15 Gewichtsprozent des Farbmittels vorhanden sein.
Für die Bildung von Tonern gemäß der vorliegenden Offenbarung nutzbringende Farbmittel umfassen Pigmente, Farbstoffe, Pigment- und Farbstoffmischungen, Pigmentmischungen, Farbstoffmischungen und dergleichen. Das Farbmittel kann zum Beispiel Kohlenstoffschwarz, Cyan, Gelb, Magenta, Rot, Orange, Braun, Grün, Blau, Violett oder Mischungen davon sein.
In Ausführungsformen, in denen das Farbmittel ein Pigment ist, kann das Pigment zum Beispiel Kohlenstoffschwarz, Phthalocyanine, Chinacridone oder ein Rot, Grün, Orange, Braun, Violett, Gelb, fluoreszierendes Farbmittel vom Typ RHODAMINE B™ und dergleichen sein.
Beispielhafte Farbmittel umfassen Kohlenstoffschwarz wie REGAL 330^®-Magnetite; Mobay-Magnetite, einschließlich M08029™, M08060™; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS™ und oberflächenbehandelte Magnetite; Pfizer-Magnetite, einschließlich CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™; Bayer-Magnetite, einschließlich BAYFERROX 8600™, 8610™; Northern-Pigmente Magnetite, einschließlich NP-604™, NP-608™; Magnox-Magnetite, einschließlich TMB-100™, odeTMB-104™, HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1™, erhältlich von der Paul Uhlich and Company, Inc..; PIGMENT VIOLET 1™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROMS YELLOW DCC 1026™, E. D. TOLUIDINE RED™ und BON RED C™, erhältlich von der Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario; NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ von Hoechst; und CINQUASIA MAGENTA™, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours and Company. Weitere Farbmittel umfassen 2,9-dimethyl-substituierte Chinacridon- und Anthrachinon-Farbstoffe, die im Color Index als CI 60710, CI Dispersed Red 15 identifiziert werden, im Color Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 identifizierten Diazofarbstoff, Kupfer-tetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupferphthalocyanin-Pigment, das im Color Index als CI 74160, CI Pigment Blue aufgeführt wird, im Color Index als CI 69810, Special Blue X-2137 identifiziertes Anthrathren-Blau, 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, CI Dispersed Yellow 33 identifiziertes Nitrophenylaminsulfonamid, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid, Yellow 180 sowie Permanent Yellow FGL. Organische, lösliche Farbstoffe mit einer hohen Reinheit für den Farbgamut, die verwendet werden können, umfassen Neogen Yellow 075, Neogen Yellow 159, Neogen Orange 252, Neopen Red 336, Neogen Red 335, Neogen Red 366, Neogen Blue 808, Neogen Black X53, Neogen Black X55, wobei die Farbstoffe in verschiedenen, geeigneten Mengen ausgewählt werden, z. B. von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 5 bis 18 Gewichtsprozent des Toners.
In Ausführungsformen umfassen Farbmittelbeispiele Pigment Blue 15:3 mit einer Color Index Constitution Number 74160, Magenta Pigment Red 81:3 mit einer Color Index Constitution Number 45160:3, Yellow 17 mit einer Color Index Constitution Number 21105 sowie bekannte Farbstoffe wie Lebensmittelfarben, gelbe, blaue, grüne, rote, magentafarbene Farbstoffe und dergleichen.
In weiteren Ausführungsformen kann als Farbmittel ein magentafarbenes Pigment, Pigment Red 122 (2,9-Dimethylchinacridon), Pigment Red 185, Pigment Red 192, Pigment Red 202, Pigment Red 206, Pigment Red 235, Pigment Red 269, Kombinationen davon und dergleichen verwendet werden.
In Ausführungsformen können die Toner der vorliegenden Offenbarung eine hohe Pigmentbeladung aufweisen. Wie hierin verwendet, umfassen hohe Pigmentbeladungen zum Beispiel Toner mit einem Farbmittel in einer Menge von 4 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von 5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent des Toners. Diese hohen Pigmentbeladungen können für bestimmte Farben wie z. 13. Magenta, Cyan, Schwarz, PANTONE^® Orange, Prozessblau, PANTONE^® Gelb und dergleichen wichtig sein. (Die PANTONE^®-Farben beziehen sich auf die beliebtesten Farbfächer, die verschiedene Farben erläutern, wobei jede Farbe mit einer spezifischen Formulierung von Farbmitteln zusammenhängt, und von PANTONE, Inc., Moonachie, NJ, USA veröffentlicht werden.) Ein Problem mit der hohen Pigmentbeladung ist, dass die Fähigkeit der Tonerpartikel zur Sphärodisierung, d.h. rund zu werden, während des Koaleszenzschritts selbst bei einem sehr niedrigen pH-Wert verringert sein kann.
Das resultierende Latex, gegebenenfalls in einer Dispersion, und die Farbmitteldispersion können dann gerührt und auf eine Temperatur von 35°C bis 70°C, in Ausführungsformen von 40°C bis 65°C erhitzt werden, was zu Toneraggregaten von 2 Mikrometern bis 10 Mikrometern im mittleren Volumendurchmesser, in Ausführungsformen von 5 Mikrometern bis 8 Mikrometern im mittleren Volumendurchmesser führt.
Wachs
Gegebenenfalls kann beim Bilden der Tonerpartikel auch ein Wachs mit dem Harz kombiniert werden. Sofern vorhanden, kann das Wachs in einer Menge von zum Beispiel 1 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent der Tonerpartikel, in Ausführungsformen von 5 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent der Tonerpartikel vorhanden sein.
