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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ladungssteuerungsmittel zur Steuerung
bzw. Kontrolle der Aufladbarkeit von Tonern, die für die Elektrofotografie,
die elektrostatische Aufzeichnung, das elektrostatische Drucken
und dergleichen verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch einen
Toner, in dem das Ladungssteuerungsmittel verwendet wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
Kopierern und Druckern, die von dem Prinzip der Elektrofotografie
Gebrauch machen, wird ein Entwicklungsverfahren verwendet, worin
ein vorher aufgeladener trockener Toner einem elektrostatischen
latenten Bild, das auf einem elektrofotografischen fotosensitiven
bzw. lichtempfindlichen Körper
gebildet worden ist, zugeführt
wird, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Im Allgemeinen wird, in
dem trockenen Toner, die Oberfläche
der Tonerteilchen durch Reibung zwischen den Tonerteilchen im Fall
eines Einzelkomponentensystems geladen, in dem ein magnetisches
Pulver wie ein Eisenpulver in das innere der Tonerpartikel bzw.
-teilchen eingearbeitet wird. Im Fall eines Zweikomponentensystems
wird die Oberfläche
der Tonerteilchen durch Vermischen und Rühren der Tonerteilchen mit
einem magnetischen Pulver aufgeladen. Die Ladeeigenschaften wie
die anfängliche
Aufladbarkeit, die Stabilität
des Ladungsgrads über
die Zeit und die Sättigungsladungsmenge
der Tonerteilchen beeinflussen in erheblichem Umfang die Qualität des elektrostatischen
Drucks. Deshalb wird zur ständigen
Kontrolle dieser physikalischen Eigenschaften und zum Beibehalten
eines stabilen Zustands ein positiv aufladbares oder ne gativ aufladbares
Ladungssteuerungsmittel häufig
Tonerpartikeln bei der Herstellung der Partikel zugesetzt.
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Bislang
ist Nigrosin als Ladungssteuerungsmittel verwendet worden, dass
schwarzen Tonern Aufladbarkeit verleiht. Jedoch weist Nigrosin ein
starkes Färbungsvermögen auf
und beeinflusst so den Ton von Farben mit Ausnahme von schwarz ungünstig, so
dass es schwierig ist, es bei Farbtonern einzusetzen, die in jüngster Zeit
zunehmend nachgefragt werden.
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Überdies
sind die Sicherheitsanforderungen an chemische Substanzen über die
letzten Jahre allmählich
strenger geworden. Selbst bei Ladungssteuerungsmitteln ist es erforderlich,
flüchtige
organische Verbindungen (VOC) soweit wie möglich zu reduzieren, die sich
beim Verkneten mit einem Tonerharz oder beim tatsächlichen
Hochgeschwindigkeitsdrucken in einem Kopierer bilden. Nigrosin enthält jedoch
Spuren von Anilin und die vollständige
Entfernung von Anilin ist schwierig, so dass es möglich ist,
dass die Verwendung von Nigrosin mit Spuren von geruchsintensivem
und schädlichem
Anilin in Zukunft reguliert werden könnte.
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Als
von Nigrosin verschiedene Ladungskontrollmittel können beispielsweise
erwähnt
werden quaternäre
Ammoniumsalze, die in der JP-A-62-53944 (entsprechend dem US-Patent
US 4,683,188 und
4,780,553 ) (der hier verwendete
Begriff „JP-A" bedeutet „ungeprüfte veröffentlichte
japanische Patentanmeldung")
und JP-A-3-27052 offenbart sind, ein Polyamin mit einer wiederkehrenden
Einheit, in der ein Pyrolring oder eine Phenyliminogruppe und ein
Piperazinring oder eine Iminogruppe über Methylengruppen gebunden
sind, wie in der JP-A-51-9456 (entsprechend dem US-Patent 4,021,358)
offenbart, ein Polyamin mit einer wiederkehrenden Einheit, worin
eine Phenyliminogruppe und ein Piperazinring durch Methylengruppen
gebunden sind, wie in der JP-A-58-171060 beschrieben, und ein Poly amin,
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Poly(phenylimino) und Poly(alkylimino),
wie in der JP-A-6-348061
(entsprechend dem US-Patent 5,491,043) offenbart.
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Die
in der JP-A-62-53944 (entsprechend dem US-Patent 4,780,553) und
JP-A-3-27052 offenbarten quaternären
Ammoniumsalze sind farblos oder weisen nur einen leichten Farbton
auf, so dass es möglich
ist, sie als Ladungssteuerungsmittel zu verwenden. Jedoch weisen
diese Verbindungen die Nachteile auf, dass die thermische Stabilität ungenügend ist
und somit neigen diese Verbindungen dazu, eine thermische Zersetzung
und Verfärbung
hervorzurufen, wenn sie mit einem Bindemittelharz für Toner
verknetet werden, und auch die Aufladbarkeiten sind im Vergleich
zu Nigrosin deutlich schlechter.