Wachse, die ausgewählt werden können, umfassen Wachse mit zum Beispiel einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 500 bis 20.000, in Ausführungsformen von 1.000 bis 10.000. Wachse, die verwendet werden können, umfassen zum Beispiel Polyolefine wie z. B. Polyethylen-, Polypropylen-, und Polybutenwachse wie z. B. solche, die von Allied Chemical and Petrolite Corp. käuflich erhältlich sind, zum Beispiel POLYWAX™-Polyethylenwachse von Baker Petrolite, von Michelman Inc. und the Daniels Products Company erhältliche Wachsemulsionen, kommerziell von Eastman Chemical Products, Inc. erhältliches EPOLENE N-15, und VISCOL 550-P, ein Polypropylen mit niedrigem gewichtsgemitteltem Molekulargewicht, das von Sanyo Kasel K. K. erhältlich ist, pflanzenbasierte Wachse wie Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Japanwachs und Jojobaöl, tierische Wachse wie z. 13. Bienenwachs, mineralbasierte Wachse und erdölbasierte Wachse wie z. B. Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristalliner Wachs, und Fischer-Tropsch-Wachs, Esterwachse, die aus höheren Fettsäuren und höheren Alkoholen erhalten wurden, wie z. B. Stearylstearat und Behenylbehenat; 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™, SUPERSLIP 6530^TM, erhältlich von Micro Powder Inc., fluorierte Wachse, zum Beispiel POLYFLUG 190™, POLYFLUG 200™, POLYSILK 19™, POLYSILK 14™, erhältlich von Micro Powder Inc., gemischte fluorierte Amidwachse, zum Beispiel MICROSPERSION 19™, ebenfalls von Micro Powder Inc. erhältlich, Imide, Ester, quartäre Amine, Carbonsäuren oder Acrylpolymeremulsion, zum Beispiel JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ und 538™, 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.
Tonerherstellunq
Die Tonerpartikel können mittels jeglichen Verfahrens innerhalb des Anwendungsbereichs eines Fachmanns hergestellt werden. Obwohl die Herstellung von Tonerpartikel betreffende Ausführungsformen unten folgend im Hinblick auf EmulsionAggregation-Verfahren beschrieben werden, kann jegliches geeignete Verfahren zur Herstellung von Tonerpartikeln eingesetzt werden, einschließlich chemischer Verfahren, wie z. B. die in US 5,290,654 Aund US 5,302,486 A beschriebenen Suspensions- und Verkapselungsverfahren. In Ausführungsformen können Tonerzusammensetzungen und Tonerpartikel durch Aggregations- und Koaleszenzverfahren hergestellt werden, in denen Harzpartikel mit geringer Größe zu der entsprechenden Tonerpartikelgröße aggregiert und anschließend koalesziert werden, um die endgültige Tonerpartikelform und Morphologie zu erreichen.
In Ausführungsformen können die Tonerzusammensetzungen mittels Emulsion-Aggregation-Verfahren hergestellt werden, wie z. B. einem Verfahren, das das Aggregieren einer Mischung aus einem optionalen Wachs und beliebigen anderen, gewünschten oder erforderlichen Zusatzstoffen sowie der die oben beschriebenen Harze umfassenden Emulsionen, gegebenenfalls mit Tensiden wie oben beschrieben, und anschließend das Koaleszieren der aggregierten Mischung umfasst. Eine Mischung kann hergestellt werden, indem ein optionales Wachs oder weiterer Materialien, die ebenfalls gegebenenfalls in (einer) ein Tensid umfassenden Dispersion(en) vorliegen können, zu der Emulsion gegeben werden, die eine Mischung aus zwei oder mehr das Harz enthaltenden Emulsionen sein kann. Der pH-Wert der resultierenden Mischung kann mittels einer Säure wie zum Beispiel Essigsäure, Salpetersäure oder dergleichen eingestellt werden. In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung auf 2 bis 4,5 eingestellt werden. Zudem kann die Mischung in Ausführungsformen homogenisiert werden. Wird die Mischung homogenisiert, kann die Homogenisierung durch Mischen bei 600 bis 4.000 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 lodid, 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 zur Bildung eines Toners zu dieser Mischung in einer Menge von zum Beispiel 0,1 Gew.-% bis 8 Gew.-%, in Ausführungsformen von 0,2 Gew.-% bis 5 Gew.-%, in weiteren Ausführungsformen von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Harzes in der Mischung gegeben werden. Dies gewährleistet eine ausreichende Menge an Aggregierungsmittel.
Um die Aggregation und die Koaleszenz der Partikel zu steuern, kann das Aggregierungsmittel in Ausführungsformen über einen Zeitraum in die Mischung dosiert werden. Zum Beispiel kann das Mittel über einen Zeitraum von 5 bis 240 Minuten, in Ausführungsformen von 30 bis 200 Minuten zu der Mischung dosiert werden. Die Zugabe des Mittels kann auch erfolgen, während die Mischung in gerührtem Zustand, in Ausführungsformen mit von 50 UpM bis 1.000 UpM, in weiteren Ausführungsformen von 100 UpM bis 500 UpM und bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur des Harzes gehalten wird, wie oben diskutiert, in Ausführungsformen von 30°C bis 90°C, in Ausführungsformen von 35°C bis 70°C.
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 Coulter 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, von 40°C bis 100°C und Halten der Mischung bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 6 Stunden, in Ausführungsformen von 1 Stunde bis 5 Stunden unter stetigem Rühren fortgesetzt werden, um die aggregierten Partikel zu ergeben. Sobald die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße erreicht ist, wird der Wachstumsprozess gestoppt. In Ausführungsformen liegt die vorbestimmte, gewünschte Partikelgröße innerhalb der oben aufgeführten Tonerpartikelgrößenbereiche.
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 40°C bis 90°C, in Ausführungsformen von 45°C bis 80°C, durchgeführt werden.
Schalenharz
In Ausführungsformen können die aggregierten Partikel nach der Aggregation, aber vor der Koaleszenz mit einer Schale versehen werden.
Harze, die zur Bildung der Schale eingesetzt werden können, umfassen die oben für die Verwendung im Kern beschriebenen amorphen Harze, sind aber nicht darauf beschränkt. Solch ein amorphes Harz kann ein Harz mit niedrigem Molekulargewicht, ein Harz mit hohem Molekulargewicht oder Kombinationen davon sein. In Ausführungsformen kann ein amorphes Harz, das zur Bildung einer Schale gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, einen amorphen Polyester der oben angegebenen Formel I umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann das zur Bildung der Schale verwendete amorphe Harz vernetzt sein. Zum Beispiel kann eine Vernetzung erreicht werden, indem ein amorphes Harz mit einem Vernetzungsmittel kombiniert wird, das in Ausführungsformen hierin manchmal als ein Initiator bezeichnet wird. Beispiele für geeignete Vernetzungsmittel umfassen zum Beispiel solche für eine thermische Initiation oder eine über freie Radikale, wie z. B. organische Peroxide und Azoverbindungen, die oben als für die Bildung eines Gels im Kern geeignet beschrieben wurden, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für geeignete organische Peroxide umfassen Diacylperoxide wie zum Beispiel Decanoylperoxid, Lauroylperoxid und Benzoylperoxid, Ketonperoxide wie zum Beispiel Cyclohexanonperoxid und Methylethylketon, Alkylperoxyester wie zum Beispiel tert-Butylperoxyneodecanoat, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(2-ethylhexanoylperoxy)hexan, tert-Amylperoxy-2-ethylhexanoat, tert-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert-Butylperoxyacetat, tert-Amylperoxyacetat, tert-Butylperoxybenzoat, tert-Amylperoxybenzoat, oo-tert-Butyl-o-isopropylmonoperoxycarbonat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan, oo-tert-Butyl-o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat und oo-tert-Amyl-o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat, Alkylperoxide wie zum Beispiel Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexan, tert-Butylcumylperoxid, α,α-Bis-(tert-butylperoxy)diisopropylbenzol, Di-tert-butylperoxid und 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexin-3, Alkylhydroperoxide wie zum Beispiel 2,5-Dihydroperoxy-2,5-dimethylhexan, Cumolhydroperoxid, tert-Butylhydroperoxid und tert-Amylhydroperoxid und Alkylperoxyketale wie zum Beispiel n-Butyl-4,4-di(tert-butylperoxy)valerat, 1,1-Di-(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-Di-(tert-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Di(tert-amylperoxy)cyclohexan, 2,2-Di-(tert-butylperoxy)butan, Ethyl-3,3-di-(tert-butylperoxy)butyrat und Ethyl-3,3-di-(tert-amylperoxy)butyrat sowie Kombinationen davon. Beispiele für geeignete Azoverbindungen umfassen 2,2,'-Azobis(2,4-dimethylpentannitril), Azobisisobutyronitril, 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobis(methylbutyronitril), 1,1'-Azobis(cyanocyclohexan), andere ähnliche bekannte Verbindungen und Kombinationen davon.
Das Vernetzungsmittel und das amorphe Harz können für eine ausreichende Zeit und bei einer ausreichenden Temperatur vereinigt werden, um das vernetzte Polyestergel zu bilden. In Ausführungsformen können das Vernetzungsmittel und das amorphe Harz auf eine Temperatur von 25°C bis 99°C, in Ausführungsformen von 30°C bis 95°C, über einen Zeitraum von 1 Minute bis 10 Stunden, in Ausführungsformen von 5 Minuten bis 5 Stunden erhitzt werden, um ein vernetztes Polyesterharz oder Polyestergel zu bilden, das für die Verwendung als Schale geeignet ist.
Sofern eingesetzt, kann das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,001 Gew.-% bis 5 Gew.-% des Harzes, in Ausführungsformen von 0,01 Gew.-% des Harzes bis 1 Gew.-% des Harzes vorhanden sein. Die Menge an CCA kann in Gegenwart von Vernetzungsmittel oder Initiator verringert werden.
Als Schale kann ein einzelnes Polyesterharz verwendet werden oder in Ausführungsformen kann zur Bildung einer Schale, wie oben beschrieben, ein erstes Polyesterharz mit weiteren Harzen kombiniert werden. Mehrere Harze können in jeglichen geeigneten Mengen eingesetzt werden. In Ausführungsformen kann ein erstes amorphes Polyesterharz, zum Beispiel ein amorphes Harz mit niedrigem Molekulargewicht der oben dargestellten Formel I, in einer Menge von 20 Gewichtsprozent bis 100 Gewichtsprozent des gesamten Schalenharzes, in Ausführungsformen von 30 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent des gesamten Schalenharzes vorhanden sein. Ebenso kann in Ausführungsformen ein zweites Harz, in Ausführungsformen ein amorphes Harz mit hohem Molekulargewicht, in dem Schalenharz in einer Menge von 0 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent des gesamten Schalenharzes, in Ausführungsformen von 10 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent des gesamten Schalenharzes vorhanden sein.
Koaleszenz
Die Mischung aus Latex, Farbmittel, optionalem Wachs und beliebigen Zusatzstoffen wird anschließend koalesziert. Koaleszieren kann das Rühren und Heizen bei einer Temperatur von 80°C bis 99°C, in Ausführungsformen von 85 °C bis 98°C, über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 12 Stunden, in Ausführungsformen von 1 Stunde bis 6 Stunden umfassen. Das Koaleszieren kann durch zusätzliches Rühren beschleunigt werden.
Wie oben dargelegt, besteht ein Problem mit hoher Pigmentbeladung bei Tonern der vorliegenden Offenbarung darin, dass die Fähigkeit des Toners zur Sphärodisierung während des Koaleszenzschritts selbst bei einem sehr niedrigen pH-Wert verringert sein kann. Deshalb kann während des Koaleszenzprozesses in Ausführungsfarmen eine Metallverbindung zugegeben werden. Das Metall kann in Form einer Metallverbindung wie z. B. einem Metallsalz, -oxid und/oder -hydroxid vorliegen. In Ausführungsformen kann beim Beginn des Koaleszenzprozesses eine Metallverbindung, wie z. B. ein Übergangsmetallpulver und/oder ein Übergangsmetallsalz, zu der Mischung aus Latex, Farbmittel, optionalem Wachs und beliebigen Zusatzstoffen zugegeben werden. Geeignete Metalle umfassen zum Beispiel Kupfer, Zink, Eisen, Cobalt, Nickel, Molybdän, Mangan, Chrom, Vanadium und/oder Titan, sowie Metalllegierungen wie z. B. Kupfer/Zink-Legierungen.