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Außerdem weist
das in der JP-A-6-348061 (entsprechend dem US-Patent 5,491,043) offenbarte Polyamin
den Nachteil auf, dass es eine Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt
ist, und somit zur Verfärbung beim
Verkneten mit einem Tonerharz neigt, und daher ist es schwierig,
es als Ladungssteuerungsmittel für Farbtoner
zu verwenden. Des Weiteren bewirken die in der JP-A-51-9456 (entsprechend
US-Patent 4,021,358) und in der JP-A-58-171060 offenbarten Polyamine nahezu
keine Verfärbung,
besitzen jedoch die Nachteile, dass beim Verkneten mit einem Bindemittelharz
für einen
Toner thermische Zersetzung auftritt, dass sie eine sehr schlechte
Dispergierbarkeit in einem Tonerharz aufweisen, und dass sie in
Bezug auf ihre Aufladbarkeiten nicht immer exzellent sind. Wie oben
beschrieben ist bislang noch kein Ladungssteuerungsmittel gefunden
worden, dass farblos oder lediglich einen leichten Farbton aufweist,
hervorragende Aufladbarkeiten besitzt, für Farbtoner verwendbar ist
und überdies
nur eine geringe Menge an flüchtigen
organischen Verbindungen (VOCs) emittiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Ladungssteuerungsmittels, das nicht nur für schwarze Toner, sondern auch
für Farbtoner
verwendet werden kann, nur eine geringe VOC-Menge emittiert und
in seinen Aufladbarkeiten, insbesondere in der Ladungsmenge und
der Stabilität
des Ladungsgrads hervorragend ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Toners, umfassend das Ladungssteuerungsmittel.
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Andere
Aufgaben und Wirkungen der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich.
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgaben stellt die Erfindung bereit:
- (1) ein Ladungssteuerungsmittel, umfassend
ein Polyamin mit einer wiederkehrenden Struktur der folgenden allgemeinen
Formel (I): worin R1 bis
R4 unabhängig
voneinander für
eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom
stehen, n 0 oder 1 bedeutet, und
wenn n = 0, R5 für eine Alkylengruppe
mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen steht, die einen Substituenten ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
und einer Phenylgruppe aufweisen kann, und
wenn n = 1, A für eine Phenylengruppe
steht, worin das bzw. die Wasserstoffatom(e) an dem Ring durch (eine)
Alkylgruppe(n) mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ersetzt sein kann bzw.
können
und R5 und R6 jeweils unabhängig voneinander
für eine
Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen stehen mit der Maßgabe, dass
die Summe der Kohlenstoffatome der Alkylengruppen, die durch R5 und R6 dargestellt
werden, von 2 bis 9 reicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Ladungssteuerungsmittel
umfasst ein Polyamin mit einer wiederkehrenden Struktur der oben
genannten allgemeinen Formel (I). In der oben genannten allgemeinen
Formel (I) stehen R1 bis R4 unabhängig voneinander
für eine
Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom und
n steht für
0 oder 1.
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In
dem Fall, in dem n 0 ist, steht R5 für eine Alkylengruppe
mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
und einer Phenylgruppe aufweisen kann. Beispiele für einen
solchen Fall von R5 schließen lineare
Alkylengruppen wie eine Butylengruppe, Pentamethylengruppe, Hexamethylengruppe,
Heptamethylengruppe, Octamethylengruppe, Nonamethylengruppe, Decamethylengruppe,
Undecamethylengruppe, Dodecamethylengruppe, Tridecamethylengruppe,
Tetradecamethylengruppe und Pentadecamethylengruppe; Alkylengruppen,
in denen ein Teil der Wasserstoffatome durch (einen) Substituent(en)
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus einer Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe,
Butylgruppe und Phe nylgruppe und dergleichen ein. Unter diesen Alkylengruppen
ist eine lineare Alkylengruppe mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen bevorzugt
und besonders bevorzugt ist eine lineare Alkylengruppe mit 6 bis
12 Kohlenstoffatomen.
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In
der oben genannten allgemeinen Formel (I) können zwei oder mehr von R5 gleich oder voneinander verschieden sein,
falls n 0 ist. Ferner kann das Polyamin ein Polyamin sein, in dem
zwei oder mehrere von R5 aus einer Kombination
einer kleinen Menge einer Alkylengruppe mit einer kleinen Anzahl
an Kohlenstoffatomen wie einer Methylengruppe, Ethylengruppe oder
Propylengruppe und einer Alkylengruppe mit einer großen Anzahl
an Kohlenstoffatomen wie einer Hexamethylengruppe oder einer Decamethylengruppe
bestehen. Im Fall einer solchen Kombination resultiert die Verwendung
eines zu hohen Methylengruppenverhältnisses in einem Polyamin,
das einen hohen Schmelzpunkt aufweist und sehr hart ist, so dass
die Dispergierbarkeit in einem Bindemittelharz tendenziell bei der
Verknetung schlecht ist. Ferner führt die Verwendung eines zu
hohen Ethylengruppen- oder Propylengruppenverhältnisses zu einem Polyamin,
das aufgrund der Piperazingruppe eine starke Hydrophilie und somit
eine hohe Affinität
zu Wasser aufweist, so dass das Polyamin zum Zeitpunkt seiner Vermischung
mit einem Toner Luftfeuchtigkeit adsorbiert und deshalb die Ladungsmenge
tendenziell abnimmt. Demgemäß beträgt im Fall
der kombinierten Verwendung einer Alkylengruppe mit einer kleinen
Anzahl an Kohlenstoffatomen das Verhältnis bzw. der Anteil der Alkylengruppe
mit einer kleinen Kohlenstoffzahl vorzugsweise 10 Mol-% oder weniger,
bezogen auf die R5-Gesamtzahl.
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Andererseits
weist – in
der oben genannten allgemeinen Formel (I) – ein Polyamin, worin n für 0 steht und
sämtliche
R5-Reste
Methylengruppen sind, einen hohen Schmelzpunkt auf, und ist sehr
hart, so dass die Dispergierbarkeit in einem Binde mittelharz beim
Verkneten sehr schlecht ist, was seine Verwendung unmöglich macht.
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In
dem Fall, in dem n für
1 steht, bedeutet A eine Phenylengruppe, in der ein oder mehrere
Wasserstoffatome an dem Ring durch eine oder mehrere Alkylgruppen
mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ersetzt sein kann bzw. können und
die Phenylengruppe kann eine p-Phenylengruppe, m-Phenylengruppe
oder o-Phenylengruppe sein, wobei jedoch eine p-Phenylengruppe besonders
bevorzugt ist. R5 und R6 stehen
jeweils unabhängig voneinander
für eine
Alkylengruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, aber die Summe der
Kohlenstoffatome der Alkylgruppen von R5 und
R6 reicht von 2 bis 9.
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In
dem Fall, in dem n 1 ist, schließen Beispiele für R5 und R6 eine Methylengruppe,
Ethylengruppe, Propylengruppe, Butylengruppe, Pentamethylengruppe,
Hexamethylengruppe, Heptamethylengruppe und Octamethylengruppe ein.
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In
der oben genannten allgemeinen Formel (I) ist ein Polyamin bevorzugt,
worin n 0 ist, R1 bis R4 sämtlich für Wasserstoffatome
stehen und R5 eine lineare Alkylengruppe
mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen ist, und besonders bevorzugt ist
das Polyamin, worin R5 eine lineare Alkylengruppe
mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen ist. Ferner ist in der allgemeinen
Formel (I) oben ein Polyamin besonders bevorzugt, worin n 1 ist,
R1 bis R4 sämtlich für Wasserstoffatome
stehen, A eine p-Phenylengruppe
ist und sowohl R5 als auch R6 Methylengruppen sind.
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Im
Allgemeinen kann ein Polyamin zur Verwendung in der Erfindung in
einfacher Weise durch Auflösen
einer Verbindung mit einem Piperazinskelett in einem organischen
Lösungsmittel,
tropfenweiser Zugabe eines Dihalogenids wie eines Dihalogenalkans
oder einer Alkan-Disulfonat-Verbindung wie Hexan-1,6- di-p-toluolsulfonat
bei erhöhter
Temperatur zur Herbeiführung
einer Reaktion miteinander und anschließende Neutralisation des resultierenden
Produkts mit Alkali hergestellt werden.
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Die
Verbindung mit einem Piperazingerüst bzw. -skelett zur Verwendung
als synthetisches Ausgangsmaterial für das Polyamin unterliegt keinen
besonderen Beschränkungen
soweit die sekundären
Aminogruppen des Piperazingerüsts
reaktiv sind und die Kohlenstoffatome des Gerüsts ein oder mehrere Wasserstoffatome
oder Alkylgruppe(n) mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispiele
für eine
solche Verbindung mit einem Piperazingerüst schließen Piperazin, 2-Methylpiperazin,
2-Butylpiperazin,
2,3-Dimethylpiperazin, 2,3,5-Trimethylpiperazin, 2,3,5,6-Tetramethylpiperazin
und dergleichen ein. Darunter sind Piperazin und 2-Methylpiperazin
besonders bevorzugt. Überdies
können
diese Verbindungen mit einem Piperazingerüst einzeln oder in Kombination
miteinander verwendet werden.
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Beispiele
für das
Dihalogenid zur Verwendung als synthetisches Ausgangsmaterial für das Polyamin schließen 1,4-Dichlorbutan, 1,5-Dichlorpentan,
1,6-Dichlorhexan, 1,7-Dichlorheptan, 1,8-Dichloroctan, 1,9-Dichlornonan,
1,10-Dichlordecan, 1,11-Dichlorundecan, 1,12-Dichlordodecan, 1,13-Dichlortridecan,
1,14-Dichlortetradecan, 1,15-Dichlorpentadecan, 1,6-Dibromhexan,
1,8-Dibromoctan, 1,6-Diiodhexan, 2,2-Dimethyl-1,3-dichlorpropan, p-Xylylendichlorid,
m-Xylylendichlorid, o-Xylylendichlorid und dergleichen ein. Darunter sind
1,6-Dichlorhexan, 1,8-Dichloroctan und 1,10-Dichlordexan besonders
bevorzugt.
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Diese
Dihalogenide können
einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Im Fall,
dass das Verhältnis
der Dihalogenide mit einer kleinen Kohlenstoffanzahl wie Dichlormethan,
1,2-Dichlorethan oder 1,3-Dichlorpropan hoch ist, insbesondere in
dem Fall, in dem Dichlormethan verwendet wird, weist das resultierende
Polyamin einen erhöhten
Schmelzpunkt auf und die Dispergierbarkeit in einem Bindemittelharz
ist tendenziell beim Verkneten des Polyamins mit dem Bindemittelharz
schlecht. Auch im Fall der Verwendung von insbesondere 1,2-Dichlorethan
oder 1,3-Dichlorpropan behält
das resultierende Polyamin eine starke Affinität zu Wasser, so dass das Polyamin
beim Vermischen mit einem Toner Luftfeuchtigkeit adsorbiert und
daher die Ladungsmenge tendenziell abnimmt. Demgemäß ist es
bei Verwendung eines Dihalogenids mit einer kleinen Kohlenstoffanzahl
bevorzugt, das Dihalogenid mit einer kleinen Kohlenstoffanzahl in
Kombination mit einem anderen Dihalogenid wie 1,6-Dichlorhexan oder
1,10-Dichlordecan
zu verwenden. Im Fall der Verwendung des Dihalogenids mit einer
kleinen Kohlenstoffzahl beträgt
der Anteil des Dihalogenids vorzugsweise 10 Gew.-% oder weniger,
bezogen auf die Gesamtmenge an Dihalogeniden.