In weiteren Ausführungsformen können elementares Kupfer oder Kupferverbindungen, einschließlich der Salze, Eisen oder Eisenverbindungen, einschließlich der Salze oder Kombinationen davon verwendet werden, um die Koaleszenz zu beschleunigen und die gewünschte Partikelrundheit für einen Toner der vorliegenden Offenbarung zu erhalten. Beispiele für solche Kupfer und/oder Eisenverbindungen einschließlich der Salze, umfassen Nitrate, Sulfate, Halogenide, Acetate, Phosphate, Oxide, Hydroxide, Carbonate, Kombinationen davon und dergleichen. In Ausführungsformen kann die Verbindung, wie z. B. ein Salz, unlöslich sein. Der Grad an Löslichkeit kann zum Beispiel folgendermaßen sein:

◯ • Nitrate - löslich
◯ • Sulfate - löslich
◯ • Halogenide - löslich
◯ • Acetate - löslich
◯ • Phosphate - unlöslich
◯ • Oxide - unlöslich
◯ • Hydroxide - unlöslich
◯ • Carbonate - unlöslich

In Ausführungsformen kann ein Kupfernitrat, wie z. B. Kupfer(II)nitrat als das Metallsalz verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen kann ein Eisensalz, wie z. B. Eisennitrat als das Metallsalz verwendet werden.
Die Menge an zu der Mischung gegebenem Metallpulver kann von 0,01 bis 4 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 0,09 bis 1 Gewichtsprozent umfassen. Die Menge an zu der Mischung gegebenem Metallsalz kann von 0,01 bis 4 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 0,09 bis 1 Gewichtsprozent umfassen.
Die Verwendung von Übergangsmetallpulver und/oder Übergangsmetallsalz ermöglicht eine rasche Koaleszenz der hoch pigmentierten Polyestertoner. Die Koaleszenz kann über einen Zeitraum von 0,1 bis 10 Stunden, in Ausführungsformen von 0,5 bis 5 Stunden erfolgen.
Überraschenderweise erleichtert die Gegenwart des Übergangsmetallpulvers und/oder Übergangsmetallsalzes die rasche Tonerkoaleszenz, um eine Rundheit von mehr als 0,95 zu erreichen. Ohne dieses verbesserte Verfahren kann die in hoch pigmentierten EA-Tonern erreichte Rundheit weniger als 0,94 betragen. Die Zugabe des unlöslichen Übergangsmetallpulvers und/oder die Zugabe von Metallsalz verleiht den Tonerpartikeln keine nachteiligen Eigenschaften. Tatsächlich verbleibt sehr wenig von dem Metall in dem fertigen Toner.
Darüber hinaus kann ein hoch pigmentierter Toner der vorliegenden Offenbarung erhöhte Pigmentgehalte aufweisen. Während ein gebräuchlicher magentafarbener Toner zum Beispiel vielleicht 4,5% PR122 und 4,5% PR269 enthält, kann ein hoch pigmentierter Toner der vorliegenden Offenbarung 6,525% von jedem Pigment enthalten, was einer Gesamtpigmentbeladung von 13,055 Gew.-% entspricht.
Nachfolgende Behandlungen
In Ausführungsformen kann der pH-Wert der Mischung nach dem Koaleszieren mit zum Beispiel einer Säure auf 3,5 bis 6 und in Ausführungsformen von 3,7 bis 5,5 abgesenkt werden, um die Toneraggregate weiter zu koaleszieren. Geeignete Säuren umfassen zum Beispiel Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Citronensäure und/oder Essigsäure. Die zugegebene Menge an Säure kann von 0,1 bis 30 Gewichtsprozent der Mischung und in Ausführungsformen von 1 bis 20 Gewichtsprozent der Mischung betragen.
Die Mischung kann gekühlt, gewaschen und getrocknet werden. Das Kühlen kann bei einer Temperatur von 20°C bis 40°C, in Ausführungsformen von 22°C bis 30°C über einen Zeitraum von 1 Stunde bis 8 Stunden, in Ausführungsformen von 1,5 Stunden bis 5 Stunden stattfinden.
In Ausführungsformen kann das Kühlen einer koaleszierten Toneraufschlämmung das Abschrecken durch Zugabe eines Kühlmediums wie zum Beispiel Eis, Trockeneis und dergleichen umfassen, um eine rasche Kühlung auf eine Temperatur von 20°C bis 40°C, in Ausführungsformen von 22°C bis 30°C zu bewirken. Das Abschrecken kann für geringe Tonermengen machbar sein, wie zum Beispiel für weniger als 2 Liter, in Ausführungsformen von 0,1 Liter bis 1,5 Liter. Für Prozesse in größerem Maßstab, wie zum Beispiel größer als 10 Liter in Größe, ist eine rasche Kühlung der Tonermischung vielleicht nicht machbar oder durchführbar, weder durch Einführen eines Kühlmediums in die Tonermischung noch durch die Verwendung eines Reaktors mit Kühlmantel.
Die Toneraufschlämmung kann dann gewaschen werden Das Waschen kann bei einem pH-Wert von 7 bis 12 und in Ausführungsformen bei einem pH-Wert von 9 bis 11 durchgeführt werden. Das Waschen kann bei einer Temperatur von 30°C bis 70°C und in Ausführungsformen von 40°C bis 67°C durchgeführt werden. Das Waschen kann Filtrieren und Wiederaufschlämmen eines Tonerpartikel enthaltenden Filterkuchens in deionisiertem Wasser umfassen. Der Filterkuchen kann einmal oder mehrmals mittels deionisiertem Wasser gewaschen werden oder einmal mit deionisiertem Wasser bei einem pH-Wert von 4 gewaschen werden, wobei der pH-Wert der Aufschlämmung mit einer Säure eingestellt wird, wobei darauf gegebenenfalls noch einmal oder mehrmals mit deionisiertem Wasser gewaschen wird.
Das Trocknen kann bei einer Temperatur von 35°C bis 75°C und in Ausführungsformen von 45°C bis 60°C durchgeführt werden. Das Trocknen kann fortgesetzt werden, bis der Feuchtigkeitsgrad der Partikel unterhalb eines festgelegten Ziels von 1 Gew.-%, in Ausführungsformen von weniger als 0,7 Gew.-% erreicht ist.