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Beispiele
für die
Alkan-Disulfonat-Verbindung für
die Verwendung als synthetisches Ausgangsmaterial für das Polyamin
schließen
Butan-1,4-di-p-toluolsulfonat, Hexan-1,6-di-p-toluolsulfonat, Octan-1,8-di-p-toluolsulfonat
und dergleichen ein. Darunter ist Hexan-1,6-di-p-toluolsulfonat
besonders bevorzugt.
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Ferner
liegt das Molverhältnis
der oben genannten Verbindung mit einem Piperazingerüst zu dem
Dihalogenid oder der Alkan-Disulfonat-Verbindung
vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,0, mehr bevorzugt im Bereich
von 0,8 bis 1,5.
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Ferner
kann, nachdem die Verbindung mit einem Piperazingerüst und das
Dihalogenid oder dergleichen einer vorbestimmten Reaktion unterworfen
worden sind, das resultierende Polyamin, worin eine Iminogruppe
an den Enden verbleibt, verwendet werden, nachdem es mit einer kleinen
Menge Formalin umgesetzt worden ist. Dabei wird, wenn der Formalinanteil
zu hoch ist, der Schmelzpunkt des resultierenden Polyamins erhöht und die
Dispergierbarkeit mit einem Bindemittelharz ist tendenziell beim
Verkneten schlecht. Deshalb beträgt
der Anteil vorzugsweise 10 Mol-% oder weniger in Bezug auf die Alkylengesamtmenge.
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Das
zahlenmittlere Molekulargewicht des Polyamins zur Verwendung in
der Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 500 bis 100.000,
besonders bevorzugt im Bereich von 5.000 bis 30.000. In dem Fall,
in dem das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polyamins weniger
als 500 beträgt,
weist das Polyamin einen niedrigen Schmelzpunkt auf und verflüchtigt sich
tendenziell während
des Verknetens bei der Verarbeitung zu einem Toner. Falls das zahlenmittlere
Molekulargewicht des Polyamins 100.000 übersteigt, ist die Dispergierbarkeit
bei dem vorgenannten Verkneten tendenziell schlecht. Somit sind
beide Fälle
nicht bevorzugt.
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Das
Ladungssteuerungsmittel, welches ein Polyamin mit einer wiederkehrenden
Struktur der allgemeinen Formel (I) umfasst, das in der Erfindung
verwendet wird, ist als positiv aufladbares Ladungssteuerungsmittel
zur Steuerung der Aufladbarkeiten von Tonern für die Elektrofotografie und
dergleichen anwendbar.
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Das
Verfahren zur Einarbeitung des erfindungsgemäßen Ladungssteuerungsmittels
in einen Toner unterliegt keinen besonderen Beschränkungen.
Zum Beispiel kann ein Verfahren erwähnt werden, worin eine als Ladungssteuerungsmittel
zu verwendende Verbindung zunächst
pulverisiert und dann nach weiterer Klassierung, falls erforderlich,
wird das resultierende Pulver vermischt und mit einem Tonerharz,
einem Farbstoff und weiteren den Toner bildenden Komponenten vermischt
und verknetet.
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Die
Menge des Ladungssteuerungsmittels der Erfindung beträgt zum Zeitpunkt
der Einarbeitung in einen Toner vorzugsweise 0,1 bis 15 Gewichtsteile,
besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile
eines Tonerharzes. Falls der Anteil des Ladungssteuerungsmittels
in dem Toner kleiner als 0,1 Gewichtsteile ist, wird die anfängliche
Aufladbarkeit beeinträchtigt
oder der Toner neigt zur Verflüchtigung. Andererseits
ist, falls der Anteil des Ladungssteuerungsmittels in dem Toner
15 Gewichtsteile übersteigt,
die Stabilität
des Ladungsniveaus tendenziell schlecht. Daher sind beide Fälle nicht
bevorzugt.
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Ein
positiv aufladbarer Toner kann erhalten werden, in dem das erfindungsgemäße Ladungssteuerungsmittel
nach dem vorgenannten Verfahren zugesetzt wird. Ferner können andere
Ladungssteuerungsmittel in Kombination verwendet werden, sofern
das Leistungsvermögen
des oben genannten Ladungssteuerungsmittel und der Verwendungszweck
des Toners nicht beeinträchtigt
werden. Das erfindungsgemäße Ladungssteuerungsmittel
kann auch zusammen mit einem negativ aufladbaren Ladungssteuerungsmittel,
falls erforderlich, zur Steuerung der Ladungsmenge verwendet werden,
und somit ist es möglich,
als Ladungssteuerungsmittel nicht nur einen positiv aufladbaren
Toner, sondern auch einen negativ aufladbaren Toner zu verwenden.
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Als
Tonerharz (Bindemittelharz) zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Toner
können
sämtliche bislang
bekannten für
die Elektrofotografie verwendeten Tonerharze ohne besondere Einschränkung verwendet
werden. Beispiele für
solche Tonerharze schließen
Styrolharze wie Polystyrol, Styrolmethacrylatcopolymere, Styrolmethacrylatacrylnitrilcopolymere,
Styrolbutadiencopolymer, Stryolvinylchloridcopolymer und Styrolmaleinsäurecopolymer,
Polyesterharze, Epoxyharze, Methacrylatharze, Phenolharze, Xylolharze,
Vinylchloridharze, Polyurethanharze, Polyvinylbutyralharze und dergleichen
ein. Darunter sind Styrolmethyacrylatharze und Polyesterharze besonders
bevorzugt. Im Allgemeinen wird eines von diesen Harzen verwendet,
aber es können
zwei oder mehr davon, falls erforderlich, eingesetzt werden.
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Als
Farbstoffe zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Toner können zahlreiche bekannte organische
Pigmente, anorganische Pigmente, Färbemittel und dergleichen verwendet
werden. Spezielle Beispiele hierfür schließen Schwarzpigmente wie Ruß; Blaupigmente
wie Phthalocyaninblau, Anilinblau und Ultramarinblau; Grünpigmente
wie Malachitgrün,
Phthalocyaningrün
und Brilliantgrün;
Rotpigmente wie Diodeosin, Permanentrot, Irgasinrot und Toluidinrot;
Gelbpigmente wie Benzidingelb, Chinolingelb, Schnellgelb G und Hanzagelb;
Triarylmethanfarbstoffe, Azofarbstoffe, Nigrosinfarbstoffe und dergleichen
ein.
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Falls
erforderlich, können
zu dem erfindungsgemäßen Toner
bekannte Additive wie höhere
Fettsäuren und
ihre Metallsalze, natürliche
oder synthetische Wachse und dergleichen zugegeben werden.
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Der
erfindungsgemäße Toner
ist sowohl für
einen Zweikomponentenentwickler als auch einen Einkomponentenentwickler
verwendbar. Falls beispielsweise der erfindungsgemäße Toner
als Zweikomponentenentwickler verwendet wird, wird der Toner in
Kombination mit einem Trägerpulver
verwendet. Beispiele für das
Trägerpulver
zur Verwendung hierin schließen
magnetische Pulver wie Eisenpulver, Ferritpulver und Nickelpulver,
Glaskügelchen
und dergleichen sowie Überzugsträger, erhältlich durch
Behandeln der Oberfläche der
oben genannten Trägerpulver
mit einem Harz ein.
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Falls
der erfindungsgemäße Toner
als Einkomponentenentwickler verwendet wird, kann eine Dispersion
eingesetzt werden, er hältlich
durch Zugabe einer entsprechenden Menge eines magnetischen feinen
Pulvers, wie Eisenpulver oder Ferritpulver, bei der Herstellung
des Toners, oder ein nicht magnetischer Einkomponententyp ohne magnetisches
Pulver.
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Das
Polyamin der allgemeinen Formel (I) zur Verwendung als Ladungssteuerungsmittel
der Erfindung hat im Vergleich zu den bislang verwendeten quaternären Ammoniumsalzen
ein beachtlich hohes Ladungsniveau und ist im Vergleich zu Nigrosin
in der Stabilität
des Ladungsniveaus über
die Zeit in hohem Maße
herausragend. Ferner ist es, da das Polyamin nur eine leichte Färbung aufweist,
als Ladungssteuerungsmittel nicht nur für schwarze Toner, sondern auch
für Farbtoner
extrem nützlich.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird in größerer Einzelheit
unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele
illustriert, die Erfindung sollte jedoch nicht als darauf beschränkt interpretiert
werden. Sämtliche „Teile" und „%" sind, sofern nichts
anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen.
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HERSTELLUNGSBEISPIEL 1
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In
einen Einliter-Vierhalskolben, ausgerüstet mit einem Rückflusskühler, einem
Thermometer, einer Dekantiervorrichtung und einem Rührer, wurden
100 g Piperazin und 150 g Ethanol eingebracht. Anschließend wurde
der Inhalt unter Rühren
auf 80°C
erhitzt und unter Beibehaltung der Temperatur 175 g 1,6-Dichlorhexan tropfenweise
zugesetzt. Nach Beendigung der Zugabe wurde die Reaktion 4 Stunden
lang unter Rühren
fortgesetzt. Anschließend
wurden 90 g Ethanol durch Destillation entfernt und anschließend eine
Lösung
von 92 g 98% Natriumhydroxid aufgelöst in 200 g entionisiertem
Wasser zugesetzt und eine Neutralisierungsreaktion über 1 Stunde
bei 90°C
durchgeführt.
Anschließend
wurde der Inhalt abfiltriert, weiter gewaschen und schließlich 3
Stunden lang bei 110°C
getrocknet, um 169 g eines Polyamins (P-1) zu erhalten. Das Polyamin
(P-1) wies nur eine leichte Färbung
und einen Schmelzpunkt von 148 bis 150°C und ein zahlenmittleres Molekulargewicht
(im Weiteren als „Mn" abgekürzt) von
22.000 (bezogen auf Polymethylmethacrylat) auf.
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HERSTELLUNGSBEISPIELE
2 BIS 6
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Eine
Verbindung mit einem Piperazingerüst und ein Dihalogenid wurden
in ähnlicher
Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 umgesetzt, wobei jeweils Polyamine
(P-2) bis (P-6), die in Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, erhalten
wurden.
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HERSTELLUNGSBEISPIEL 7
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In
einen Zweiliter-Vierhalskolben, ausgerüstet mit einem Rückflusskühler, einem
Thermometer, einer Dekantiervorrichtung und einem Rührer, wurden
100 g Piperazin, 365 g Ethanol und 365 g entionisiertes Wasser eingebracht.
Anschließend
wurde der Inhalt unter Rühren
auf 80°C
erhitzt und unter Beibehaltung der Temperatur 182 g p-Xylylendichlorid
tropfenweise zugesetzt. Nach Beendigung der Zugabe wurde die Reaktion
4 Stunden lang unter Rühren
fortgesetzt. Anschließend
wurde eine Lösung
von 84,7 g 98% Natriumhydroxid, aufgelöst in 164 g entionisiertem
Wasser, zugesetzt und während
Ethanol durch Destillation entfernt wurde, bis die Innentemperatur
96°C erreicht
hatte, wurde eine Neutralisierungsreaktion durchgeführt. Anschließend wurde
das Produkt mit 500 g entionisiertem Wasser verdünnt und wurde es abfiltriert,
weiter gewaschen und schließlich
5 Stunden lang bei 120°C
getrocknet, um 172 g eines Polyamins (P-7) zu erhalten. Diese Verbindung
war weiß und
besaß einen
Schmelzpunkt von 290 bis 299°C
und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 8.000 (bezogen auf
Polymethylmethacrylat).