Die Toner der vorliegenden Offenbarung können Partikel mit einem volumengemittelten Durchmesser (auch als „volumengemittelter Partikeldurchmesser“ bezeichnet) von 3 bis 10 Mikrometer, in Ausführungsformen von 3,2 bis 8,5 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von 3,3 bis 7 Mikrometer, in Ausführungsformen 5,8 Mikrometer umfassen. Wie oben angegeben, können die resultierenden Tonerpartikel eine Rundheit von mehr als 0,95, in Ausführungsformen von 0,95 bis 0,998, in Ausführungsformen von 0,955 bis 0,97 aufweisen. Wenn die sphärischen Tonerpartikel eine Rundheit in diesem Bereich aufweisen, gelangen die auf der Oberfläche des Bild haltenden Elements verbliebenen sphärischen Tonerpartikel zwischen die Kontaktbereiche des Bild haltenden Elements und der Kontaktlader, die Menge an deformiertem Toner ist gering, und daher kann die Erzeugung von Tonerfilmbildung verhindert werden, sodass eine stabile Bildqualität ohne Defekte über einen langen Zeitraum hinweg erhalten werden kann.
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 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von 1 bis 3 Gewichtsprozent des Toners. Beispiele für geeignete Ladungskontrollmittel umfassen quartäre Ammoniumverbindungen, einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, Bisulfaten; Alkylpyridiniumverbindungen, einschließlich der in US 4,298,672 A offenbarten; organische Sulfat- und Sulfonatverbindungen, einschließlich der in US 4,338,390 A offenbarten; Cetylpyridiniumtctrafluorborate; Distearyldimethylammoniummethylsulfat; Aluminiumsalze wie z. B. BONTRON E84™ oder E88™ (Hodogaya Chemical); Kombinationen davon und dergleichen. Solche Ladungskontrollmittel können gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Schalenharz oder nach dem Aufbringen des Schalenharzes aufgebracht werden.
Mit den Tonerpartikeln können auch äußere Zusatzstoffpartikel, einschließlich Zusatzstoffe zur Fließhilfe, vermischt werden, wobei die Zusatzstoffe auf der Oberfläche der Tonerpartikel vorhanden sein können. Beispiele für diese Zusatzstoffe umfassen Metalloxide wie z. B. Titanoxid, Siliciumoxid, Zinnoxid, Mischungen davon und dergleichen; kolloidale und amorphe Kieselgele wie z. B. AEROSIL^®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Aluminiumoxide, Ceroxide sowie Mischungen davon. Jeder dieser äußeren Zusatzstoffe kann in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent des Toners, in Ausführungsformen von 0,25 Gewichtsprozent bis 3 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sein. Geeignete Zusatzstoffe umfassen solche, die in US 3,590,000 A und US 6,214,507 B1 beschrieben sind. Diese Zusatzstoffe können wiederum gleichzeitig mit einem 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, abgesehen von äußeren Oberflächenzusatzstoffen, die folgenden Eigenschaften aufweisen:

◯ (1) Eine zahlengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDn) und/oder volumengemittelte geometrische Standardabweichung (GSDv) von 1,05 bis 1,55, in Ausführungsformen von 1,1 bis 1,4.
◯ (2) Eine Glasübergangstemperatur von 40°C bis 65°C, in Ausführungsfarmen von 45°C bis 62°C.

Die Eigenschaften der Tonerpartikel können mittels einer beliebigen geeigneten Technik und einer beliebigen geeigneten Vorrichtung bestimmt werden. Volumengemittelter Partikeldurchmesser D50v, 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, 1 Gramm, können erhalten und durch ein 25-Mikrometer-Sieb klassiert und anschließend in eine isotonische Lösung gegeben werden, um eine Konzentration von 10% zu erhalten, wobei die Probe dann in einem Multisizer 3 von Beckman Coulter analysiert wird. 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 (Zone C) kann bei 10°C 15% RH aufweisen, während die Zone mit hoher Feuchtigkeit (Zone A) bei 28°C 85% RH aufweisen kann. Toner der vorliegenden Offenbarung können auch ein ursprüngliches Tonerladung/Masse-Verhältnis (Q/M) von -3 µC/g bis -90 µC/g, in Ausführungsformen von -10 µC/g bis -80 µC/g, und eine Endtoneraufladung nach Mischen mit Oberflächenzusatzstoffen von -10 µC/g bis -70 µC/g, in Ausführungsformen von -15 µC/g bis -60 µC/g aufweisen.
Entwickler
Die so gebildeten Tonerpartikel können zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Die Tonerpartikel können mit Trägerpartikeln vermischt werden, um eine ZweiKomponenten-Entwicklerzusammensetzung zu ergeben. Die Tonerkonzentration im Entwickler kann von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers, in Ausführungsformen von 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Entwicklers betragen.
Träger
Beispiele für Trägerpartikel, die zum Mischen mit dem Toner eingesetzt werden können, umfassen solche Partikel, die triboelektrisch eine Ladung mit entgegengesetzter Polarität zu der der Tonerpartikel aufnehmen können. Erläuternde Beispiele für geeignete Trägerpartikel umfassen granuliertes Zirkon, granuliertes Silicium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliciumdioxid und dergleichen. Andere Träger umfassen solche, die in US 3,847,604 A , US 4,937,166 A und US 4,935,326 A 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 Fluorpolymere umfassen, wie z. B. Polyvinylidenfluoridharze, Terpolymere aus Styrol, Methylmethacrylat und/oder Silane, wie z. B. Triethoxysilan, Tetrafluorethylene oder andere bekannte Beschichtungen und dergleichen. Zum Beispiel können Beschichtungen verwendet werden, die Polyvinylidenfluorid, zum Beispiel erhältlich als KYNAR 301F™, und/oder Polymethylmethacrylat, zum Beispiel mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 300.000 bis 350.000, wie z. B. käuflich von Soken erhältlich, enthalten. In Ausführungsformen können Polyvinylidenfluorid und Polymethylmethacrylat (PMMA) in Anteilen von 30 bis 70 Gew.-% bis zu von 70 bis 30 Gew.-%, in Ausführungsformen von 40 bis 60 Gew.-% bis zu von 60 bis 40 Gew.-% gemischt werden. Die Beschichtung kann ein Beschichtungsgewicht von zum Beispiel 0,1 bis 5 Gew.-% des Trägers, in Ausführungsformen von 0,5 bis 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 0,05 bis 10 Gewichtsprozent, in Ausführungsformen von 0,01 bis 3 Gewichtsprozent, 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 Trägerkernpartikel 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 25 bis 100 µm, in Ausführungsformen in einer Größe von 50 bis 75 µm umfassen, der mit 0,5% bis 10 Gew.-%, in Ausführungsformen von 0,7% bis 5 Gew.-% einer leitfähigen Polymermischung, die zum Beispiel Methylacrylat und Kohlenstoffschwarz umfasst, unter Verwendung der in den US 5,236,629 A und US 5,330,874 A beschriebenen Verfahren beschichtet wurde.