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VERGLEICHSHERSTELLUNGSBEISPIEL
1
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In
einen Einliter-Vierhalskolben, ausgerüstet mit einem Rückflusskühler, einem
Thermometer und einem Rührer,
wurden 100 g Piperazin, 21 g Benzylamin und 340 g entionisiertes
Wasser eingebracht. Anschließend
wurde der Inhalt unter Rühren
auf 65°C
erhitzt und unter Beibehaltung der Temperatur wurden 104 g Formalin
(37%-ige wässrige
Formaldehydlösung) über einen
Zeitraum von 1 Stunde zugesetzt. Nach Beendigung der Zugabe wurde
die Temperatur auf 80°C
erhöht
und die Reaktion 2 Stunden lang unter Rühren fortgesetzt. Danach wurde
der Inhalt filtriert, gewaschen und 3 Stunden lang bei 110°C getrocknet,
um 130 g eines Polyamins (P-8) zu erhalten. Diese Verbindung war
weiß und
besaß einen
Schmelzpunkt von 289 bis 295°C
und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 23.000.
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VERGLEICHSHERSTELLUNGSBEISPIEL
2
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In
einen Einliter-Vierhalskolben, ausgerüstet mit einem Rückflusskühler, einem
Thermometer und einem Rührer,
wurden 100 g Piperazin und 340 g entionisiertes Wasser eingebracht.
Anschließend
wurde der Inhalt unter Rühren
auf 65°C
erhitzt und unter Beibehaltung der Temperatur wurden 84 g Formalin
(37%-ige wässrige Formaldehydlösung) über einen
Zeitraum von 1 Stunde zugesetzt. Nach Beendigung der Zugabe wurde
die Temperatur auf 80°C
erhöht
und die Reaktion 2 Stunden lang unter Rühren fortgesetzt. Danach wurde
der Inhalt filtriert, gewaschen und 3 Stunden lang bei 110°C getrocknet,
um 100 g eines Polyamins (P-9) zu erhalten. Diese Verbindung war
weiß und
besaß einen
Schmelzpunkt von 300°C
oder mehr und ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 30.000.
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Die
Symbole in den oben gezeigten Tabellen haben die folgenden Bedeutungen:
- 1,6-DCH:
- 1,6-Dichlorhexan
- 1,8-DCO:
- 1,8-Dichloroctan
- 1,10-DCD:
- 1,10-Dichlordecan
- 1,4-DCB:
- 1,4-Dichlorbutan
- p-XDC:
- p-Xylylendichlorid
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BEISPIEL 1
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100
Teile eines Polyesterharzes für
einen Toner (Glasübergangstemperatur
(Tg) = 61°C,
Säurezahl ≅ 7, Mw ≅ 10.000,
Mn 4.700), 1,5 Teile Polyamin (P-1), erhalten in Herstellungsbeispiel
1, 5 Teile Ruß (MA-100, hergestellt
von Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) und 2 Teile Propylenwachs („Viscol
550P", hergestellt
von Sanyo Chemical Industries, Ltd.) wurden zunächst in einem Henschell-Mischer
vermischt und anschließend
wurde das Gemisch in einer Heizwalzenmühle verknetet und danach auf
Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend wurde
das Gemisch in einer Strahlmühle
fein pulverisiert und weiter klassiert, um ein Pulver mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm und damit
einen schwarzen Toner zu erhalten bzw. herzustellen.
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BEISPIELE 2 BIS 7
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Ein
schwarzer Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass jedes
der Polyamine (P-2)
bis (P-7), die in den Herstellungsbeispielen 2 bis 7 erhalten worden
waren, anstelle des Polyamins (P-1), das in Herstellungsbeispiel
1 erhalten worden war, verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Ein
schwarzer Toner wurde in einer ähnlichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass das in
Vergleichsherstellungsbeispiel 1 erhaltene Polyamin (P-8) anstelle
des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Ein
schwarzer Toner wurde in einer ähnlichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass das in
Vergleichsherstellungsbeispiel 2 erhaltene Polyamin (P-9) anstelle
des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-1) verwendet wurde.
Da das Polyamin (P-9) einen hohen Schmelzpunkt aufwies und eine
harte Verbindung darstellte, war seine Dispergierbarkeit in dem
Polyesterharz sehr schlecht.
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VERGLEICHSBEISPIEL 3
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Ein
schwarzer Toner wurde in einer ähnlichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass eine
Verbindung (P-10) der unten gezeigten Formel anstelle des in Herstellungsbeispiel
1 erhaltenen Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIEL 4
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Ein
schwarzer Toner wurde in einer ähnlichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass ein handelsübliches
Nigrosin (Bontron N-04, ein mit einem Harz verknetetes Produkt,
das etwa 55% als Nigrosin-Grundlage enthält) anstelle des in Herstellungsbeispiel
1 verwendeten Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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METHODE ZUR
BEWERTUNG VON TONERN
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(A) Messung der Ladungsmenge:
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Vier
Gramm von jedem der in den Beispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispielen
1 bis 4 erhaltenen Toner und 96 g eines mit einem Silikonharz behandelten
Ferritträgers
wurden in eine 100-ml-Plastikflasche eingebracht. Die Plastikflasche
wurde auf eine Kugelmühle
gestellt und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 200 U/min rotieren
gelassen, wobei nach 3 Minuten, 10 Minuten und 60 Minuten Proben
gezogen wurden. Die Ladungsmenge jeder Probe wurde durch eine Vorrichtung „TB-200", hergestellt von
Toshiba Chemical Corporation, zur Messung der Abblasladungsmenge
bestimmt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 und 4 zusammengefasst.
In den Tabellen werden diejenigen, deren Ladungsmenge über die
Zeit nicht stabil war, als mangelhaft bewertet.
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(B) Drucktest:
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Unter
Verwendung der in den Beispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispielen
1 bis 4 erhaltenen Tonern wurden Drucktests mit einer handelsüblichen
magnetischen Zweikomponenten-Entwicklungsmaschine
durchgeführt,
wobei die optische Dichte (OD) des festen Druckbilds (1) auf dem
10. Blatt und (2) dem 50000. Blatt nach Beginn des Druckens mittels
eines Macbeth-Densitometers
bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 zusammengefasst.
In den Tabellen werden diejenigen, deren OD über die Zeit nicht stabil ist, als
mangelhaft bewertet. Im Übrigen
wurde mit dem Toner, in dem das Polyamin (P-9) als Ladungssteuerungsmittel
verwendet wurde, der Test mit dem 50000. Blatt nicht durchgeführt, da
bereits bei dem Test mit dem 10. Blatt eine Schleierbildung beobachtet
wurde.
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BEISPIEL 8
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100
Teile eines Polyesterharzes für
einen Toner (Glasübergangstemperatur
(Tg) = 61°C,
Säurezahl ≅ 7, Mw ≅ 10.000,
Mn ≅ 4.700),
0,7 Teile Polyamin (P-1), erhalten in Herstellungsbeispiel 1, 4
Teile KET BLUE 106 (C. I. Pig. No. B-15-4, hergestellt von Dainippon
Ink & Chemicals,
Inc.) und 2 Teile Propylenwachs („Viscol 550P", hergestellt von
Sanyo Chemical Industries, Ltd.) wurden zunächst in einem Henschell-Mischer
vermischt und anschließend
wurde das Gemisch in einer Heizwalzenmühle verknetet und danach auf
Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend
wurde das Gemisch in einer Strahlmühle fein pulverisiert und weiter
klassiert, um ein Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm und damit
einen blauen Toner zu erhalten bzw. herzustellen.
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BEISPIELE 9 BIS 12
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Ein
blauer Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 8 hergestellt mit der Ausnahme, dass das Polyamin
(P-2), (P-3), (P-5) oder (P-6), erhalten in Herstellungsbeispiel
2, 3, 5 oder 6, anstelle des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen
Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIELE 5
UND 6
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Ein
blauer Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 8 hergestellt mit der Ausnahme, dass das in Vergleichsherstellungsbeispiel
1 erhaltene Polyamin oder die in Vergleichsbeispiel 3 verwendete
Verbindung (P-10) anstelle des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen
Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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Mit
jedem der in den Beispielen 8 bis 12 und Vergleichsbeispielen 5
und 6 erhaltenen Tonern wurden Messungen der Ladungsmenge und Drucktests
in ähnlicher
Weise wie nach (A) und (B) von Beispiel 1 durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 zusammengefasst.
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BEISPIEL 13
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100
Teile eines Polyesterharzes für
einen Toner (Glasübergangstemperatur
(Tg) = 65,6°C,
Säurezahl ≅ 10, Mw ≅ 10.000,
Mn ≅ 4.800),
0,7 Teile Polyamin (P-1), erhalten in Herstellungsbeispiel 1, 6
Teile KET RED 309 (C. I. Pig. No. R-122, hergestellt von Dainippon
Ink & Chemicals,
Inc.) und 2 Teile Propylenwachs („Viscol 550P", hergestellt von
Sanyo Chemical Industries, Ltd.) wurden zunächst in einem Henschell-Mischer
vermischt und anschließend
wurde das Gemisch in einer Heizwalzenmühle verknetet und danach auf
Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend
wurde das Gemisch in einer Strahlmühle fein pulverisiert und weiter
klassiert, um ein Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm und damit
einen roten Toner zu erhalten bzw. herzustellen.
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BEISPIELE 14 BIS 18
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Ein
roter Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 13 hergestellt mit der Ausnahme, dass jedes der
Polyamine (P-3) bis (P-7), erhalten in Herstellungsbeispiel 3 bis
7, anstelle des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-1)
verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIELE 7
UND 8
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Ein
roter Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 13 hergestellt mit der Ausnahme, dass das
in Vergleichsherstellungsbeispiel 1 erhaltene Polyamin (P-8) oder
die in Vergleichsbeispiel 3 verwendete Verbindung (P-10) anstelle
des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-1) verwendet
wurde.
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Mit
jedem der in den Beispielen 13 bis 18 und Vergleichsbeispielen 7
und 8 erhaltenen roten Tonern wurde eine Messung der Ladungsmenge
in ähnlicher
Weise wie nach (A) von Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
den Tabellen 9 und 10 zusammengefasst.