Die Trägerpartikel können in verschiedenen geeigneten Kombinationen mit den Tonerpartikeln vermischt werden. Die Konzentrationen können von 1 Gew.-% bis 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 können für elektrostatographische oder elektrophotographische Prozesse eingesetzt werden. In Ausführungsformen kann eine beliebige bekannte Art von Bildentwicklungssystem in einer Bildentwicklungsvorrichtung eingesetzt werden, einschließlich zum Beispiel Magnetbürstenentwicklung, springende Einkomponenten-Entwicklung (jumping singlecomponent 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 elektrophotographischen 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 elektrophotographische Vorrichtung kann einen Hochgeschwindigkeitsdrucker, einen Schwarz-Weiß-Hochgeschwindigkeitsdrucker, 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 70°C bis 160°C, in Ausführungsformen von 80°C bis 150°C, in weiteren Ausführungsformen von 90°C bis 140°C erhitzt werden.
In Ausführungsformen, in denen das Tonerharz vernetzbar ist, kann ein solches Vernetzen auf eine beliebige geeignete Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann das Tonerharz während des Schmelzfixieren des Toners auf dem Substrat vernetzt werden, wenn das Tonerharz bei der Fixiertemperatur vernetzbar ist. Das Vernetzen kann auch durch Erhitzen des fixierten Bildes auf eine Temperatur bewirkt werden, bei der das Tonerharz vernetzt wird, zum Beispiel in einem Arbeitsschritt nach der Fixierung. In Ausführungsformen kann das Vernetzen bei Temperaturen von 160°C oder weniger, in Ausführungsformen von 70°C bis 160°C, in weiteren Ausführungsformen von 80°C bis 140°C bewirkt werden.
Unter Verwendung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung können hoch pigmentierte Toner erzeugt werden, mit denen weniger Toner zum Erhalt des gleichen Bildes benötigt wird. Diese hoch pigmentierten Toner können eine Erhöhung der Pigmentbeladung von 45% über der nominellen Beladung aufweisen. Die Verringerung der Tonermasse pro Einheitsfläche (TMA) auf dem Druck führt zu einer dünneren Tonerschicht. Um die reduzierte TMA zu kompensieren und weiterhin die korrekte optische Dichte zu erhalten, sollte die Pigmentbeladung im Toner proportional zur TMA-Verringerung erhöht werden, sodass die gesamte Pigmentmenge in der Bildschicht gleich bleibt. Dies verringert die laufenden Tonerkosten proportional zur TMA-Verringerung. Die dünneren Tonerschichten führen auch zu einem eher Offset-artigen Aussehen und Gefühl des Drucks, da Offsett-Tinten dünnere Bildschichten auf dem Druck erzeugen.
So kann ein Toner der vorliegenden Offenbarung, wie in 1 dargestellt, im Vergleich zu einem herkömmlichen Toner (1A) hoch pigmentiert sein (1B) und von größerer Größe, aber weiterhin eine Tonerschicht von erwünschter, geringerer Dicke und TMA bieten. Unter Verwendung der Verfahren der vorliegenden Offenbarung, wie oben angegeben, können Toner mit einem volumengemittelten Durchmesser von 3 bis 10 Mikrometer, in Ausführungsformen von 3,3 bis 8,5 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von 3,3 bis 7 Mikrometer, in Ausführungsformen 5,8 Mikrometer hergestellt werden. Die Dicke eines mit solch einem Toner erzeugten Bildes, die hierin gelegentlich in Ausführungsformen als Tonerlagenhöhe bezeichnet wird, oder die Dicke einer 100%igen Monolage eines festen Bereichs eines Farbmessfeldes einer einzelnen Farbe kann von 0,5 Mikrometer bis 7 Mikrometer, in Ausführungsformen von 1 Mikrometer bis 6 Mikrometer, in weiteren Ausführungsformen von 2 Mikrometer bis 5 Mikrometer betragen.
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 20°C bis 25°C.
BEISPIELE
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Ein magentafarbener EA-Polyestertoner wurde mit einer nominellen Pigmentmenge in einer Ansatzgröße von 2 Litern unter Verwendung von 270 Gramm trockenem Toner hergestellt. 58 Gramm eines amorphen Harzes mit hohem Molekulargewicht in einer Emulsion, wobei das amorphe Harz ein Molekulargewicht von 85.000 aufwies, wurden mit 58 Gramm eines amorphen Harzes mit geringem Molekulargewicht in einer Emulsion vereint, wobei dieses amorphe Harz ein Molekulargewicht von 20.000 aufwies. Beide amorphen Harze wiesen die folgende Formel auf:
in der m von 5 bis 1000 betrug.
Dazu wurden 18 Gramm eines kristallinen Harzes in einer Emulsion gegeben. Das kristalline Harz wies die folgende Formel auf:
in der b von 5 bis 2000 betrug und d von 5 bis 2000 betrug. Das kristalline Harz wurde so zugegeben, dass es in einer Menge von 6,7 Gew.-% des Toners vorhanden war. Diese Mischung wurde mit 12 Gramm Pigment in einer Dispersion, PR122 (4,5 Gew.-% des Toners) und PR269 (4,5 Gew.-% des Toners) und 24 Gramm eines Polyethylenwachses (käuflich von IGI erhältlich) in einer Dispersion (9 Gew.-% des Toners) versetzt und vermischt und dann wurde der pH-Wert unter Verwendung von 0,3M Salpetersäure auf 4,2 eingestellt.
Die Aufschlämmung wurde anschließend insgesamt 10 Minuten lang mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute (UpM) unter Zugabe von 1,35 Gramm Aluminiumsulfat als Koagulationsmittel homogenisiert. Die Toneraufschlämmung wurde dann in den 2 Liter fassenden Büchireaktor überführt und erhitzt, um die Aggregation zu starten. Die Toneraufschlämmung wurde bei einer Temperatur von 43°C aggregiert. Während der Aggregation wurde die Tonerpartikelgröße genau überwacht. Sobald die Partikel eine Größe von 4,8 Mikrometer erreichten, wurde eine Schale, welche die gleichen amorphen Emulsionen wie oben beschrieben umfasste, zugegeben, um die endgültige, angestrebte Partikelgröße von 5,8 Mikrometern zu erreichen. Durch eine pH-Wert-Einstellung unter Verwendung von Natriumhydroxid (NaOH) und einem Chelatisierungsmittel, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, (VERSEHE-100), wurde der Aggregationsschritt eingefroren. Der Prozess wurde fortgeführt, wobei die Reaktortemperatur (Tr) auf 85°C erhöht wurde, während ein pH 7,5 gehalten wurde, bis Tr 85°C betrug. Sobald 85°C erreicht waren, wurde der pH-Wert der Toneraufschlämmung durch Zugabe von verdünnter Salpetersäure auf 7 verringert und dort gehalten, bis die Rundheit ≥ 0,960 erreichte.
Die so hergestellten, fertigen Tonerpartikel hatten eine Partikelgröße (D50) von 5,8 Mikrometern bzw. eine Rundheit von 0,963.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Ein magentafarbener EA-Polyestertoner wurde wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt, außer dass dieser Toner eine 45% höhere Pigmentmenge enthielt. Genauer gesagt umfassten die Pigmentdispersionen PR122 (6,525 Gew.-% des Toners) und PR269 (6,525 Gew.-% des Toners). Sobald die Tr 85°C erreicht hatte, wurde der pH-Wert der Toneraufschlämmung durch Zugabe von verdünnter Salpetersäure auf 7 verringert und dort 3 Stunden lang gehalten. Die fertigen Tonerpartikel hatten eine Partikelgröße (D50) von 5,8 Mikrometern bzw. eine Rundheit von 0,940.
BEISPIELE 1 UND 2
Es wurden magentafarbene EA-Polyestertoner mit einer 45% höheren Pigmentmenge wie in Vergleichsbeispiel 2 hergestellt, außer dass zu Beginn der Koaleszenz 0,1% Kupfernitrat zugegeben wurde. (Beispiel 1 und 2 waren Wiederholungen des gleichen Beispiels.) Insbesondere wurde der gleiche Prozess wie im oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt, außer dass nach dem Einfrieren des Aggregationsschritts der Prozess fortgeführt wurde, während die Reaktortemperatur (Tr) unter Aufrechterhaltung eines pH-Werts von > 7,5 erhöht wurde, bis Tr 85°C betrug. Sobald 85°C erreicht waren, wurde der pH-Wert der Toneraufschlämmung durch Zugabe von verdünnter Salpetersäure auf 7 verringert und Kupfer(II)nitrat wurde in einer Menge von 0,1 Gew.-% des Toners zugegeben und die Aufschlämmung wurde dort 3 Stunden lang gehalten (die gewünschte Rundheit wurde nach 30 Minuten erreicht). Die fertigen Tonerpartikel hatten eine Partikelgröße (D50) von 5,8 Mikrometern bzw. eine Rundheit von 0,960.
Die für die oben beschriebenen Toner erreichte Rundheit wurde als Funktion der Zeit während der Koaleszenz aufgetragen, wie in 2 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich, wurde in Vergleichsbeispiel 1 mit der nominellen Pigmentbeladung die erwünschte Rundheit innerhalb von 3 Stunden Koaleszenz erreicht. Bei Vergleichsbeispiel 2 mit der um 45% erhöhten Pigmentbeladung erreichte der Toner die angestrebte Rundheit selbst nach 3 Stunden Koaleszenz nicht. Bei den Beispielen 1 und 2, in denen der gleiche Prozess wie in Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt wurde, außer dass zu Beginn der Koaleszenz 0,1 Gew.-% Kupfernitrat zugegeben wurde, erhöhte sich die Koaleszenzgeschwindigkeit dramatisch, sodass die angestrebte Rundheit in nur wenig mehr als 30 Minuten erreicht war.
Laboraufladung
Beispiele 1 und 2 wurden mit einem gebräuchlichen Zusatzstoffpaket für eine Laboraufladung vermischt.
Das verwendete Zusatzstoffpaket war wie folgt:

0,88% mit einem Decylsilan behandeltes Titandioxid, käuflich erhältlich als JMT2000 von Tayca;
1,71 % eines mit Polydimethylsiloxan oberflächenbehandeltes Siliciumdioxid, käuflich als RY50 von Evonik (von Nippon Aerosil) erhältlich;
1,73% eines mit Hexamethyldisilazan oberflächenbehandeltes Sol-Gel-Siliciumdioxid, käuflich als X24-9163A von Nisshin Chemical Kogyo erhältlich;
0,55% eines Cerdioxids, käuflich als E10 von Mitsui Mining & Smelting erhältlich; und 0,2% Zinkstearat.

Entwicklerproben wurden mit 0,5 Gramm der Tonerprobe und 10 Gramm des Trägers hergestellt. Es wurde ein doppeltes Entwicklerprobenpaar hergestellt. Ein Entwickler des Paares wurde über Nacht in einer A-Zone (28°C/85% RH) klimatisiert und der andere wurde über Nacht in einer Umweltkammer mit C-Zone (10°C/15% RH) klimatisiert. Am nächsten Tag wurden die Entwicklerproben versiegelt und 2 Minuten lang und anschließend 1 Stunde lang unter Verwendung eines Turbula-Mischers gerührt. Nach 2 Minuten und 1 Stunde Mischen wurde die triboelektrische Aufladung des Toners unter Verwendung eines Ladungsspektrographen unter Verwendung eines Feldes mit 100 V/cm gemessen. Die Toneraufladung (q/d) wurde visuell als Mittelpunkt der Toneraufladungsverteilung gemessen. Die Aufladung wurde in Millimeter Verschiebung von der Nulllinie erfasst. (Die Verschiebung in mm kann durch Multiplikation mit 0,092 Femtocoulomb/mm in die q/d-Aufladung in Femtocoulomb pro Mikrometer umgerechnet werden.) Nach 1 Stunde Mischen wurden weitere 0,5 Gramm Tonerprobe zu dem bereits aufgeladenen Entwickler gegeben und weitere 15 Sekunden lang gemischt, wobei wiederum eine q/d-Verschiebung gemessen wurde, und dann wurde weitere 45 Sekunden lang gemischt (insgesamt 1 Minute Mischen), und wiederum wurde eine q/d-Verschiebung gemessen. Als ein Vergleich wurde ein käuflich erhältlicher magentafarbener Toner von Xerox 700 Digital Color Press verwendet. Die für die Toner der Beispiele erhaltenen Aufladungsergebnisse sind in 3 dargelegt und die Aufladungsergebnisse für die käuflich erhältlichen magentafarbenen Toner sind in 4 dargelegt. Wie aus den Figuren ersichtlich wiesen die magentafarbenen Toner aus den Beispielen 1 und 2 verglichen mit den magentafarbenen Produktionstonern eine gleiche oder geringfügig bessere Laboraufladung bei geringfügig verbesserter Empfindlichkeit gegenüber relativer Luftfeuchtigkeit (RH) auf. Dies belegt, dass die Kupferbehandlung zu Beginn der Koaleszenz keine nachteiligen Auswirkungen auf die resultierenden Toner hatte.