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BEISPIEL 19
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100
Teile eines Polyesterharzes für
einen Toner (Glasübergangstemperatur
(Tg) = 65,6°C,
Säurezahl ≅ 10, Mw ≅ 10.000,
Mn ≅ 4.800),
0,7 Teile Polyamin (P-1), erhalten in Herstellungsbeispiel 1, 4
Teile Toner Yellow HG (C. I. Pig. No. 180, hergestellt von Clariant
GmbH) und 2 Teile Propylenwachs („Viscol 550P", hergestellt von
Sanyo Chemical Industries, Ltd.) wurden zunächst in einem Henschell-Mischer
vermischt und anschließend
wurde das Gemisch in einer Heizwalzenmühle verknetet und danach auf
Raumtemperatur abgekühlt.
Anschließend
wurde das Gemisch in einer Strahlmühle fein pulverisiert und weiter
klassiert, um ein Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm und damit
einen gelben Toner zu erhalten bzw. herzustellen.
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BEISPIELE 20 BIS 22
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Ein
gelber Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 19 hergestellt mit der Ausnahme, dass jedes der
Polyamine (P-2), (P-3) und (P-6), erhalten in Herstellungsbeispiel
2, 3 und 6, anstelle des in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins
(P-1) verwendet wurde.
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VERGLEICHSBEISPIELE 9
UND 10
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Ein
gelber Toner wurde in ähnlicher
Weise wie in Beispiel 19 hergestellt mit der Ausnahme, dass das in
Vergleichsherstellungsbeispiel 1 erhaltene Polyamin (P-8) oder die
in Vergleichsbeispiel 3 verwendete Verbindung (P-10) anstelle des
in Herstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-1) verwendet wurde.
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Mit
jedem der in den Beispielen 19 bis 22 und Vergleichsbeispielen 9
und 10 erhaltenen gelben Tonern wurde eine Messung der Ladungsmenge
in ähnlicher
Weise wie nach (A) von Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 11 zusammengefasst.
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BEISPIELE 23 BIS 29 UND
VERGLEICHSBEISPIELE 11 BIS 13
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Messung der emittierten
VOC-Menge
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In
eine 10-ml-Flasche mit Kopfraum wurden jeweils 50 mg der in den
Herstellungsbeispielen 1 bis 7 erhaltenen Polyamine (P-1) bis (P-7),
des in Vergleichsherstellungsbeispiel 1 erhaltenen Polyamins (P-8),
der in Vergleichsbeispiel 3 verwendeten Verbindung (P-10) und des
in Vergleichsbeispiel 4 verwendeten Bontron N-04 eingebracht. Nach
Spülung
mit Heliumgas wurde jede Flasche 5 Minuten lang auf 200°C erhitzt
und das während
des Erhitzens emittierte Gas mit den flüchtigen Komponenten wurde durch
die Kryomethode kondensiert und an schließend mit einem Gesamtionenchromatographen
(TIC) vermessen. Die flüchtigen
Komponenten wurden quantitativ bestimmt, wobei Toluol als Standardsubstanz
verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabellen 12 und 13 zusammengefasst.
Die Ergebnisse zeigen, dass die VOC-Menge in jedem Beispiel, in
dem eines der Polyamine (P-1) bis (P-7) verwendet wurde, im Vergleich
zu der Menge jedes Beispiels, in dem das Polyamin (P-8), die Verbindung
(P-10) oder Bontron N-04 verwendet wurden, sehr gering war.
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Aus
den oben gezeigten Bewertungsergebnissen lässt sich entnehmen, dass die
erfindungsgemäßen Ladungssteuerungsmittel,
die die Polyamine (P-1) bis (P-7) umfassen, eine Durchschnittsladungsmenge
von 10 bis 12 +μC/g
aufweisen, die über
die Zeit stabil ist, wenn diese Tonern zugegeben werden. Ferner
zeigten sämtliche
Drucktests unter Verwendung der Toner zufrieden stellende Ergebnisse.
Im Gegensatz dazu zeigte das Ladungssteuerungsmittel mit dem Polyamin
(P-8), erhalten in Vergleichsherstellungsbeispiel 1, zufrieden stellende
Ergebnisse in dem Drucktest, wenn es Tonern zugegeben wurde, aber
die VOC-Menge des Polyamins (P-8) war sehr hoch. Da das im Vergleichsherstellungsbeispiel
2 erhaltene Polyamin (P-9) einen hohen Schmelzpunkt aufwies und
sehr hart war, war das Ladungssteuerungsmittel, umfassend das Polyamin
(P-9), in seiner Dispergierbarkeit in einem Harz für einen
Toner sehr mangelhaft. Ferner zeigten die in Vergleichsbeispiel
3 verwendete Verbindung (P-10) und das in Vergleichsbeispiel 4 verwendete
handelsübliche
Bontron N-04 eine instabile Ladungsmenge über die Zeit, wenn sie Tonern
zugesetzt wurden, und die VOC-Mengen waren
sehr hoch.
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Das
erfindungsgemäße Ladungssteuerungsmittel
weist nur einen leichten Farbton auf und ist hervorragend in seinen
Ladungseigenschaften, insbesondere in seiner Ladungsmenge und der
Stabilität
des Ladungsniveaus, so dass das Mittel die Vorteile aufweist, dass
die Farbreproduzierbarkeit zufrieden stellend ist und klare Farbbilder
erhalten werden, wenn es bei einem Farbtoner verwendet wird. Zusätzlich besteht,
da das Ladungssteuerungsmittel der Erfindung eine zufrieden stellende
thermische Stabilität
aufweist, der Vorteil, dass das Mittel einen Toner liefern kann,
welcher in der Lage ist, die VOC-Bildung in bemerkenswerter Weise zu
unterdrücken.
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Während die
Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf ihre speziellen Beispiele
beschrieben worden ist, versteht es sich für den Fachmann, dass zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
beiliegenden Patentansprüche
abzuweichen.