BEISPIEL 3
Es wurde ein grüner Polyestertoner unter Zugabe von Kupfernitrat zu Beginn der Koaleszenz wie folgt hergestellt. Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 und 2 oben durchgeführt, außer dass die Pigmentdispersion PG 7 umfasste (7,95 Gew.-% des Toners). Wie in den Beispielen 1 und 2 wurde zu Beginn der Koaleszenz Kupfer(II)nitrat in einer Menge von 0,1 Gew.-% des Toners zugegeben und die Koaleszenz erfolgte über 3 Stunden.
Die fertigen Tonerpartikel hatten eine Partikelgröße (D50) von 7,4 Mikrometern bzw. eine Rundheit von 0,958.

Claims

Verfahren, umfassend die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge: In-Kontakt-Bringen mindestens eines Polyesterharzes mit mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion; das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer Metallverbindung, die ein Metall wie z. B. Kupfer, Eisen und Legierungen davon umfasst, zu den kleinen Partikeln; Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln; und Gewinnung der Tonerpartikel, wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mindestens eine Polyesterharz mindestens ein amorphes Polyesterharz, gegebenenfalls in Kombination mit mindestens einem kristallinen Polyesterharz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das mindestens eine amorphe Harz die folgende Formel aufweist:
in der m von 5 bis 1.000 ist; oder wobei das kristalline Harz die folgende Formel aufweist:
in der b von 5 bis 2.000 ist und d von 5 bis 2.000 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Metallverbindung aus der Gruppe bestehend aus Nitraten, Sulfaten, Halogeniden, Acetaten, Phosphaten, Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Kombinationen davon ausgewählt wird; oder wobei die Metallverbindung aus der Gruppe bestehend aus Kupfer(II)nitrat und Eisennitrat ausgewählt wird; oder wobei das Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikel über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 5 Stunden erfolgt und dabei Tonerpartikel mit einer Rundheit zwischen 0,95 und 0,998 erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das mindestens eine amorphe Harz mindestens ein amorphes Harz mit niedrigem Molekulargewicht in Kombination mit mindestens einem amorphen Harz mit hohem Molekulargewicht umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Farbmittel Farbstoffe, Pigmente, Kombinationen aus Farbstoffen, Kombinationen aus Pigmenten und Kombinationen aus Farbstoffen und Pigmente umfasst, die in einer Menge von 4 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent des Toners und gegebenenfalls von 5 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sind, und wobei des Weiteren das optionale Wachs aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Japanwachs, Jojobaöl, Bienenwachs, Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, makrokristallinem Wachs, Fischer-Tropsch-Wachs, Stearylstearat, Behenylbehenat, Butylstearat, Propyloleat, Glyceridmonostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythrittetrabehenat, Diethylenglykolmonostearat, Dipropylenglykoldistearat, Diglyceryldistearat, Triglyceryltetrastearat, Sorbitanmonostearat, Cholesterylstearat sowie Kombinationen davon ausgewählt wird und in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent des Toners vorhanden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Aufbringen der Tonerpartikel auf ein Substrat und Schmelzfixieren der Tonerpartikel auf dem Substrat; wobei ein Bild erzeugt wird, bei dem der Toner eine Tonerlagenhöhe von 0,5 Mikrometer bis 7 Mikrometer aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: In-Kontakt-Bringen mindestens eines amorphen Harzes mit mindestens einem kristallinen Harz, mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion; das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer Metallverbindung, die aus der Gruppe bestehend aus Nitraten, Sulfaten, Halogeniden, Acetaten, Phosphaten, Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Kombinationen davon ausgewählt wird und ein Metall umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Eisen und Legierungen davon ausgewählt wird, zu den kleinen Partikeln; Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikeln; und Gewinnung der Tonerpartikel, wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Koaleszieren der aggregierten Partikel zur Bildung von Tonerpartikel über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 5 Stunden erfolgt und Tonerpartikel mit einer Rundheit zwischen 0,95 und 0,998 erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend: In-Kontakt-Bringen mindestens eines amorphen Harzes mit mindestens einem kristallinen Harz, mindestens einem Farbmittel, mindestens einem Tensid und einem optionalen Wachs zur Bildung einer kleine Partikel umfassenden Emulsion; das Aggregieren der kleinen Partikel; Zugabe einer Metallverbindung, die aus der Gruppe bestehend aus Nitraten, Sulfaten, Halogeniden, Acetaten, Phosphaten, Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Kombinationen davon ausgewählt wird und ein Metall umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Eisen und Legierungen davon ausgewählt wird, zu den kleinen Partikeln; Koaleszieren der aggregierten Partikel über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 5 Stunden zur Bildung von Tonerpartikeln; und Gewinnung der Tonerpartikel, wobei das Farbmittel Farbstoffe, Pigmente, Kombinationen aus Farbstoffen, Kombinationen aus Pigmenten und Kombinationen aus Farbstoffen und Pigmente umfasst, die in einer Menge von 4 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent des Toners vorhanden sind, und wobei die Tonerpartikel einen volumengemittelten Durchmesser von 3 Mikrometer bis 10 Mikrometer und einer Rundheit von 0,95 bis 0,998 aufweisen.